Eiskalt technisch überlegen

Technik

Mittelspannungsnetz - Die Erwartungen an das ›AmpaCity‹-Projekt von RWE, Nexans und KIT sind hoch, denn es könnte Auftakt zur Umstrukturierung eines innerstädtischen Netzes mit ganz neuen Dimensionen sein.

30. März 2012

Eine 10-kV-Supraleiter-Lösung ersetzt in Essen ab 2013 ein 1km langes 110-kV-Hochspannungskabel zwischen zwei innerstädtischen Umspannstationen. In Essen wird jetzt das derzeit weltweit längste Hochtemperatur-Supraleiterkabel (HTS-Kabel) unter die Erde gelegt. Projektpartner sind die RWE Deutschland AG, Nexans als Hersteller von Kabeln und Kabelsystemen, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Projektträger Jülich (PTJ).

Idealer Leiter BeiKühlung auf -180°

Der eingesetzte Supraleiter wird bei -180°C zum idealen Leiter. Es kann mindestens 100 mal mehr Strom übertragen als Kupfer. Eine Supraleiter-Verbindung samt Kühlmantel, wie sie im HTS-Kabel kombiniert ist, überträgt die fünffache Strommenge der herkömmlichen Kupferleitung gleicher Dimension.

Deshalb gelten Supraleiter als zukunftweisende Lösung für eine platzsparende und besonders energieeffiziente Übertragung von Strom in Städten. Dr. Joachim Schneider, Vorstandsmitglied RWE Deutschland: »Supraleiter werden eine wichtige Rolle für die Energieversorgung in den Städten spielen. Wir sind sehr stolz darauf, bei diesem Pionierprojekt ganz vorne dabei zu sein.« Der flächendeckende und wirtschaftliche Einsatz von Supraleitern wird nach Ansicht von Experten schon in wenigen Jahren möglich sein.

Wird der zweijährige Feldtest in Essen erfolgreich abgeschlossen, wäre die weitgehende Umstellung des Verteilnetzes der Stadt auf ein 10-kV-Supraleiter-Rückgrat eine technisch und wirtschaftlich hochinteressante Option. Denn es könnten etliche Umspannstationen rückgebaut werden. Wertvolle Grundstücke würden somit frei und für Betrieb und Instandhaltung würden niedrigere Kosten anfallen.

Aufgrund der Besonderheit und der Perspektiven von AmpaCity wird das Projekt vom Energieforschungsreferat des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Die Gesamtkosten des Forschungsprojekts belaufen sich auf 13,5Mio.€. Der Bund beteiligt sich mit rund 6Mio.€ Forschungsgeldern. Das dreiphasige, konzentrisch aufgebaute 10kV-Kabel wird von Nexans produziert und ist für 40MW Übertragungsleistung ausgelegt.

Im Rahmen des Projektes wird das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) geeignete Supraleitermaterialien und Isolierstoffe untersuchen. Erstmalig vorgesehen ist außerdem die Kombination eines Supraleiterkabels mit einem resistiven supraleitenden Strombegrenzer als Überlastschutz. Dieses Gerät wird bei Nexans SuperConductors in Hürth gefertigt.

Studie zeigt Wirtschaftlichkeit

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 einer Supraleiterlösung auf Mittelspannungsebene analysiert. Laut dieser Studie sind Supraleiterkabel die einzig sinnvolle Möglichkeit, den Ausbau städtischer Netze mit Hochspannungskabeln zu vermeiden sowie ressourcen- und flächenintensive Umspannstationen zurückzubauen. Zwar wäre die Übertragung hoher Leistungen in Innenstädten auch mit Kupfer-Mittelspannungskabeln möglich, der Kosteneffizienz dieser Lösung stehen jedoch sehr viel höhere ohmsche Verluste gegenüber.

Im Essener Beispiel verbietet sich der Ausbau auf künftige Bedürfnisse mittels konventioneller Mittelspannungskabel auch wegen des größeren Trassenbedarfes: Statt eines einzigen 10-kV-Supraleiterkabels müssten fünf Kupferkabel parallel verlegt werden – bei dem ohnehin knappen Platz unter städtischen Straßen oft undenkbar. Die modernen Hochtemperatur-Supraleiter, wie sie bei AmpaCity zur Anwendung kommen, besitzen seit einigen Jahren die Reife für energietechnische Anwendungen. Sie wurden aber bisher noch nicht im großen Stil eingesetzt.

Denn die Supraleiterdrähte stehen aufgrund verbesserter Produktionsverfahren erst jetzt in genügenden Längen und Mengen zur Verfügung. Supraleitung ist eine Effizienztechnologie, da Material- und Energieressourcen geschont werden. Experten rechnen damit, dass die innovativen Kabel bei energieintensiven Anwendungen in wenigen Jahren mit Kupfer konkurrieren können. Vom BMWi werden supraleitende Betriebsmittel als wesentlicher Baustein des zukünftigen Energieversorgungskonzeptes gesehen.

Mehr Strom –Weniger Kosten

Supraleiterkabel sind gleich großen Kupferkabeln technisch überlegen. Sie transportieren nicht nur die 5-fache Strommenge – sie haben auch deutlich geringere elektrische Verluste.

Erschienen in Ausgabe: 03/2012