Kühltechnologie Nahezu verlustfreier Stromtransport bei Minus 209 ° C

Neue Technologien helfen beispielsweise das Stromnetz und damit die Stromverteilung in Deutschland zu verbessern und vor allem effektiv zu betreiben. Messer entwickelte eine neue Kühltechnologie, die Supraleitungskabel mit flüssigem Stickstoff anstelle von bisher ­ 196 auf ­ 209 ° C kühlt, um damit einen fast verlustfreien Transport von Strom im Netz zu sichern.

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Schematische Darstellung eines Vakuum-Unterkühlers
Schematische Darstellung eines Vakuum-Unterkühlers
(Bild: Messer)

Der Industriegasespezialist arbeitet zusammen mit RWE an deren Projekt Ampa City. Im Rahmen des Pilotprojekts nahm der Stromversorger im April 2014 das bisher längste supraleitende Kabel der Welt in Essen in Betrieb. Langfristig sollen supraleitende Kabel den Energieverlust in Stromleitungen deutlich senken. Denn Supraleitungskabel übertragen bei gleichem Leitungsquerschnitt eine fünffach höhere Strommenge, auch bei relativ niedriger Spannung, heißt es in einer Pressemitteilung.

Nicht ohne Stickstoff

Der Energieverlust in heutigen Stromleitungen rührt vom elektrischen Widerstand beim Transport von Strom her. Manche Materialien verlieren diesen Widerstand bei sehr tiefen Temperaturen und werden zu Supraleitern. Die vor circa 100 Jahren entdeckten (metallischen) Supraleiter werden bei ­ 269 ° C gekühlt. Das Verfahren verlangt eine kostenintensive Helium-Kühlung und zieht einen hohen Energieverbrauch zur Kälteerzeugung nach sich. 1986 entdeckte der Nobelpreisträger Georg Bednorz die Hochtemperatur-Supraleiter. Diese erlauben flüssigen Stickstoff anstelle von Helium. Das Stromkabel des AmpaCtiy-Projekts besteht aus diesem Material.

Messer entwarf hierfür eine neue Kühltechnologie. Die Kühltemperatur liegt bei ­ 209 ° C. Normalerweise reicht die Kühlleistung mit flüssigem Stickstoff nur bis ­ 196 ° C, so die Entwickler. Bei der neuen Kühltechnologie verdampft das Unternehmen flüssigen Stickstoff jedoch im Unterdruck und erreicht so die erforderliche Temperatur und erfüllt damit die Kabelspezifikation. Der kalte Stickstoff kompensiert die Wärme, die das AmpaCity-Supraleiterkabel aus der Umgebung aufnimmt und ermöglicht einen annähernd verlustfreien Stromtransport. Ein Rückführsystem sorgt für einen energieeffizienten, geschlossenen Kreislauf.

Interview mit Dr. Friedhelm Herzog

Herzog betätigt sich als Anwendungsspezialist für Gase in der Industrie bei Messer und erklärt innerhalb einer Pressemitteilung des Unternehmens welche Rolle die neue Technologie für das RWE-Projekt und die Supraleitungskabel spielt.

Dr. Friedhelm Herzog arbeitet im Bereich Gase in der Industrie bei Messer.
Dr. Friedhelm Herzog arbeitet im Bereich Gase in der Industrie bei Messer.
(Bild: Messer)

Wie kam die Zusammenarbeit von Messer und RWE zustande?

„Auf der Hannover Messe 2012 kam ich mit der Firma Nexans ins Gespräch, dem Lieferanten des supraleitenden Kabels. Wir sprachen über das Pilotprojekt AmpaCity und die Anforderungen an die Kühlung des ein Kilometer langen Stromkabels. Nach diesem Gespräch entwickelten wir bei Messer ein Konzept für eine neue Flüssigstickstoff-Kühltechnologie, die im Vergleich zur ursprünglich vorgesehenen Kühlung mit Stirling-Maschinen einige Vorteile bietet. Dieses Konzept präsentierten wir dann RWE, wo es ebenfalls auf Zustimmung stieß.“

Wofür wird Stickstoff von Messer im Pilotprojekt AmpaCity eingesetzt?

„Der flüssige Stickstoff hat zwei Aufgaben: Er wird in flüssiger Form durch das supraleitende Kabel gepumpt, um die von außen durch die Kälteisolation eindringende Wärme abzuführen. Das funktioniert im Prinzip wie bei einer Zentralheizung, nur dass hier Kälte statt Wärme eingebracht wird. Der Stickstoff „erwärmt“ sich von ­ 206 ° C am Kabeleintritt auf ­ 201 ° C am Kabelaustritt. Um das Flüssiggas dann von ­ 201 wieder auf ­ 206 ° C zu kühlen, wird dieser durch einen speziell konstruierten Unterkühler geleitet. Zum Betrieb dieses Unterkühlers benötigt man ein Kühlmedium, welches kälter als ­ 206 ° C sein muss. Dieses Kühlmedium ist ebenfalls flüssiger Stickstoff, den wir bei ­ 209 ° C verdampfen lassen und dann ins Freie ableiten.“

Welche Herausforderungen gemeistert werden mussten und welche Besonderheiten das Projekt zu bieten hatte, lesen Sie auf der nächsten Seite dieses Beitrags.

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