Verbundprojekt: MVDC4S - Erforschung von DC-Mittelspannungs-Verteilnetzen zum umweltschonenden Betrieb von Schiffen; Teilvorhaben: Erforschung von Mittelfrequenz-Mittelspannungs-Transformatoren für DC-Mittelspannungs-Verteilnetze zum umweltschonenden Betrieb von Schiffen

Abstract

Das Projekt MVDC4S zielte auf die Erforschung von Mittelspannungs-Gleichspannungs-(MVDC)-Verteilnetzen auf Kreuzfahrtschiffen ab. Im Vergleich zu bestehenden Mittelspannungs-Wechselspannungs-Netzen sollte durch das MVDC-Netz eine Einsparung von etwa 30% beim Bauraum und 10% beim Materialaufwand realisiert werden. Bei Nennleistung sollte das neue Konzept eine Energieeinsparung von 3% und im Teillastbereich eine Einsparung von 15% ermöglichen. Als Referenz diente die AIDAnova. Im Gesamtprojekt konnten diese Ziele erreicht werden. Zur Erreichung der oben genannten übergeordneten Projektziele wurden in diesem Teilvorhaben Mittelspannungs-Mittelfrequenz-Transformatoren erforscht. Ziel war es, Transformatoren mit hoher Frequenz und gleichzeitig hoher Isolationsspannung zu realisieren. Dabei sollte eine Reduktion der Baugröße sowie eine Gewichts- und Materialeinsparung von etwa 25% erreicht werden. Als Referenz diente ein Mittelfrequenztransformator mit einer Leistung von 5 MW, einer Spannung von 5 kV und einer Frequenz von 1 kHz. Ein weiteres Ziel war es, das Isolationssystem für neuartige SiC-Halbleiter auszulegen, um Spannungssteilheiten von bis zu 20-30 kV/μs standzuhalten. Ein essenzieller Faktor für den Mittelfrequenztransformator war das Kühlsystem, welches innerhalb des Vorhabens intensiv erforscht wurde. Die Arbeiten im Vorhaben wurden durch den Bau verschiedener Forschungsmuster und Prototypen unterstützt, sodass alle Ziele dieses Vorhabens erreicht wurden. The MVDC4S project aimed to research medium-voltage direct current (MVDC) distribution grids on cruise ships. Compared to existing medium-voltage AC grids, the MVDC grid was to achieve savings of around 30% in installation space and 10% in material costs. At nominal power, the new concept should enable energy savings of 3% and 15% in the partial load range. The AIDAnovaserved as a reference. These goals were achieved in the overall project. Medium-voltage medium-frequency transformers were researched in this sub-project in order to achieve the overarching project objectives mentioned above. The aim was to realize transformers with a high frequency and high insulation voltage at the same time. The aim was to achieve a reduction in size as well as weight and material savings of around 25%. A medium-frequency transformer with an output of 5 MW, a voltage of 5 kV and a frequency of 1 kHz served as a reference. Another objective was to design the insulation system for new SiC semiconductors in order to withstand voltage gradients of up to 20-30 kV/µs. An essential factor for the medium-frequency transformer was the cooling system, which was intensively researched within the project. The work in the project was supported by the construction of various research samples and prototypes, so that all the objectives of this project were achieved.