PresseBox
Pressemitteilung BoxID: 780352 (Vision Electric Super Conductors GmbH)
  • Vision Electric Super Conductors GmbH
  • Morlauterer Str. 21
  • 67657 Kaiserslautern
  • http://www.vesc-superbar.de/
  • Ansprechpartner
  • Wolfgang Reiser
  • +49 (631) 20575-1070

Effiziente Stromzuführungen für supraleitende Stromschienen

Projektpartner VESC und TU Kaiserslautern erwarten günstigere Betriebskosten

(PresseBox) (Kaiserslautern, ) Die auf supraleitende Hochstrom-Schienen spezialisierte Vision Electric Super Conductors GmbH (VESC) und die Technische Universität Kaiserslautern entwickeln eine neue Generation von Stromzuführungen für supra­leitende Stromtransportsysteme. Mit innovativen Konzepten und neuen wissenschaftlichen Ansätzen wird das Ziel einer signifikanten Senkung der Betriebs- und Investitionskosten im industriellen Einsatz verfolgt. Erreicht werden die Kostenvorteile insbesondere durch eine energiesparende dreistufige Kälteerzeugung mit reduzierten Wartungsanforderungen. Im April 2016 sollen erste Testergebnisse aus der Erprobung der Stromzuführungen vorliegen. Gefördert wird das Entwicklungsprojekt von der AiF Projekt GmbH, Berlin, aus dem Zentralen Innovationsprojekt Mittelstand (ZIM) der Bundesregierung.

Während konventionelle Übertragungssysteme bereits auf kurzen Distanzen hohe Kosten durch Widerstandsverluste verursachen, ermöglicht die Stromübertragung mit Supraleitern einen praktisch verlustfreien Transport großer Energiemengen auf niedrigem Spannungs­niveau. Geringe Baugrößen und minimierte Arbeitssicherheits­kosten machen supraleitende Stromtransportsysteme zusätzlich attraktiv. Zu den Anwendungsfeldern zählen die Stromversorgung von energieintensiven Industrie­prozessen und Rechenzentren sowie die Netzanbindung von Wind- und Solarparks. Einschränkungen bei der kommerziellen Nutzung supraleitender Stromschienen ergaben sich bisher vor allem durch den aufwändigen Betrieb der Kältetechnik. Die Lösung dieses Problems steht im Mittelpunkt des zweijährigen Entwicklungsprojekts, das 2016 abgeschlossen werden soll.

Stromzuführungen verursachen den Hauptteil der Kühlkosten

Supraleiter werden in Kryostaten thermisch von der Umgebung isoliert und bei Temperaturen um minus 196°C (77 Kelvin) betrieben. Leitungsstrecken lassen sich dabei mit vergleichsweise wenig Kälteenergieaufwand auf Betriebstemperatur halten. Den überwiegenden Teil der Kälteverluste verursacht der Übergang von Warm zu Kalt in den Stromzuführungen, die Energie aus dem normalleitende Stromnetz in den tiefkalten Supraleiter ein- und wieder ausspeisen.

Stufenweise Kühlung steigert die Energieeffizienz

Der hohe Energiebedarf konventioneller Kühlsysteme in Stromzuführungen resultiert daraus, dass ausschließlich das mit dem Supraleiter verbundene „kalte“ Ende der Stromzuführung ge­kühlt wird. Dies bedeutet, dass die gesamte Kälteleistung bei ‑196°C erbracht werden muss. Auf diesem tiefen Temperaturniveau wandeln Kälte­maschinen nur noch fünf bis acht Prozent ihrer elektrischen Leistungsaufnahme in Kälteleistung um. VESC und die TU Kaiserslautern setzen deshalb auf modifizierte Zuführungen mit einem Stufenkühlverfahren: Die Stromzuführung wird von ihrem „warmen“ Ende her zunächst auf eine Temperatur von ca. ‑40°C (233 Kelvin) gekühlt. Auf dieser Temperaturstufe kann die eingesetzte Antriebsleistung im Verhältnis eins zu eins in Kälteleistung umgewandelt werden. Die Abkühlung auf ca. -123°C (150 Kelvin) im nächsten Abschnitt erfolgt mit einem Umwandlungsfaktor von drei zu eins, so dass nur die Kälteleistung für die nachfolgende Kühlung der Stromzuführung auf ‑196°C (77 Kelvin) bei ungünstigen Umwandlungsverhältnissen von zwölf bis zwanzig zu eins erzeugt werden muss. Als Ergebnis erwarten die Projektpartner um 40 Prozent geringere Energiekosten für den Betrieb der 77-Kelvin-Kühlung.

Gute Voraussetzungen für den Industrieeinsatz

Vorteile bietet die Stufenkühlung auch unter dem Aspekt der Verfügbarkeit. Sie baut auf kältetechnischen Komponenten auf, die unter anderem in der Lebensmittellogistik, der Flüssiggaslogistik und der Agrarmedizin breite Anwendung finden. Charakteri­stische Merkmale dieser Technologiebasis sind hohe Betriebssicherheit und minimale Wartungsanforde­rungen mit langen Wartungsintervallen. Damit erfüllen die innovativen Stromzuführungen zentrale Kriterien für den kommerziellen Einsatz: Die Betriebskosten supraleitender Stromtransportsysteme könnten nach Berechnungen von VESC und der TU Kaiserslautern insgesamt halbiert werden.

Über die Technische Universität Kaiserslautern

Die 1970 gegründete Technische Universität Kaiserslautern genießt in Forschung und Lehre international hohes Ansehen und belegt in Hochschulrankings Spitzenplätze sie in diversen Kategorien. Als Campus-Universität mit rund 16.000 Studierenden bietet sie in zwölf Fachbereichen ein breites Spektrum zumeist interdisziplinär ausgerichteter Studiengänge. Darüber hinaus profitieren die Studierenden und (Nachwuchs-)Wissenschaftler von der Zusammenarbeit der Universität mit zahlreichen international renommierten Forschungseinrich­tungen, darunter zwei Fraunhofer-Institute, ein Max-Planck-Institut, das Deutsche Forschungs­zentrum für Künstliche Intelligenz und das Institut für Verbundwerkstoffe.

Über Hochstromschienen

Hochstromschienen transportieren in der Regel Niederspannungs-Gleichstrom mit Stromstärken im Bereich von 10 kA bis 350kA. Sie überbrücken kurze Entfernungen zwischen 20 Metern und wenigen Kilometern und werden vorwiegend zur Stromversorgung energieintensiver großtechni­scher Prozesse der Grundstoff-, Chemie- und Metallindustrie eingesetzt. Typische Anwendungs­felder von Hochstromschienen sind u.a. Chlor-, Aluminium-, Zink- und andere Elektrolysen, aber auch Rechenzentren. Um die Widerstandsverluste beim Transport von Niederspanungsströmen zu begrenzen, werden konventionelle Hochstromschienen aus Kupfer oder Aluminium mit großen Leiterquerschnitten ausgelegt und haben einen entsprechend hohen Raumbedarf. Besondere bauliche Anforderungen stellen darüber hinaus die Wärmeemissionen, die äußeren Magnetfelder sowie der Kurzschluss- und Personenschutz. Supraleitende Hochstromschienen verursachen praktisch keine Stromverluste und haben bei gleicher Kapazität einen um 90 Prozent geringeren Raumbedarf als konventionelle Systeme. Sie erfordern aufgrund ihrer Kapselung in Kryostaten keinen erhöhten baulichen Aufwand für den Kurzschluss- und Personenschutz. Wärme­emissionen treten nur im Bereich des Kühlsystems auf. In Anwendungsumfeldern, in denen diese Faktoren kostenrelevant sind, können supraleitende Hochstromschienen eine wirtschaftlich vorteilhafte Alternative zu konventionellen Systemen sein.

Vision Electric Super Conductors GmbH

Die 2013 gegründete Vision Electric Super Conductors GmbH (VESC), Kaiserslautern, entwickelt supraleitende Stromschienensysteme für den Transport großer Strommengen auf niedrigem Spannungsniveau. VESC Produkte ergänzen die konventionelle Hochstromschienentechnologie. VESC konzentriert sich auf Anwendungsprojekte, die im Hinblick auf Energieeffizienz, Raumökonomie, Bauaufwand und Personenschutz besondere Anforderungen an Stromschienensysteme stellen. Der Unternehmensgründer, Dr. Wolfgang Reiser, gehört zu den anerkannten Experten für Hochstromversorgungssysteme mit globaler Projekterfahrung und war Gründer und Miteigentümer des Technologieführers in Hochstromanwendungen, Vision Electric GmbH.