Supraleiterkabel Innerstädtische Energieautobahnen durch Supraleiter realisieren

Supraleitende Wechselstromkabel sind insbesondere als Alternative für die Energieversorgung in Ballungsgebieten interessant. Der Beitrag gibt einen Überblick zum Stand der Technik und aktuellen Projekten.

Anbieter zum Thema

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Supraleiter ermöglichen gegenüber konventionellen Leitermaterialien wie Kupfer und Aluminium eine sehr viel höhere Stromdichte bei geringeren Verlusten. Mit den aktuell verfügbaren Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) ist bei Kühlung mit flüssigem Stickstoff eine Stromdichte von mehr als 100 A/mm² realisierbar gegenüber einigen wenigen A/mm², die in konventionellen Leitern sinnvoll erzielbar sind. Dadurch kann die Übertragungsleistung von Energiekabeln deutlich gesteigert werden oder bei gleicher Leistung das Kabel kompakter ausgeführt werden. Neben der Leistung spielt die Länge der Energieübertragung eine wichtige Rolle.

In Innenstädten sind die typisch auftretenden Kabellängen von einigen wenigen km bereits heute mit dem erreichten Entwicklungstand von supraleitenden Kabeln realisierbar. Deshalb sind supraleitende Kabel prädestiniert für sogenannte innerstädtische Energieautobahnen. Grundsätzlich ergibt sich durch deren Einsatz eine Vielzahl von Vorteilen:

• Geringer Trassenbedarf und geringer Aufwand bei der Kabellegung durch kompaktes Kabeldesign und dichte Kabellegung

• Vereinfachung der Netzstruktur durch Wegfall einer Spannungsebene im innerstädtischen Bereich

• Geringerer Flächenverbrauch durch Wegfall von Hochspannungs(HS)-/Mittelspannungs(MS)-Umspannstationen

• Einsparung von Investitions- und Betriebskosten gegenüber dem Netzausbau mit Hochspannungstechnik

• Verbesserte Ressourceneffizienz für Energie und Material durch Wegfall einer Transformatorebene im innerstädtischen Bereich und kompaktes Kabeldesign

• Deutlich geringere Umweltbeeinflussung durch vernachlässigbare elektromagnetische Felder und Bodenerwärmung

• Vereinfachung von Genehmigungsverfahren bei Verwendung von Mittelspannungskabeln anstelle von Hochspannungskabeln

• Möglichkeit der Speicherung von Erzeugungsspitzen im Kältespeicher und Nutzung der Abwärme der Kälteanlage

Kabelaufbau und verschiedene Kabeltypen

Generell unterscheidet man supraleitende Kabel mit warmem und kaltem Dielektrikum. In den Bildern 1a und 1b ist der unterschiedliche Aufbau beider Kabeltypen dargestellt. Beim Kabel mit warmem Dielektrikum ist nur der Supraleiter gekühlt und die elektrische Isolation befindet sich auf Raumtemperatur. Dieses einfache Design minimiert zwar den Supraleiterbedarf, nutzt aber nicht die Vorteile eines koaxialen Aufbaus wie im Kabel mit kaltem Dielektrikum. Im Kabel mit kaltem Dielektrikum befinden sich elektrische Isolation und Schirm auf tiefer Temperatur und der Schirm ist wie der Hinleiter supraleitend ausgeführt. Dies minimiert die elektromagnetische Beeinflussung nach außen und zwischen den drei Phasen.

Supraleitende Kabel mit kaltem Dielektrikum sind in drei verschiedenen Ausführungen machbar. Für Mittelspannungen besteht die Möglichkeit alle drei Phasen konzentrisch anzuordnen und es ergibt sich ein sehr kompaktes Kabel mit nur einer thermischen Hülle, dem sogenannten Kryostat (Bild 2a). Gegenüber der Ausführung in Bild 1b ergeben sich ein geringerer Supraleiterbedarf und geringe thermische Verluste. Auch bei koaxialem Aufbau einer Phase lassen sich alle drei Phasen in eine thermische Hülle wie in Bild 2b dargestellt unterbringen. Dies erhöht zwar den Supraleiterbedarf, minimiert aber weiterhin die thermischen Verluste. Erst bei hohen Spannungen über 100 kV wird wegen der zunehmenden Dicke der elektrischen Isolation jeweils nur eine Phase in einer thermischen Hülle angeordnet (Bild 2c).

(ID:32391340)