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Das Hochtemperatur-Supraleiterkabel in Essen endet jeweils in den Umspannanlagen Herkules und Dellbrügge in einem U-Bogen. Dort kann sich das Kabel bei der sogenannten Längenschrumpfung bis zu insgesamt drei Meter ausdehnen oder zusammenziehen.
© RWE Deutschland AG
Supraleiter
06.03.2014

Die Abbildung zeigt den Vergleich des Platzbedarfs bei der Legung eines Supraleiterkabels gegenüber herkömmlichen Kabeln gleicher Übertragungskapazität.
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Strom in Grenzen halten: Wenn die Stromstärke im Supraleiter die Auslegungsgrenzen übersteigt, bricht der supraleitende Zustand schlagartig zusammen - ein gewollter Effekt bei supraleitenden Strombegrenzern.
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Die Teststrecke des Supraleiterkabels verläuft unterhalb der Essener Innenstadt - vom Umspannwerk Dellbrügge bis zum Umspannwerk Herkules.
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Supraleiter geht in den Testbetrieb

Entwickler aus Wissenschaft und Industrie untersuchen gemeinsam die technischen, ökonomischen und ökologischen Aspekte der Supraleitertechnologie in Stromnetzen. In diesem Frühjahr soll im Rahmen des AmpaCity-Projektes in Essen ein zweijähriger Probebetrieb starten mit einer ein Kilometer langen Supraleiter-Teststrecke. Dieser Test soll zeigen, dass Supraleiter künftig eine Alternative zur herkömmlichen Hochspannungstechnik in Städten sein können.

In Ballungsregionen wird der Strombedarf in Zukunft weiter wachsen. Jedoch lassen sich Übertragungskapazitäten innerhalb von Städten nicht ohne weiteres erhöhen. Die bisherige Versorgungstechnik mit Hochspannungsleitungen nimmt recht viel Platz in Anspruch. Daher sollen neue Hochleistungskabel, sogenannte Hochtemperatur-Supraleiter (HTS), getestet und langfristig eingesetzt werden.
In Essen, zwischen den zwei Umspannanlagen Dellbrügge und Herkules, liegt die bisher längste Teststrecke für einen Supraleiter. Der Energieversorger RWE erprobt damit die Stromversorgung in dicht besiedelten Städten. Das rund 1.000 Meter lange Supraleiterkabel überträgt bei gleichem Durchmesser circa fünfmal mehr Strom als ein herkömmliches Kabel und benötigt deutlich weniger Platz für die Verlegung (Abb. links oben). Ein Strombegrenzer (Abb. links, Mitte) sorgt dafür, dass das Kabel bei Netzstörungen geschützt ist. Dieses System entwickelte und produzierte der Projektpartner Nexans.

Während herkömmliche Leitermaterialien – wie Kupfer oder Aluminium – einen Teil des Stroms in Wärme umwandeln, arbeitet das HTS-Kabelsystem praktisch ohne Übertragungsverluste. Denn Supraleiter nutzen die Eigenschaften spezieller keramischer Materialien, deren spezifischer elektrischer Widerstand unterhalb einer bestimmten Temperatur  nahezu verschwindet. Bisher benötigten supraleitende Kabel dazu Betriebstemperaturen von minus 273 Grad. Neue HTS-Werkstoffe kommen mit einer Kühlung bei minus 200 Grad aus. Dies kann mit flüssigem Stickstoff erreicht werden, der kostengünstig zur Verfügung steht und leicht handhabbar ist. Dadurch, dass die HTS-Kabelkonstruktion weder Wärme abgeben noch magnetische Felder verursachen, können sie in bereits vorhandene Kabelschächte verlegt und betrieben werden – in direkter Nähe zu empfindlichen Datenkabeln. „Der Flächenbedarf ist nicht so groß und die Installation ist nicht so aufwendig. Die Technik könnte bei hohen Leistungen auf engem Raum künftig dort die Hochspannungstechnik verdrängen“, fasst Dr. Frank Merschel zusammen, Leiter des AmpaCity-Projektes bei der RWE Deutschland AG im Bereich Neue Technologien.

Hohe Versorgungssicherheit auf kleinerem Raum

Die nächste Herausforderung ist nun, die Produktionskosten supraleitender Drähte und Kabel zu senken, sodass ihre Wirtschaftlichkeit für einen zukunftsorientierten Umbau der Stromnetze gesteigert wird. „Bei erfolgreichem Verlauf des zweijährigen Feldtests planen wir einen HTS-Cityring mit etwa 23 Kilometer HTS-Kabel statt einer konventionellen Lösung“, ist sich Merschel sicher. Kabel und Strombegrenzer sind für einen Betriebsstrom von 2.310 Ampere, einer Nennspannung von 10.000 Volt und einer Nennleistung von 40 Megawatt ausgelegt. Sie ersetzen damit ein 110.000-Volt-Kabelsystem gleicher Kapazität. Damit könnten 100-kV-Stationen künftig zu 10-kV-Stationen werden – was Umspannanlagen einspart.
Die Technik hat das Potenzial, die Gesamtkosten, die durch den künftigen Netzausbau entstehen, erheblich zu senken. Das hat eine von RWE beauftragte Machbarkeitsstudie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ergeben, auf deren Basis AmpaCity entstanden ist. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit rund 5,9 Millionen Euro gefördert. Insgesamt fließen 13,5 Millionen Euro in das Modellprojekt.

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Merkzettel

Adressen

Projektleitung
innogy SE

Infotipp

Supraleitende Strombegrenzer im Kraftwerk
BINE-Projektinfo 12/2011

Link

AmpaCity
Film der RWE mit Einblicken in das Forschungsprojekt auf youtube.