Een windmolen aan de Deense kust bij Thyborøn heeft een wereld-primeur: de conventionele generator, met permanente magneten, is daar vervangen door een exemplaar met supergeleiders. Die nieuwe turbine is half zo zwaar, veel compacter en toch in staat hetzelfde vermogen te leveren. Ook wordt er veel minder een beroep gedaan op zeldzame aardemetalen. Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan het ontwikkelen en testen van de supergeleidende generator, in het Europese project EcoSwing.
De supergeleiders vervangen de grote en zware magneten in een conventionele windmolen. Net als in een klassieke fietsdynamo draaien de magneten daar rond binnen spoelen die de magnetische energie omzetten in elektrische. Krachtige magneten kun je ook maken met spoelen van supergeleidende kabel: ze zijn lichter, compacter en maken in veel mindere mate gebruik van ‘zeldzame aard’-metalen zoals neodymium. De lichtere turbine maakt dat ook de torenconstructie lichter kan worden uitgevoerd, terwijl de kleinere doorsnee het vervoer over de weg minder complex maakt.
Verschil in afmetingen tussen de permanente magneet en de supergeleidende unit
Supergeleiders geleiden stroom zonder weerstand. Dat maak grote stromen mogelijk en sterke magneetvelden. Daarvoor moeten ze wel worden gekoeld. De magneten in de nieuwe rotor zijn opgebouwd uit supergeleidende tape: op een flexibele stalen drager is een dunne laag supergeleidend materiaal aangebracht die de stroom geleidt. Begonnen met kleine stukjes tape op laboratoriumschaal, is dit inmiddels per kilometer te produceren. Compacte cryocoolers, dubbel uitgevoerd, draaien mee met de rotor, en zorgen voor een temperatuur van min 240 graden Celsius.
Alles wat koud is
“Wij waren in dit project betrokken bij ‘alles wat koud is’ ”, aldus dr. Marc Dhallé. “Het testen van de tapes en de magneetspoelen, het vinden van optimale koeling, de assemblage van de hele rotor.” Hij is onderzoeker van de UT-onderzoeksgroep Energy, Materials and Systems. De groep heeft voor dit project ook samengewerkt met TNO, met machinefabriek Boessenkool in Almelo en met andere Nederlandse bedrijven. De Twentse bijdrage was goed voor twee miljoen euro binnen het Europese project EcoSwing.
Noordzeekust
Na twee jaar testen in het lab kwam in de nazomer alles samen: de generator met een doorsnee van vier meter – bijna anderhalve meter minder dan de conventionele versie – is, na grondtests bij het Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesysteme in Bremerhaven, verscheept naar Thyborøn. Daar is hij geïnstalleerd in een GC1-type molen van fabrikant Envision: dit type levert 3,6 Megawatt, heeft twee rotorbladen met een totale diameter van 128 meter, de toren is 88 meter hoog. De komende tijd zal blijken of het nieuwe windmolenconcept voldoet aan de verwachtingen: zal de supergeleidende generator naar verwachting presteren, ook onder de sterk wisselende omstandigheden aan de Noordzeekust?
ITER en CERN
De Twentse onderzoekers hebben ruime ervaring met hoogvermogen toepassingen van supergeleiders. Zo hebben ze de supergeleidende kabels voor de kernfusiereactor ITER aan tests onderworpen en werken zij al jaren samen met CERN in Genève – ook in een deeltjesversneller gaat het om grote stromen en magneetvelden.
Het project EcoSwing is een Horizon2020 project van de Europese Unie (grant 656024). In totaal heeft het project een budget van dertien miljoen euro, waarvan tien afkomstig zijn van de Europese Unie. Partners zijn, naast de Universiteit Twente: Envision Energy (DK), ECO 5 GmbH (DE), Jeumont Electric SAS (FR), Delta Energy Systems GmbH (DE), THEVA Dünnschichttechnik GmbH (DE), Sumitomo Cryogenics of Europe Ltd (UK), DNV GL Renewables (DE) en het eerder vermeldde Fraunhofer Institute (DE).
Bron: Universiteit Twente
