Supraleiter für das Stromnetz

Die Gesamtlänge des Übertragungsnetzes in Deutschland beträgt aktuell etwa 35.000 Kilo­meter. Um sicher­zu­stellen, dass der Strom aus erneuer­baren Energien auch dort­hin gelangt, wo er gebraucht wird, ist im Zuge der Energie­wende ein Netz­ausbau von etwa 5300 Kilo­metern geplant. Vor allem in der Nähe von Städten und Dörfern sollen in Pilot­pro­jekten dabei Erd­kabel ver­wendet werden. Könnten in diesen Abschnitten teil­weise supra­leitende Kabel­systeme ein­ge­setzt werden, dann hätte das erheb­liche Vor­teile gegen­über konven­tio­nellen Kabel­systemen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Mach­bar­keits­studie, die das Karls­ruher Institut für Techno­logie im Koper­nikus-Projekt ENSURE zur­zeit gemein­sam mit dem Netz­betreiber Tennet durch­führt. Diese soll bis Ende des Jahres abge­schlossen werden und auch öko­lo­gische und öko­no­mische Abwä­gungen ent­halten.

Die Machbarkeitsstudie basiert auf konzeptionellen Kabel- und Kühl­konzepten, die speziell für die im deutschen Über­tragungs­netz übliche Spannung von 380 Kilo­volt aus­gelegt sind. „Das ist techno­lo­gisch eine große Heraus­forde­rung, weil auf diesem Spannungs­niveau die Supra­leiter­techno­logie noch nie ein­ge­setzt wurde“, sagt Mathias Noe vom Institut für tech­nische Physik des KIT, der die Ent­wick­lung leitet. „Mit unseren neuen Kabel­konzepten konnten wir nun nach­weisen, dass es techno­lo­gisch grund­sätz­lich möglich ist.“ Die Kabel­anlage wird für eine Dauer­leistung von 2300 Mega­watt konzi­piert und besitzt bei hoher Strom­belas­tung deut­lich geringere Ver­luste als eine ver­gleich­bare Frei­leitung oder her­kömm­liche Kabel mit einem Leiter aus Kupfer.

Auch beim Trassenbau könnte die Supraleitertechnologie Vorteile bringen, erklärt Hanno Stagge, der das Projekt bei Tennet betreut: „Bei einer her­kömm­lichen Kabel­anlage im Über­tragungs­netz benötigen wir zwölf Dreh­strom­kabel, eine supra­leitende Kabel­anlage könnte dieselbe Leistung mit sechs Kabeln über­tragen.“ Dadurch könnten Netz­betreiber die Trassen­breite deut­lich redu­zieren. Ein weiterer Vorteil sei, dass auf­grund des Auf­baus der Kabel der Strom­fluss in der elek­trischen Schirm­schicht kompen­siert werde. Außer­halb des Kabels existiere deshalb kein Magnet­feld und das Kabel werde emissions­frei betrieben. Bis zur Einsatz­reife sei es aber noch ein weiter Weg. „Im Anschluss an die Studie muss das Kabel samt der not­wendigen Ver­bindungs­muffen und End­ver­schlüsse zunächst gefertigt und anschlie­ßend zusammen mit einer Kühl­anlage intensiv getestet werden“, sagt Stagge. Geklärt werden müsse dabei auch die Frage der Vor­lauf­zeit.

Die neuartigen konzeptionellen Supraleiterkabel für das Über­tragungs­netz basieren auf Hoch­tempe­ratur­supra­leitern aus Keramik. Sie werden mit flüs­sigem Stick­stoff auf eine Arbeits­tempe­ratur von etwa 77 Kelvin gekühlt und können ver­gleichs­weise kosten­günstig betrieben werden, weil bei der Kühlung weniger Energie auf­ge­wendet werden muss. Dass der Ein­satz der Supra­leiter­techno­logie in der Energie­infra­struktur tat­säch­lich funktio­nieren kann, zeigt die Erfah­rung des KIT mit dem Kabel­projekt „AmpaCity“. Mit über einen Kilo­meter Länge ist es das längste Hoch­tempe­ratur­supra­leiter­kabel der Welt und ver­sorgt in Essen seit 2014 mit einer Spannung von 11 kV etwa zehn­tausend Haus­halte effi­zient und stabil mit Strom.

KIT / RK