Hochtemperatur-Supraleiter für Kraftwerke und Netze

Supraleitende Strombegrenzer im Kraftwerk

Test im Kraftwerk

Strombegrenzer der ersten Generation sind modular aus keramischen Rohren aufgebaut. Diese werden in einem Modul verschaltet. Strom und Spannung können durch die Modulbauweise flexibel an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden. © Nexans SuperConductors GmbH

Strombegrenzer der ersten Generation basieren auf Supraleitern aus einem keramischen Material (Wismut-Strontium-Calcium-Kupfer-Oxid, kurz BSCCO). Etliche Prototypen werden derzeit im Praxiseinsatz in verschiedenen Verteilnetz-Stationen erprobt. Pionier beim Einsatz in Kraftwerken war 2009 Boxberg, ein modernes Braunkohlenkraftwerk von Vattenfall in der Oberlausitz. Das System wurde von der Nexans SuperConductors GmbH entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen.

Ein Braunkohlenkraftwerk hat mit seinen Kohlebrechern, Kohlemühlen und Saugzügen einen relativ hohen Eigenbedarf von etwa 8% der insgesamt erzeugten elektrischen Leistung. Über die komplexe und weit verzweigte Eigenstromversorgung auf Mittelspannungsebene (12 kV) fließen daher am Einsatzort schon im Normalbetrieb Ströme von 800 Ampere, mit Stromspitzen im Zehntelsekundenbereich um 4.000 A. Im Fehlerfall können sie auf 65.000 A ansteigen. Im Kraftwerk gibt es nicht wie im Haushalt Sicherungen, die im Kurzschlussfall den Fehlerstrom einfach unterbrechen. Zum Schutz vor den starken mechanischen und thermischen Kräften im Falle eines Kurzschlusses werden die betroffenen Anlagenkomponenten mit hohen Investitionen auf ein Vielfaches gegenüber dem Normalbetrieb überdimensioniert. Diese Ausgaben könnten mit einem Strombegrenzer minimiert werden.

Da es auf der Mittel- und Hochspannungsebene keine Sicherungen im herkömmlichen Sinne gibt, werden in Netzen auf der Mittelspannungsebene in einigen Fällen als letztes Mittel für den Worst Case auch Systeme installiert, mit denen die Leitungen durch Sprengladungen aufgetrennt und so der Stromkreis unterbrochen wird. Diese Einrichtungen werden aber vom Kraftwerksbetreiber oft nicht akzeptiert, da sie auf ein Triggersignal angewiesen und damit nicht eigensicher sind. Außerdem unterbrechen sie den Stromkreis komplett, wodurch der interne Schutz des Kraftwerkes nicht mehr einsatzbereit ist. Anschließend müssen sie dann repariert werden. Dem gegenüber ist der supraleitende Strombegrenzer eigensicher, verschleiß- und wartungsfrei. Insbesondere unterbricht er den Stromfluss nicht vollständig, sondern begrenzt ihn. Kurzschlüsse können dadurch selektiv erfasst und bestehende Schutzkonzepte in Form von Schaltern und Trennern beibehalten werden. So liegt die Begrenzung im Kraftwerk Boxberg beispielsweise im Bereich von 6.500 bis 7.000 A bei einem Peakstrom von 65.000 A. In einer mehr als einjährigen Testphase musste der SSB dort seine Fähigkeiten unter Beweis stellen. Das Verhalten des Begrenzers wurde bei Einschaltvorgängen von Transformatoren und großen Motoren intensiv untersucht und für alle Situationen ein problemloses Verhalten bestätigt. Die innovative Technologie wurde in 2010 mit dem Energy Masters Award ausgezeichnet. In einem weiteren Feldtest soll jetzt das Verhalten von Supraleitern der zweiten Generation untersucht werden.

Mehr zum Projekt

Entwicklung eines neuartigen supraleitenden YBCO-Tape-Strombegrenzers - ENSYSTROB

Der Abschlussbericht kann im OPAC der TIB Hannover recherchiert und eingesehen, aus urheberrechtlichen Gründen aber nicht im Internet bereitgestellt werden.

Projektbeteiligte:

Nexans SuperConductors GmbH

Förderkennzeichen:

03KP102A

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.