超導(dǎo)轉(zhuǎn)子首次成功地在主動風(fēng)力機(jī)上進(jìn)行了測試，EcoSwing設(shè)計(jì)，開發(fā)和制造了用于3.6兆瓦風(fēng)力渦輪機(jī)的全尺寸超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，并在丹麥的Thybor?n進(jìn)行了現(xiàn)場測試。并在IOP出版的《超導(dǎo)科學(xué)與技術(shù)》期刊上發(fā)表了其成結(jié)果。

來自荷蘭Twente大學(xué)的通訊作者Anne Bergen說：在過去的幾十年里，風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸顯著增加。然而，今天的技術(shù)很難跟上機(jī)組功率水平不斷提高的趨勢。

基于永磁(PM)的直接驅(qū)動(DD)發(fā)電機(jī)在最先進(jìn)的、多兆瓦發(fā)電機(jī)中提供了一個解決方案，但10+兆瓦PM-DD渦輪機(jī)的可行性需要顯著減輕重量。偽磁直接驅(qū)動(PDD)機(jī)器，集成磁性傳動裝置和發(fā)電機(jī)功能是一種可能的解決方案，但生產(chǎn)昂貴且高度復(fù)雜。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究小組采用了稀土鋇銅氧化物(REBCO)高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。與PM機(jī)器相比，這些機(jī)器需要更少的稀土材料，從而降低成本。

超導(dǎo)體也可以攜帶高電流密度，這將能提高更高的功率密度線圈和減輕更輕的重量。發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場測試非常成功，當(dāng)發(fā)電機(jī)安裝在Thybor?n時，渦輪機(jī)達(dá)到了目標(biāo)功率范圍，包括超過650小時的電網(wǎng)運(yùn)行。這表明超導(dǎo)發(fā)電機(jī)技術(shù)與運(yùn)行環(huán)境的所有要素(如變速、電網(wǎng)故障、電磁諧波和振動)的兼容性。該項(xiàng)目還取得了其他幾項(xiàng)實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，表明高溫超導(dǎo)線圈的生產(chǎn)不僅限于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，而且構(gòu)成了從科學(xué)到工業(yè)的成功技術(shù)轉(zhuǎn)移。

高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)子也是在工業(yè)環(huán)境中組裝的，表明超導(dǎo)元件可以部署在‘標(biāo)準(zhǔn)’的制造環(huán)境中。現(xiàn)在這個概念已經(jīng)被證實(shí)，希望看到超導(dǎo)發(fā)電機(jī)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)。歐盟H2020項(xiàng)目EcoSwing的主要目標(biāo)是證明在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中運(yùn)行高溫超導(dǎo)(HTS)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在一臺3.6 MW汽輪機(jī)上成功地設(shè)計(jì)、建造了一臺全尺寸同步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)并進(jìn)行了現(xiàn)場測試。發(fā)電機(jī)有一個轉(zhuǎn)子，有40個1.4米長的超導(dǎo)線圈，所需>20公里的涂層導(dǎo)體已在項(xiàng)目時間內(nèi)生產(chǎn)出來。

所有線圈在組裝前都進(jìn)行了測試，其中超過90%的線圈性能符合預(yù)期。HTS線圈技術(shù)準(zhǔn)備水平因此提高到7級。同時，過去十年中低溫冷卻技術(shù)的成熟體現(xiàn)在幾個Gifford-McMahon冷頭，這些冷頭安裝在轉(zhuǎn)子上，并通過旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器與固定壓縮機(jī)連接。低溫系統(tǒng)超過了設(shè)計(jì)預(yù)期，使線圈溫度在僅冷卻14天后就能穩(wěn)定在設(shè)計(jì)溫度30 K以下。在德國不來梅港的IWES設(shè)施進(jìn)行地面測試后，發(fā)電機(jī)安裝在丹麥Thybor?n的現(xiàn)有渦輪機(jī)上，在這里，發(fā)電機(jī)達(dá)到了目標(biāo)功率范圍，并產(chǎn)生了超過650小時的電網(wǎng)運(yùn)行電力。

博科園｜研究/來自：Institute of Physics

參考期刊《超導(dǎo)科學(xué)與技術(shù)》

DOI: 10.1088/1361-6668/ab48d6

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)