Сверхпроводниковые ветрогенераторы мощностью 10 МВт и более
Аннотация
Разработка и создание сверхпроводниковых синхронных генераторов позволит улучшить массогабаритные показатели и снизить стоимость ветроэнергетических установок в диапазоне мощности более 10 МВт. В статье анализируются зарубежные концептульные проекты сверхпроводниковых синхронных генераторов в различных направлениях: с теплой и холодной сверхпроводимостью, полностью сверхпроводниковые или только со сверхпроводниковой системой возбуждения; применяются различные материалы (MgB2, Bi-2223, YBCO). Основным препятствием на пути коммерческого использования сверхпроводникового генератора является высокая стоимость сверх- проводниковых материалов. Учитывая существующее состояние технологии производства и стоимость сверхпроводников, делается вывод о том, что перспективы на ближайшее внедрение имеет синхронный безредукторный сверхпроводниковый ветрогенератор мощностью 10 МВт с обмоткой возбуждения из ВТСП материала (MgB2, Bi-2223 или YBCO) топологии «ферромагнитный статор — ферромагнитный ротор», при диаметре статора 7—9 м, с числом полюсов 32—40.
Литература
2. Ragheb M. Modern wind generators. NetFiles. Univ. of Illinois at Urbana-Champaign. 2010. 90 p.
3. Zhu Z., Qu R., Wang J. Conceptual design of the cryostat for a direct drive superconducting wind generator. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 201, vol. 24, iss. 3. DOI: 10.1109/TASC.2013.229032
4. AMSC. Sea Titan TM 10 MW Wind Turbine [Электрон. ресурс] http://www.amsc.com/documents/seatitan-10-mw-wind-turbine- data-shee (дата обращения 18.03.2020).
5. Snitchier G., Gamdle B., King C. 10 MW class superconductor wind turbine generators. - IEEE Trans. Appl. Supercond, 2011, vol. 21, No. 3, pp. 1089-1092.
6. Fair R., Stautner W., Douglass M., et al. Superconductivity for large-scale wind turbines. Appl. Superconductivity Conf., Portland, Oregon October 11th, 2012. DOE report. DOI: 10.2172/1052970
7. Advance Magnetic Lab [Электрон. ресурс] http://www.magnetlab.com. (дата обращения 29.03.2020).
8 Swarn S. Kalsi. Superconducting wind turbine generator employing MgB2 windings both on rotor and stator. IEEE Trans. on Applied Superconductivity, 2014, vol. 24. No. 1. DOI: 10.1109/TASC.2013.2291275.
9. Liu D., Polinder H., Abrahamsen A.B., and Ferreira J.A. Potential of Partially Superconducting Generators for Large Direct-Drive Wind Turbines. - IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2017, vol. 27, No. 5, pp. 1-11. DOI: 10.1109/TASC.2017.2707661.
10. Dong Liu, Henk Polinder, Asger B. Abrahamsen, and Jan A. Ferreira. Topology Comparison of Superconducting Generators for 10-MW Direct-Drive Wind Turbines:Cost of Energy Based IEEE Transactions on Applied Superconductivity v/27. n 4.
11. Fukui S., Ogawa J., T. Sato, Tsukamoto O., Kashima N., Nagaya S. Study of 10 MW-class wind turbine synchronous generators with HTS field windings. - IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 2011, vol. 21, No. 3, pp. 1151-1154.
12. Terao Y., Sekino M., and Ohsaki H. Electromagnetic design of 10 MW class fully superconducting wind turbine generators. - IEEE Trans. on Applied Superconductivity, 2012, vol. 22, No. 3, pp. 5201904. DOI:10.1109/TASC.2011.2177628.
13. Wang J., Qu R., Tang Y., Liu Y., Zhang B., et al. Design of a superconducting synchronous generator with LTS field windings for 12 MW offshore direct-drive wind turbines. - IEEE Trans. Ind. Electron. 2016, vol. 63, No. 3, pp. 1618-1628. DOI: 10.1109/TIE.2015.2415758.
14. Liang Y., Rotaru M.D., Sykulski J.R. Electromagnetic simulation of a fully superconducting 10-MW-classs wind turbine generator. - IEEE Trans. Appl. Superconductivity, 2013, vol. 23 (6), pp. 46-50. DOI: 10.1109/TASC.2013.2277778.
15. Kim J.H., Kim H.M. Electromagnetic design of 10 MW class superconducting wind turbine using 2G HTS wire. Progress in Superconductivity and Cryogenics. 2013, vol. 15, No. 3, pp. 29-34.
16. Sung H.-J., Kim G.-H., Kim K., Jung S.-J., et al. Practical design of a 10 MW superconducting wind power generator considering weight. - IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 2013, vol. 23, No. 3. DOI: 10.1109/TASC.2013.2245175.
17. Maki N. Design study of high-temperature superconducting generators for wind power systems. 8th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2007). IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series 97. 2008. D0I:10.1088/1742-6596/97/1/012155.
18. Hoang T.-K., Queval L., Berriaud C., Vido L. Design of a 20-MW fully superconducting wind turbine generator to minimize the levelized cost of energy. — IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 2018, vol. 28, No. 4. DOI: 10.1109/TASC.2018.2810309.
19. Keysan O., Mueller M. A modular and cost-effective superconducting generator design for ofshore wind turbines institute for energy systems. Superconductor Science and Technology, 2015, vol. 28, No. 3. DOI: 10.1088/0953-2048/28/3/034004.
20. Jeong J.-S., An D.-k., Hong J.-P., et al. Design of a 10-MW-class HTS homopolar generator for wind turbines. IEEE Trans. on Applied Superconductivity, 2017, vol. 27, No. 4. DOI: 10.1109/TASC.2017.2669140.
21. Y. Liu, S. Niu, S. L. Ho, W. N. Fu, and T. W. Ching. Design and analysis of a new HTS double-stator doubly-fed wind generator. — IEEE Trans. Appl. Supercond, 2015, vol. 25, No. 3. DOI: 10.1109/TASC.2014.2366458.