Das Projekt "Teilvorhaben ILK Dresden: Kryoengineering und Aufbau der Kryotechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH durchgeführt. DC-Hochstromtrassen sind in einem breiten Spektrum industrieller Anwendungen Kern der betrieblichen Infrastruktur mit Kapazitäten bis zu einigen 100 kA. Heute werden diese durch Kupfer- oder Aluminiumschienen großen Querschnitts realisiert. Die Minimierung der dabei anfallenden elektrischen Verluste ist vielfach erfolgskritisch für den Betrieb der Anlagen. Eine Minimierung der Querschnitte kann für industrielle Anwendungen ebenfalls Vorteile mit sich bringen. Ziel des Projektes sind Entwicklung und Bau einer entsprechenden DC-Trasse auf Basis von Supraleitern. Dabei soll in einer optimierten technischen Realisierung die Machbarkeit gezeigt sowie das Einsparungspotential dieser Technologie erfasst werden. Ziel des Projektes ist die Fertigung einer 20 m langen Demonstratorstrecke mit einem Nennstrom von 20 kA. Den Anwendungen entsprechend soll ein Teil der Strecke mit supraleitenden, der andere Teil mit normalleitenden Kupfer- und Aluminiumschienen realisiert werden. Entsprechend muss auch eine geeignete Verbindungstechnik entwickelt werden. In dieser Dimensionierung würde das Projekt bereits konkreten Anwendungsfällen entsprechen.
Das Projekt "Teilvorhaben VESC: Entwicklung und Bau einer Stromschienenverbindung mit anschließender Betriebsüberwachung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vision Electric Super Conductors GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Fertigung einer 20 m langen Demonstratorstrecke einer supraleitenden Stromschiene. Hierbei soll nachgewiesen werden, dass die technische und wirtschaftliche Machbarkeit zum industriellen Einsatz gegeben ist. Das Projekt ist auf 3 Jahre angelegt und in 4 Arbeitspakete (AP) gegliedert: AP1: Konzeptionelles Design und Materialauswahl AP2: Entwicklung einer 20 kA DC-Hochstromschiene mit einer Länge von 25 m AP3: Fertigung des DC-Systems AP4: Feldtest in einer industrieähnlichen Umgebung. Ziel des AP1 ist die Erstellung eines Lastenheftes sowie eines Grobkonzeptes für das gesamte Projekt. Der erste Meilenstein wird nach 6 Projektmonaten mit der Auswahl des supraleitenden Materials erreicht. Ziel des AP2 ist das Feindesign der Stromschiene und aller Hilfseinrichtungen. Das Design wird in seiner Funktionalität und Realisierbarkeit durch experimentelle Versuche geprüft. Nach 15 Projektmonaten wird der Meilenstein M2 erreicht. Dieser ist der Entscheidungspunkt, ob mit dem Projekt fortgefahren werden kann. Die bis hierhin aufgelaufenen Materialkosten wurden für Versuche, Prüfungen und Muster benötigt. Im AP3 wird die Hochstromschiene gefertigt. Die Systemelemente sind einzeln hergestellt und geprüft. Der äußere Kühlkreislauf wird in diesem Arbeitspaket ebenfalls eingerichtet und vorgetestet. Am Ende von AP3 (Meilenstein M3) stehen alle Komponenten geprüft für die Installation bereit. Im AP4 wird nach Festlegung eines Aufstellungsortes die Hochstromschiene einschl. der gesamten Peripherie montiert und installiert. Dazu gehört die Einrichtung und Anschluss der 20kA-Stromquelle und des Rückleiters. Kern des Arbeitspaketes sind DC-Tests des Gesamtsystems und Prüfung der Einhaltung aller im Lastenheft festgelegten Anforderungen. Abschluss des Arbeitspakets ist eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Gesamtkonzeptes.
Das Projekt "Teilvorhaben: Supraleitermaterial-technisches Verhalten und Verbindungstechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Physik durchgeführt. Ziel des Gesamtprojektes sind Entwicklung und Bau einer DC-Schiene auf der Basis von Hochtemperatursupraleitern. Dabei soll in einer optimierten technischen Realisierung die Machbarkeit gezeigt, sowie das Einsparungspotential dieser Technologie erfasst werden. Die Ergebnisse des Projektes werden es auch ermöglichen zu prüfen, inwieweit diese Technologie als Teil einer innovativen Netzstruktur genutzt werden kann, etwa bei der Anbindung regenerativer Energien. Die für das Gesamtvorhaben erfolgskritischen Teilziele des KIT im Rahmen dieses Projektes sind - Das konzeptionelle Design - Die Auswahl des supraleitenden Materials, - die Entwicklung elektrischer Kontakte mit ausreichender Homogenität, - die Anordnung der notwendigen Zahl paralleler Leiter in der Schiene, - Auslegung, Design, Herstellung und Test eines entsprechenden Labormodells. Diese Ziele, insbesondere die Charakterisierung des Materials unterschiedlicher Anbieter bzgl. mechanischer, elektrischer und elektrothermischer Eigenschaften, die Entwicklung geeigneter Kontakte sowie deren Validierung in einem anwendungsnahen Labormodell, erfolgt in den dafür gut ausgerüsteten Labors des ITEP. Daneben wird die Expertise des KIT den Partnern für die von ihnen verantworteten Aufgaben jederzeit zur Verfügung stehen, insbesondere hinsichtlich Kryotechnik, bei der Fertigung der Schiene, sowie beim Test des fertiggestellten Demonstrators.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Supraleitende Spule mit zugehörigem modularem Kühlsystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Oswald Elektromotoren GmbH durchgeführt. Das Hauptaugenmerk des Verbundprojektes ROKSS liegt auf der Effizienzsteigerung von elektr. Antrieben. Dabei soll insb. die Energie(verbrauchs)effizienz, darüber hinaus aber auch die Ressourcen- und Produktionseffizienz gesteigert werden. Der in ROKSS geplante Einsatz von Supraleitern in elektrischen Maschinen bietet in allen drei Bereichen deutliche Vorteile und große Potenziale. Durch die sehr hohen Stromdichten, die inkl. Kryostat und Supportelementen 10-20fach höher als bei der konventionellen Kupfertechnologie sind, kann neben der eigentlichen Verlustreduktion während des Betriebes ebenfalls Material innerhalb der Produktion eingespart werden, wodurch zum einen die Leistungsdichte und zum anderen die Dynamik des Systems erhöht werden können. Die gesteigerte Dynamik ermöglicht wiederum in Produktionsprozessen erhöhte Taktraten, wodurch die Produktionseffizienz steigt. Die erhöhte Leistungsdichte öffnet neue Anwendungsfelder, z.B. Hauptantriebe in der Luftfahrt, wo es mit der konventionellen Kupfertechnologie aktuell nicht möglich ist, eine Marktdurchdringung zu erreichen. Das Vorhaben ist auf eine Laufzeit von 30 Monaten angelegt. Die Arbeitsplanung ist mit den zugehörigen Meilensteinen vierstufig gegliedert. In der 1. Phase soll die Auslegung des Kühlsystems mit den dazu notwendigen Vorversuchen bei Oswald Elektromotoren stattfinden. Darauf aufbauend werden in der 2. Phase mit supraleitenden Spulen Versuche bzgl. geeigneter Schutzmaßnahmen und Diagnostiken an einem vorhandenen Prüfstand der HS Aschaffenburg durchgeführt. In der 3. Phase finden die Entwicklung der Leistungselektronik in der HS Aschaffenburg und die Auslegung der supraleitenden Spule bei Oswald statt. Das Gesamtsystem wird schließlich in der letzten und 4. Phase aufgebaut. Zusätzlich zu den reinen FuE-Aktivitäten sind das bei der HS Aschaffenburg angesiedelte Projektmanagement (Planung, Leitung, Steuerung etc.) sowie der Informationsaustausch im Verbund und mit der Fachszene Teile der Arbeitsplanung.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Effiziente Leistungselektronik mit integrierter Schutzdiagnostik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aschaffenburg, Labor für Elektrische Maschinen, Leistungselektronik und Antriebe durchgeführt. Das Hauptaugenmerk des Verbundprojektes ROKSS liegt auf der Effizienzsteigerung von elektr. Antrieben. Dabei soll insb. die Energie(verbrauchs)effizienz, darüber hinaus aber auch die Ressourcen- und Produktionseffizienz gesteigert werden. Der in ROKSS geplante Einsatz von Supraleitern in elektrischen Maschinen bietet in allen drei Bereichen deutliche Vorteile und große Potenziale. Durch die sehr hohen Stromdichten, die inklusive Kryostat und Supportelementen 10-20 fach höher als bei der konventionellen Kupfertechnologie sind, kann neben der eigentlichen Verlustreduktion während des Betriebes ebenfalls Material innerhalb der Produktion eingespart werden, wodurch zum einen die Leistungsdichte und zum anderen die Dynamik des Systems erhöht werden können. Die gesteigerte Dynamik ermöglicht wiederum in Produktionsprozessen erhöhte Taktraten, wodurch die Produktionseffizienz steigt. Die erhöhte Leistungsdichte öffnet neue Anwendungsfelder, z.B. Hauptantriebe in der Luftfahrt, wo es mit der konventionellen Kupfertechnologie aktuell nicht möglich ist, eine Marktdurchdringung zu erreichen. Das Vorhaben ist auf eine Laufzeit von 30 Monaten angelegt. Die Arbeitsplanung ist mit den zugehörigen Meilensteinen vierstufig gegliedert. In der 1. Phase soll die Auslegung des Kühlsystems mit den dazu notwendigen Vorversuchen bei Oswald Elektromotoren stattfinden. Darauf aufbauend werden in der 2. Phase mit supraleitenden Spulen Versuche bzgl. geeigneter Schutzmaßnahmen und Diagnostiken an einem vorhandenen Prüfstand der HS Aschaffenburg durchgeführt. In der 3. Phase finden die Entwicklung der Leistungselektronik in der HS Aschaffenburg und die Auslegung der supraleitenden Spule bei Oswald statt. Das Gesamtsystem wird schließlich in der letzten und 4. Phase aufgebaut. Zusätzlich zu den reinen FuE-Aktivitäten sind das bei der HS Aschaffenburg angesiedelte Projektmanagement (Planung, Leitung, Steuerung etc.) sowie der Informationsaustausch im Verbund und mit der Fachszene Teile der Arbeitsplanung.
Das Projekt "Impedanzveränderliche Kurzschlussstrombegrenzungsspule (SmartCoil)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Physik durchgeführt. Ziel des Projekts ist der Nachweis der technischen Funktionsfähigkeit einer neuartigen passiv kurzschlussstrombegrenzenden Drosselspule mit einer supraleitenden Kurzschlusswicklung zur Reduzierung der Drosselimpedanz im Nennbetrieb bei gleichbleibender Begrenzungsfähigkeit im Kurzschlussfall. Das beinhaltet Auslegung, Bau und Evaluierung eines einphasigen Testaufbaus mit einer äquivalenten dreiphasigen Leistung von 10 MVA. Die Vorgehensweise ist folgendermaßen strukturiert. Im Arbeitspaket AP1 ,Konzeptioneller Entwurf und Simulation des Betriebsverhaltens (SAG, KIT), soll zunächst die magnetische Kopplung zwischen der normalleitenden Drosselspule und dem supraleitenden HTS-Abschirmeinsatz für verschiedene Geometrien untersucht und die maximale Abschirmwirkung bestimmt werden. Dazu ist eine FE-Modellierung der Spulenanordnung durchzuführen. Dann soll ein MATLAB-Simulink-Modell des SmartCoil-Begrenzungssystems erstellt werden. Im AP2 erfolgt die HTS Materialcharakterisierung und die Erarbeitung der Kontaktiertechnik Mit diesen Vorarbeiten erfolgt im AP3 die HTS-Komponentenentwicklung in Kooperation mit dem Industriepartner. Einzelaspekte sind Analyse der Wechselstromverluste, Untersuchungen zur Option filamentierter Leiter, Studium des Rückkühlverhalten und die Anpassung der Kühltechnik. Für die Untersuchung des Funktionsverhaltens der Komponenten erfolgt in AP4 die Entwicklung und Erstellung eines einphasigen Testaufbaus und dessen Validierung.
Das Projekt "Impedanzveränderliche Kurzschlussstrombegrenzungsspule (SmartCoil)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist der Funktionsnachweis einer passiv impedanzveränderlichen Kurzschlussstrombegrenzungsspule in einem einphasigen 10 MVA Testaufbau auf Mittelspannungsebene. Die stromabhängige Impedanz wird durch einen supraleitenden Abschirmeinsatz in einer normalleitenden Drosselspule realisiert. Mit diesem neuartigen Betriebsmittel könnten Netze in allen Spannungsebenen enger vermascht und neue Erzeugungsanlagen angeschlossen werden bei zumindest gleichbleibender Stabilität des Netzes, aber ohne unzulässig hohe Steigerung der Kurzschlussströme. Dies bewirkt niedrigeren Spannungsfall an der Impedanz im Normalbetrieb und ermöglicht u.a. eine höhere Einspeiseleistung von regenerativen Energien, ohne Verletzung des Spannungsbandes, was sonst in der Regel einen aufwändigen Netzausbau erfordern würde. Ausgehend vom konzeptionellen Entwurf des supraleitenden Einsatzes und der normalleitenden Primärspule wird zunächst das Betriebsverhalten in einem beispielhaften Energieverteilnetz simuliert. Parallel dazu erfolgt anhand der Messung der supraleitenden Eigenschaften die Auswahl geeigneter HTS- Bänder mit denen dann Versuche zur niederohmigen Kontaktierung durchgeführt werden. Die Bänder sind wesentlicher Bestandteil der Komponenten des Abschirmeinsatzes, die entwickelt, getestet und im Kryostat montiert werden müssen. Schließlich werden Kryostat und die normalleitende Primärspule zu einem Testaufbau montiert, der durch dielektrische Prüfungen und Leistungstests validiert wird.
Das Projekt "DIrekt-Abscheidung von MAgnesiumdiborid Supraleitern für Neuartige WindTurbinen (DIAMANT): Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Aerosol abgeschiedenen MgB2-Dickschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Physik durchgeführt. Hauptziel des KIT Teilprojektes ist es die von Projektpartnern realisierten MgB2 Schichtstrukturen strukturell und chemisch zu analysieren, sowie mittels magnetooptischer Kerr Mikroskopie eine supraleitende Konnektivitätsanalyse zum Verständnis des stromtragenden Verhaltens durchzuführen. Daneben begleitet das KIT den Optimierungsprozess der MgB2 Ausgangspulvers durch Bestimmung der Phasenzusammensetzung von kommerziellen oder selbst hergestellten MgB2 Pulver, sowie durch die Herstellung und Charakterisierung von mechanisch legierte Testpulverproben. Die Projektbeiträge des KIT fokussieren sich mit der Pulvercharakterisierung und -entwicklung, sowie der strukturellen, chemischen und supraleitenden Konnektivitätsanalyse von Aerosol abgeschiedenen MgB2-Schichten auf die Arbeitspakete 1 und 5. Im Arbeitspaket 1 - wird KIT MgB2 Pulver insbesondere hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und des Fremdphasengehaltes charakterisieren und die supraleitenden Eigenschaften anhand von heißgepressten Testkörpern bestimmen, sowie die beteiligten Industriepartner bei der Etablierung eines Syntheseverfahrens für größere Pulverchargen (1kg) unterstützen. Ab dem 2. Projektjahr werden sich die Arbeiten des KIT im Rahmen des AP5 auf die strukturelle, chemische und supraleitende Konnektivitätsanalyse von Aerosol kaltabgeschiedenen Schichtstrukturen der Projektpartner konzentrieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Reduzierung von Wechselstromverlusten von HTSL" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Physik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von wechselstromverlustarmen Leitern auf der Basis ReBCO-Bandleiter. Es werden drei verschiedene Routen mit unterschiedlichem Anwendungsziel bearbeitet. In der ersten Route wird das verseilte Hochstrom-Roebel-Kabel für große Komponenten aus gestanzten, von THEVA optimierten Einzelbändern entwickelt. In der zweiten Route werden aus zwei strukturierten Einzelleitern mit neuen Strukturierungsmethoden durch Laminieren Wechselstromleiter hergestellt für die Anwendung in elektrotechnischen Komponenten. In der dritten Route werden strukturierte Mehrschichtsysteme aus Supraleiter und Puffer entwickelt mit einem Transportstrompfad für geringe Wechselstromverluste (Hochrisikoroute). Nach der Einführung und dem Test der geeigneten Strukturierungsverfahren (Laser, Stanzen) werden Bandleiter und Roebel-Kabel hergestellt und vermessen. Die Rückkopplung der Strom- und AC-Verlustmessungen steuert die Strategie und den Optimierungsprozess der Herstellung sowohl der Grundleiter als auch der neu entwickelten Wechselstromleiter. Die Verwertung der Ergebnisse erfolgt direkt über den Technologietransfer zum Industriepartner THEVA. Die industrierelevante Entwicklung bietet optimale Voraussetzungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Strukturelle Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Angewandte Physik durchgeführt. Die im Teilprojekt 'Strukturelle Untersuchungen' anfallenden Arbeiten betreffen die Analyse der Mikro- und Nanostruktur: (i) Nukleation und Orientierungsbildung in der MgO-ISD-Schicht (AP1.2), (ii) Mikrostruktur von YBCO-Filmen abgeschieden auf ISD MgO (AP 1.2 &1.3), (iii) Mikrostrukturelle Eigenschaften sehr dicker HTS- Schichten (AP 1.3), (iv) Strukturuntersuchungen von Pinningzentren eingebracht durch E-Strahl-Verdampfung (AP 2.3), (v) Untersuchungen der Randbezirke und Querschnitte filamentärer HTS-Strukturen zur Reduzierung der Wechselstromverluste (AP 3.3). Die Proben werden gemeinsam mit den Partnern, die die Herstellung durchführen, für die Analyse ausgewählt. Zu jedem Vorhabensziel wird eine geeignete Probenserie hergestellt und danach untersucht. Die Proben werden am NMI in Reutlingen mittels FIB präpariert und in Tübingen im TEM analysiert. Die Filme werden hinsichtlich ISD (Inclined Surface Deposition) Filmwachstum, Textur, Phasenbestand, chemischer Zusammensetzung, mechanischer Spannungen und Korngrenzen untersucht. Ergebnisdarstellung und Ergebnistransfer erfolgen über schriftliche Mitteilungen und mündliche Präsentationen bei den Partnern.
