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高溫超導發電機之最佳化設計
作者 林清國、謝旻甫
摘要 隨著各國於再生能源開發之拓展,風力發電機之發電量需求愈來愈高。然而,傳統發電機受限於永久磁鐵之磁場強度以及導磁性材料之飽和磁場,使得其功率密度無法提高,導致發電機之體積龐大,必須藉由增速齒輪以增加發電機之轉速達到縮小體積的目的。離岸型大型風力發電系統因轉速極低,使得此現象更為明顯,此乃一般發電機之劣勢。 高溫超導線材於超導狀態下為零電阻,且可乘載之電流密度為鋼線之數十倍甚至百倍,故此材料應用於發電機上將可提高磁場強度,進而縮小發電機之體積與重量。然而高溫超導線材目前之售價乃相當昂貴,故減少超導線材使用量以節省超導發電機之製造成本至為重要,乃是高溫超導發電機商用化之關鍵。本論文針對上述目標,利用電磁模擬軟體與粒子群演算法尋找最合適之設計參數,設計應用於5MW才之離岸型直驅式風力發電系統之高溫超導發電機。 此外,由於高溫超導發電機是一個包含電磁、結構與熱傳等複雜的系統,於技術與經費不足的情況下尚難以完成高溫超導發電機整體設計與製作。故本文先行研究超導線圈之電流輸入方法,以作為未來設計之參考。
關鍵字 離岸型風力發電、高溫超導發電機、永久電流開關