Gegenüber konventionellen Kabelsystemen übertragen Hochtemperatursupraleiter elektrische Energie fast verlustfrei und sind daher deutlich effektiver. Das Forschungsprojekt SuperLink will in München mit der HTSL-Technologie eine Vorreiterrolle übernehmen und diese nachhaltig in den Markt bringen.

Der Einsatz von Hochtemperatursupraleitern (HTSL) kann für Großstädte und Ballungszentren zukünftig eine attraktive Lösung sein, um ihre BürgerInnen zuverlässig mit Energie zu versorgen. Unerwünschte Energieverluste, die bei aktuell genutzten Stromsystemen auftreten, und der damit zusammenhängende CO2-Ausstoß können dabei deutlich gesenkt werden. Bei einem Einsparpotenzial von einem Prozent der städtischen Anschlussleistung würde dies für 15 deutsche Großstädte zusammen rund 880 Gigawattstunden (GWh) jährlich bedeuten. Das entspricht einem CO2-Ausstoß von circa 440.000 Tonnen pro Jahr.

Wie sich HTSL in bestehende Energiesysteme eingliedern lässt

Querschnitt vom HTSL-Kabel im Forschungsprojekt SuperLink
© NKT Cable
Querschnitt des HTSL-Kabels, welches im Forschungsprojekt SuperLink entwickelt werden soll. Bei einem Durchmesser von unter 15 Zentimetern soll es Energie deutlich effektiver übertragen können als herkömmliche Kupferkabel.

Für Großstädte stellt sich somit die Frage, wie die HTSL-Technologie großflächig und vor allem in bestehende Systeme integriert werden kann. Hier setzt das Forschungsprojekt SuperLink  in München an. Die WissenschaftlerInnen wollen eine innovative HTSL-Kabel-Verbindung entwickeln, die eine elektrische Leistung von 500 Megavoltampere (MVA) – das entspricht etwa einem halben Kraftwerk – auf einem Spannungsniveau von 110 Kilovolt (kV) ökonomisch überträgt. Das Kabel soll dabei besonders schlank sein und einen Durchmesser von unter 15 Zentimetern aufweisen. So könnte es in bereits bestehende Kabelrohrsysteme integriert werden.

HTSL in Großstädten technisch und wirtschaftlich umsetzen

Entscheidende Aspekte im Forschungsprojekt sind die technische Umsetzung und die Wirtschaftlichkeit. Die sechs geförderten Projektpartner – Stadtwerke München, THEVA, NKT cables, Linde, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Fachhochschule Südwestfalen – bringen dazu ihre Expertise in den Bereichen Energieversorgung, HTSL-Technologie und Kühlanlagen zusammen. Bei Erfolg des Forschungsprojekts soll im nächsten Schritt erstmals ein zwölf Kilometer langes Hochtemperatursupraleiter-Kabel unter realen Bedingungen in München eingesetzt werden.

©Ekaterina - stock.adobe.com
Das Verlegen neuer Stromkabel verursacht bisher kostenintensive und langwierige Baumaßnahmen. Das Retrofitting mit innovativen HTSL-Kabeln könnte eine Lösung sein, die Großstädten neue Möglichkeiten bei der Energieversorgung eröffnet.

Vorteil HTSL: Weniger Baumaßnahmen und mehr Energietransport möglich

Mit Blick auf die Zukunft stehen Großstädte bei der Stromversorgung einigen Herausforderungen gegenüber: So steigt der Strombedarf durch die Nutzung neuer Technologien in allen Lebensbereichen stark an, etwa durch Elektrofahrzeuge, neue Heizsysteme in Gebäuden und die zunehmende Digitalisierung. Zudem entwickeln sich Großstädte rasant weiter. Die Einwohnerzahl Münchens könnte laut Demografiebericht der Stadt bis 2040 um rund 19 Prozent im Vergleich zum Jahr 2017 steigen.


Der geringere Platz und steigende Kosten von Baumaßnahmen machen die Installation von konventionellen Stromsystemen sehr teuer. Lassen sich Hochtemperatursupraleiter in bestehende Stromsysteme integrieren, könnten sie einen entscheidenden Vorteil schaffen: Ohne relevante zusätzliche Baumaßnahmen kann mit diesen HTSL-Kabeln – im Vergleich zu konventionellen Kabeln bei gleichem Durchmesser – sogar deutlich mehr Energie transportiert werden.

Hochtemperatursupraleiter ...

... arbeiten deutlich effizienter als konventionelle Hoch- und Höchstspannungs-Kabelsysteme. Sie weisen keine Energieverluste in der Stromübertragung in Form von elektrischem Widerstand auf. Dies ist jedoch nur bei sehr tiefen Temperaturen von bis zu minus 196 Grad Celsius der Fall, weshalb sie – besonders gut wärmeisoliert – in flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Diese Kühlung benötigt zusätzliche Energie. Werden die verlustfreie Energieübertragung und die Energieverluste durch die Kühlung miteinander verrechnet, ergibt sich dennoch ein großer Vorteil für HTSL-Kabel im Vergleich zu konventionellen Kupferkabeln.

Die Energieverluste eines Hochtemperatursupraleiters sind um zehn Prozent geringer als bei einem Höchstspannungskabel mit einer Spannung von 400 Kilovolt (kV). Gegenüber konventionellen vernetzten Polyethylen (VPE)-Kabeln mit einer Spannung von 110 Kilovolt sind die Energieverluste bei einem HTSL-Kabel sogar um mehr als 30 Prozent niedriger. Ein weiterer Vorteil von HTSL-Kabelsystemen ist die niedrige Belastung der Umgebung durch elektromagnetische Felder und Verlustwärme. Dies ist insbesondere ein Aspekt, der bei BürgerInnen eine hohe Akzeptanz für die neue Technologie schaffen kann.

SuperLink macht Retrofitting: bisherige Kabelrohre werden genutzt

Im Gegensatz zu bisherigen Forschungsprojekten im Bereich Hochtemperatursupraleiter, wie zum Beispiel dem Forschungsprojekt AmpaCity (Spannungsniveau: 10 Kilovolt) in Essen, will SuperLink besonders die Möglichkeiten des Retrofittings im 110 -Kilovolt-Bereich austesten. Das bedeutet: Die HTSL-Kabel sollen in bereits existierende unterirdische Kabelrohre eingezogen werden. Damit das möglich ist, dürfen sie maximal einen Durchmesser von 140 Millimetern aufweisen. Das Forschungsprojekt will daher ein neues Kabeldesign entwickeln, das sehr kompakt gebaut ist.

Mit dem Retrofitting könnten kostenintensive und langwierige Baumaßnahmen sowie Einschränkungen für Verkehr und AnwohnerInnen minimiert werden. Insbesondere die Stadtwerke München (SWM) sehen hier eine Chance, dass eine zukünftige Nutzung der HTSL-Technologie bei BürgerInnen auf Zustimmung stößt. 

Stickstoff-Kühlanlagen für längere HTSL-Kabel

Mit dem Ausblick, durch Retrofitting HTSL-Kabel zukünftig in Ballungsräumen nutzen zu können, kommt auch die Frage der Kühlung auf. So muss die Kühlung ebenfalls in den schmalen Kabeln integriert sein und oftmals über Strecken von mehreren Kilometern konstant und zuverlässig kühlen. Das Forschungsprojekt SuperLink beabsichtigt daher die Entwicklung einer modularen Kühlanlage mit mehreren Zwischenstationen.
Eine zweite Besonderheit wird auch die Handhabung des Kühlmittels für längere Kabelsysteme sein. Bei kürzeren Strecken ist flüssiger Stickstoff bisher im offenen Kreislauf genutzt worden. Der unschädliche Stickstoff entweicht dabei in die Atmosphäre. Bei einer deutlich längeren Strecke würde zu viel davon verbraucht, was einen hohen logistischen Aufwand darstellt. Daher soll er sich in der neuen modularen Kühlanlage in einem geschlossenen Kreislauf bewegen.

Sechsmonatige Testphase in realem Testumfeld

Die WissenschaftlerInnen von SuperLink wollen zunächst alle technischen Komponenten entwickeln und dann die kompakten HTSL-Kabel und die modulare Kühlanlage für sechs Monate in einem Testfeld mit einer Versuchslänge von 150 Metern unter realen Bedingungen testen. Dies soll zeigen, dass die HTSL-Technologie im städtischen Umfeld einfach und vor allem sicher installiert und betrieben werden kann. Verläuft die Testphase erfolgreich, ist der Ausbau einer längeren HTSL-Kabelstrecke in München geplant.

HTSL: Wirtschaftliche und ökologische Stromversorgung für Großstädte

Das Forschungsprojekt Superlink ist eine Chance, die HTSL-Technologie schneller in den Markt zu führen und damit wirtschaftliche und ökologische Aspekte der Stromversorgung in Ballungsräumen positiv zu beeinflussen. Mit dem erfolgreichen Einsatz von Hochtemperatursupraleitern in Großstädten, zeigt das Forschungsprojekt SuperLink nicht nur, wie Energie und CO2-Emissionen eingespart werden können. Es kann zudem eine Vorreiterrolle für Ballungsräume und Großstädte auf der ganzen Welt einnehmen und Deutschland als innovativen Standort für die Energietechnologie stärken. (ln)

Vision München: Stromversorgung mit 12 km HTSL-Kabel

Bei einem Erfolg von SuperLink, wollen die Stadtwerke München (SWM) ein zwölf Kilometer langes HTSL-Kabel in die bestehende Infrastruktur integrieren. Dieses verbindet dann das Hauptumspannwerk Menzing im Münchener Nordwesten mit dem Lastschwerpunkt Süd im Isartal.

Die Energieversorgung über ein HTSL-Kabel auf einer Strecke von zwölf Kilometern ist eine neue Herausforderung. In bisherigen Projekten wurde die Technologie für deutlich kürzere Strecken und niedrigere Spannungen ausgelegt und getestet. Daher prüfen die WissenschaftlerInnen auch die Möglichkeiten, wie die HTSL-Technologie auf einer solch langen Strecke realisiert werden kann. Bei der Kühlanlage können bereits bestehende Umspannwerke entlang der Kabeltrasse als Standorte für die Zwischenkühlung dienen, sodass keine neuen Zugänge zum Kabel geschaffen werden müssen.

SuperLink

För­der­kenn­zei­chen: 03EN2036A-F

Projektlaufzeit
01.10.2020 31.03.2023 Heute ab­ge­schlos­sen

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