Indsendt af
Danmarks Tekniske Universitet
Resumé
Havmøller bliver afgørende for Danmark og EU, når de fossile brændsler skal udfases af energi- og transport systemet, fordi de generer befolkning mindre end landmøller. For at blive rentable skal de gøres større (+10 MW), pga. de dyre fundamenter, men de skal også gøres mere pålidelige.
Der indføres derfor direkte drevne generatorer i flere havmøller, men generatorerne forventes at blive store og tunge, når møllerne skaleres yderligere op. Denne skaleringsudfordring kan mindskes ved at indføre superledende generator spoler, som kan levere mere magnetfelt end permanente magneter.
Vi foreslår at udvikle en innovations platform for industriel superledning, hvor synergien mellem HiTech superleder produkter og superleder vind generatorer identificeres og styrkes.
Udfordring og muligheder
Mange I-lande er ved at udfase fossile brændsler fra deres energi- og transport sektor med bæredygtige energi kilder. Vindkraft forventes at blive en central teknologi i dette skifte, men da placering at betydeligt flere vindmøller på land øger generne for befolkning, er der en efterspørgsel for at installere nye møller på havet. I EU er der planer om yderlige 100 GW havvindmøller inden 2030.
For at gøre elektricitet fra havmøller konkurrence dygtig skal møllernes størrelse dog øges betydelig for at udnytte de dyre fundamenter optimalt. Desuden vil det være opportunt at pålideligheden forbedres for at undgå udskiftning af vitale dele på havet. Der er derfor en trend inden for hav vindkraft hvor man forsøger at eliminere gearkasser ved at indføre direkte drevne generatorer oftest baseret på permanente magneter. Når disse generatorer opskaleres til større effekter har man kun mulighed for at gøre dem fysisk større da styrken af magneterne er begrænset.
Ved at indføre superledere i generatorerne vil man kunne øge magnetfelt styrken og opnå mere kompakte og lettere maskiner i forhold til permanent magnet baserede generatorer til møller over 10 MW. Denne teknologi kan derfor blive afgørende for hvor store havmøller man kan bygge, men vil kræve en innovations indsats for at drive prisen på teknologien ned.
Vi foreslår at danne partnerskaber mellem dansk baserede industrier, GTS institutter og universiteter for at udvikle en fælles teknologiplatform omfattende billige kryo kølesystemer, vakuum-kamre, termisk isolering, som kan tilpasses forskellige industrielle superleder komponenter, så som vindmølle generator, kabler og accelerator magneter. Dermed vil udviklingen af innovative men meget videnstunge anvendelser af superleder teknologien gøres nemmere og billige for både store, små- og mellemstore industrier.
Målsætning
At etablere en fælles videns platform for innovation og udvikling af industrielle superleder komponenter så som:
- Direkte drevet generator teknologi til hav-vindmøller over 10 MW
- Magneter til højteknologiske anvendelser
- Kabler til el-transmission og strøm begrænsning.
- Kontakt frie lejer og transport systemer
- Innovationsbehov
Virkemidlerne til at opnå ovenstående skal være
- Formalisere netværk og vidensdeling mellem interessenter, som er fordelt i flere virksomheder og institutioner.
- Udføre projekter til udbygning af viden om industriel superledning (f.eks. forskningsråd). Dette kan koordineres af netværket.
- Udføre udviklings-projekter af konkrete innovative komponenter eller systemer (f.eks. Høj teknologifonden eller EUDP).
For at kunne realisere målsætningen er det nødvendigt med etablering af udvikling og innovation inden for følgende felter:
- Værktøjer for design af superledende komponenter (elektromagnetisk – strukturelt - termisk).
- Pålidelige og billige kryo-kølesystemer
- Billige vakuum kamre og termisk isolering
- Udvikling af standart specifikation for kryokøle teknologi til nye industrielle miljøer (så som f.eks. vindmøller)
- Etablering af kryotest facilitet for test af superleder spoler.
- Billige fremstillingsmetoder af superleder tråde og sintrede blokke.
- Videre udvikling af metoder til fremstilling af spoler (isolering, vikling imprægnering, montering, beskyttelse mm.)
De danske forudsætninger
Danmark har været aktiv i 1990’erne med udviklingen af høj temperatur superleder tråde og kabler, som blev demonstreret i nettet på Amager i 2001. Man benyttede Bi-2223 superlederen indkapslet i en sølv matrix, men denne viste sig desværre for dyr. Udvikling af en YBCO superleder tape blev derfor startet på verdensplan og bliver nu anvendt industrielt i Danmark. Den nuværende industrielle interesse i Danmark er rette mod kabler og accelerator magneter, mens forskningen sigter på superledende generatorer til +10MW havmøller. Følgende partnere kan bidrage til en superleder innovations platform:
DTU Wind Energy: Task på superledende generator til 10-20 MW møller i FP7 INNWIND.EU (deltagelse af ledende Europæisk industri).
DTU Elektro:
Deltager i superleder task af INNWIND.EU.
Højteknologifond post. doc. på superledende vindmølle generator.
DTU Energi konvertering og lagring: DSF projekt på udvikling af anden generations(2G) YBa 2 Cu 3 O 6+x høj temperatur superleder tapes.
Teknologisk institut Aarhus: Projekt med CERN om isolering af 2G tapes til spoler samt viden om kølesystemer.
Potentielle firmaer:
Danfysik A/S: Superledende magnetsystemer til partikel- acceleratorer
NKT cables Ultera A/S: Superleder kabler
Mark&Wedell A/S: Superledende strømgennemføringer
Scandinavian Super Tesla I/S: Fremstilling af 2G superleder tapes
Effekter og potentialer
Danmark har en stærk position inden for udvikling af den havvindmølle teknologi som EU og andre dele af verden kommer til at efterspørge i nær fremtid. Med etablering af vind teknologi centre som LORC og Østerild er Danmark klar til udviklingen af 20 MW havmøller med en højde op til 250 m. Vi ser synergien mellem industriel superledning og vindkraft sektoren som en mulighed for at indføre nye innovative løsninger, som ikke kun skal bibeholde Danmarks førerposition i vindkraft, men også kan tiltrække udviklingsaktiviteter fra internationale spillere inden for superledende vind generatorer.