Ein Stromkabel ohne Widerstand: In Essen ist erstmals ein tiefgekühltes Supraleiter-Kabel Teil der städtischen Stromversorgung. Das einen Kilometer lange Spezialkabel transportiert fünf Mal mehr Strom als herkömmliche Kupferkabel und das nahezu verlustfrei. Nach 180 Tagen Laufzeit dieses Pilotprojekts AmpaCity ziehen Forscher nun eine positive Bilanz. Das Supraleiter-Kabel hat inzwischen bereits genügend Strom für 10.000 Haushalte transportiert.
Einige Materialien verlieren bei sehr tiefen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand – Strom fließt dadurch ohne Verluste durch solche Leiter. Schon kurz nach Entdeckung der Supraleitung hoffte man daher, eines Tages Kabel aus diesen Materialien auch für die Stromversorgung beispielsweise von Großstädten nutzen zu können.
Allerdings: Selbst die sogenannten Hochtemperatur-Supraleiter müssen auf rund minus 180 Grad Celsius heruntergekühlt werden, bevor sie ihren Widerstand verlieren. In der Praxis geschieht dies mit flüssigem Stickstoff. Supraleiter-Kabel müssen daher wärmeisoliert sein und zudem neben dem Kabelmaterial selbst genügend Raum für das Kühlmittel lassen. Gleichzeitig darf das gesamte Supraleiter-Kabel aber nicht viele dicker sein als herkömmliche Leitungen, damit es problemlos in die gleichen Kanäle verlegt werden kann.
Flüssiger Stickstoff und drei Supraleiterschichten
Für das in Essen umgesetzte Projekt AmpaCity haben Forscher ein Supraleiter-Kabel entwickelt, dass diese Anforderungen erfüllt. Um den flüssigen Stickstoff herum liegen dabei drei in Isolationsmaterial eingeschlossene Supraleiterschichten. Alle drei werden von einem abschirmenden Kupfermantel umhüllt, im folgenden Hohlraum fließt das Kühlmittel zurück. Diese Komponenten werden wiederum von einem doppelwandigen, superisolierten Vakuumbehälter aus Edelstahl einschlossen, der durch eine Gummiummantelung zusätzlich geschützt ist.
Dieses Kabel kann einen Strom von 2.310 Ampere und 10.000 Volt quasi verlustfrei transportieren – und tut dies seit April 2014 auch: In Essen verbindet ein solches Supraleiter-Kabel im Rahmen des Projekts AmpaCity erstmals zwei rund einen Kilometer weit entfernt liegende Umspannwerke. Mit 1.000 Metern Länge ist dies das längste supraleitende Kabel der Welt. Es ersetzt dort eines der sonst üblichen 110.000 Volt-Hochspannungskabel.
20 Millionen Kilowattstunden
Nach 180 Tagen Betrieb haben die Projektpartner nun ein erstes Fazit gezogen: Der Supraleiter transportiert demnach fünf Mal mehr Strom als herkömmliche Kupferkabel und das nahezu verlustfrei. Seit Inbetriebnahme am 30. April hat das einen Kilometer lange Kabel rund 20 Millionen Kilowattstunden verteilt, was dem Anschluss von etwa 10.000 Essener Haushalten entspricht. Zudem verursacht das neue Kabelsystem keine Wärmeabstrahlung und keine magnetischen Felder, wie die Forscher berichten.
„Das Projekt AmpaCity zeigt, dass es in Deutschland möglich ist, Grundlagenforschung in die Anwendung zu bringen“, freut sich Mathias Noe vom Karlsruher Institut für Technologie und Projektpartner bei AmpaCity. Die technologischen Erkenntnisse des Projektes stoßen auch im In- und Ausland bereits auf großes Interesse. So ließen sich Delegationen aus Frankreich, Ghana, den USA, China und Japan bereits die Technologie in Essen vor Ort erklären.
(Karlsruher Institut für Technologie, 27.10.2014 – NPO)
