Hochtemperatur-Supraleiter für Kraftwerke und Netze

Supraleitende Strombegrenzer im Kraftwerk

Generationenwechsel in Rekordzeit

Test des Strombegrenzers im Kraftwerk Boxberg. Das komplette System findet in einem Container Platz. © Nexans SuperConductors GmbH

Im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projektes ENSYSTROB arbeiten Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit der Nexans SuperConductors GmbH an Strombegrenzern mit Supraleitern der zweiten Generation. Dabei verwenden sie Metallbänder, die mit einer wenige Mikrometer dünnen Schicht extrem leistungsfähigen supraleitenden Materials (Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, YBCO genannt) beschichtet sind. Das neue Leitermaterial ist erst seit kurzem in der notwendigen Qualität und Menge verfügbar. Gegenüber dem Vorgänger aus massiver Keramik erlaubt es einen kompakteren Aufbau, zeigt eine schnellere Rückkühlung aufgrund einer geringeren Wärmekapazität und eine verbesserte mechanische Stabilität. Von besonderer Relevanz sind aber die Wechselstromverluste. Die Verluste betragen zwar nur weniger als 1 Promille der abgesicherten Leistung, sind aber ein dominierender Teil in der gesamten Wärmebilanz und spielen damit als Abwärme eine erhebliche Rolle bei der Kühlung. Die neuen supraleitenden Bänder haben nun im Vergleich zur Keramik je nach Strom um etwa den Faktor zehn bis zwanzig niedrigere Wechselstromverluste. Der verringerte Kühlaufwand schlägt sich direkt in den Betriebskosten nieder. Die Forscher versprechen sich langfristig auch Vorteile bei den Investitionskosten. Momentan sind SSB Systeme mit dem neuen Material noch deutlich teurer, aber die Bandleiter haben noch ein deutlich höheres Kostensenkungspotenzial als die Leiter auf Basis der massiven Keramik.

Ein Prototyp steht kurz vor der Erprobung. Vor dem echten Einsatz im Feld muss er sich noch beim IPH (Institut „Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik“ GmbH) in Berlin einer Typprüfung unterziehen. Dabei wird die Anlage auf elektrische Eigenschaften wie das Schaltverhalten und Hochspannungsfestigkeit untersucht. Im Herbst 2011 soll der neue SSB im Braunkohlenkraftwerk Boxberg an der gleichen Stelle zum Einsatz kommen, an der vorher das System mit der ersten Generation Supraleiter stand. Da das erste System in wesentlichen Teilen verwendet werden konnte, werden die Geometrie und die äußeren Abmessungen der Anlage identisch sein. Da er auch die vorhandene Infrastruktur nutzen wird, können Hersteller und Betreiber die beiden Systeme unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten vergleichen. Eine besondere Herausforderung war in beiden Fällen der vom Betreiber geforderte ungewöhnlich hohe so genannte Folgestrom im Begrenzungsfall von 6.500 bis 7.000 A. Dieses Ziel musste aus Sicherheitsgründen ohne äußere Parallelbeschaltung erreicht werden. Der daraufhin für beide Leiterarten unabhängig voneinander entwickelte interne Shunt erhöhte die jeweiligen Anforderungen an die Komponenten und das Kühlkonzept erheblich.

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.