110/10-kV-Umspannstationen werden überflüssig

RWE, Nexans und KIT verlegen superlangen Supraleiter

Der RWE-Konzern, Nexans und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verlegen ein Supraleiterkabel zwischen zwei Umspannstationen in Essen. Das Kabel überbrückt eine Distanz von 1 km und ist damit das längste weltweit installierte Supraleiterkabel. Außerdem kommt ein supraleitender Strombegrenzer zum Einsatz.

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Dank seines kompakten Aufbaus nimmt das Supraleiterkabel wenig Platz ein – und überträgt die fünffache Strommenge eines Kupferkabels

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Dank seines kompakten Aufbaus nimmt das Supraleiterkabel wenig Platz ein – und überträgt die fünffache Strommenge eines Kupferkabels

Damit ist jetzt Startschuss für das Projekt AmpaCity gefallen, in dessen Rahmen das KIT geeignete Supraleitermaterialien und Isolierstoffe untersucht. Das dreiphasige, konzentrisch aufgebaute 10-kV-Kabel ist für eine Übertragungsleistung von 40 MW ausgelegt. Erstmalig vorgesehen ist außerdem die Kombination eines Supraleiterkabels mit einem resistiven supraleitenden Strombegrenzer als Überlastschutz. Den Strombegrenzer fertigt Nexans SuperConductors in Hürth.

Das Projekt könnte der Auftakt zur Umstrukturierung eines innerstädtischen Netzes in ganz neuen Dimensionen sein: Nach erfolgreichem Abschluss eines zweijährigen Feldtests wäre es denkbar, das Rückgrat des Essener Verteilnetzes weitgehend auf 10-kV-Supraleiter umzustellen und von Hochspannungsanlagen zu befreien.

Dies würde mittelfristig zu mehr Effizienz sowie niedrigeren Betriebs- und Instandhaltungskosten bei gleichzeitig geringerem Flächenverbrauch führen. In der Innenstadt würden wertvolle Grundstücke frei, denn etliche 110/10-kV-Umspannstationen könnten rückgebaut werden.

Aufgrund der Besonderheit und der Perspektiven von AmpaCity fördert das Energieforschungsreferat des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) das Projekt. Die Gesamtkosten des Forschungsprojekts belaufen sich auf rund 13,5 Mio. Euro, einschließlich der Förderung durch den Bund in Höhe von rund 6,3 Mio. Euro.

Supraleiter - wesentliche Bausteine für die künftige Energieversorgung

Dem Projekt ging eine ausführliche Studie voraus. In ihr haben Forschungseinrichtungen unter Federführung des KIT zusammen mit den Projektpartnern Nexans und RWE die technische Machbarkeit und die Wirtschaftlichkeit der Übertragung auf Basis von Supraleitern auf Mittelspannungsebene analysiert. Supraleiterkabel sind laut der Studie die einzig sinnvolle Möglichkeit, den Ausbau städtischer Netze mit Hochspannungskabeln zu vermeiden und die ressourcen- sowie flächenintensiven Umspannstationen zurückzubauen.

Zwar wäre die Übertragung hoher Leistungen in Innenstädten auch mit Kupfer-Mittelspannungskabeln möglich, der Kosteneffizienz stehen jedoch sehr viel höhere ohmsche Verluste gegenüber. Im Essener Beispiel verbieten sich die konventionellen Mittelspannungskabel auch wegen ihres größeren Platzbedarfs: Statt eines einzigen 10-kV-Supraleiterkabels müssten fünf Kupferkabel parallel verlegt werden – bei dem ohnehin knappen Platz unter städtischen Straßen oft undenkbar.

Reif für die praktische Anwendung

Die modernen Hochtemperatur-Supraleiter (Kühlung mit flüssigem Stickstoff), wie sie hier bei AmpaCity zur Anwendung kommen, haben seit einigen Jahren die Reife für energietechnische Anwendungen erlangt, wurden aber bisher noch nicht im großen Stil eingesetzt. Aufgrund verbesserter Produktionsverfahren stehen die Supraleiterdrähte erst jetzt in genügenden Längen und Mengen zur Verfügung. Supraleitung ist eine Effizienztechnologie, weil Material- und Energieressourcen geschont werden. Experten rechnen damit, dass die innovativen Kabel bei energieintensiven Anwendungen in wenigen Jahren mit Kupfer konkurrieren können. Das BMWi sieht supraleitende Betriebsmittel als wesentlichen Baustein für das künftige Energieversorgungskonzeptes gesehen.

Die technische Überlegenheit der Supraleiterkabel resultiert aus der Materialeigenschaft des Leiters. Sein Material wird bei einer Temperatur von etwa minus 180 Grad Celsius zu einem idealen elektrischen Leiter, der mindestens 100mal mehr Strom transportiert als Kupfer. Trotz des Kühlmantels kann das Supraleiterkabel wegen seines kompakten Aufbaus die fünffache Strommenge als ein gleich großes Kupferkabel zu transportieren – und das bei geringeren elektrischen Verlusten.

Weiterführende Links:

• THEVA: »Die Preise werden über die nächsten Jahre rasch sinken«: Erschwingliche HTS-Drähte der zweiten Generation
• Der Aufbau von HTS-Kabeln: Der Leiter in der Thermoskanne