Forschungsprojekte nachgehakt: Die zweite Generation im Einsatz

Supraleitende Strombegrenzer in Sachsen

Ein supraleitender Strombegrenzer schützt im sächsischen Braunkohlenkraftwerk Boxberg die Eigenstromversorgung vor Schäden durch Kurzschlüsse und Spannungsspitzen. Das System der ersten Generation haben die Entwickler nun ? weltweit erstmalig ? durch einen Strombegrenzer auf Basis von YBCO-Bandleitern ersetzt. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Nexans SuperConductors steigern damit die Eigensicherheit des Netzes und helfen, Investitionskosten in Anlagen zu sparen.

Ende 2011 berichtete der BINE Informationsdienst bereits über das Projekt. Jetzt erklärt Projektleiter Wilfried Goldacker vom KIT: „Hochtemperatur-Supraleiter galten lange Zeit als schwer handhabbar, zu spröde und insbesondere zu teuer für allgemeine industrielle Anwendungen.“ Doch die Vorteil überzeugen: Bei Stromspitzen ? etwa nach Kurzschlüssen im Netz ? werden keine Bauteile zerstört, sondern der Begrenzer kehrt schon nach wenigen Sekunden selbsttätig in den normalen Betriebszustand zurück. Der Netzausfall ist somit wesentlich kürzer als bei konventionellen Strombegrenzern. Bei denen müssen konstruktionsbedingt Bauteile zerstört werden, die jeweils zeit- und kostenintensiv ausgetauscht werden – wie bei einer Schmelzsicherung im Haushalt.

Ein Baustein für den Netzausbau

Verlässliche, kompakte Strombegrenzer erlauben es Stromnetze stabiler zu betreiben und deren Struktur zu vereinfachen. Dank ihrem Schutz vor Stromspitzen lassen sich dezentrale Energieerzeuger wie Wind- und Solaranlagen einfacher in Netze integrieren. Teure Komponenten im bestehenden Stromnetz werden effektiv geschützt, Bauteile in zukünftigen Netzen können für geringere Spitzenströme ausgelegt werden und Transformatoren werden vielerorts überflüssig. Insgesamt können Investitionskosten bei Kraftwerken und Netzen eingespart werden. Zudem lässt sich das Prinzip des supraleitenden Strombegrenzers auf YBCO-Basis zukünftig auch auf Hochspannungsnetze über 100 Kilovolt ausdehnen und diese so besser vor Stromausfällen schützen.

Die zweite Generation

YBCO steht für die Bestandteile des Supraleiters: Yttrium-Barium-Kupfer-Sauerstoff. Es wird als rund ein Mikrometer dicke Kristallschicht direkt auf ein einige Millimeter breites Edelstahlband aufgebracht. Unterhalb einer Temperatur von minus 183 Grad Celsius wird das Material supraleitend. Allerdings bricht der supraleitende Zustand schlagartig zusammen, wenn die Stromstärke im Leiter die Auslegungsgrenzen übersteigt. Auf diesem Effekt beruht der supraleitende Strombegrenzer. Bei Stromspitzen im Netz verliert der Supraleiter seine Leitfähigkeit innerhalb von Sekundenbruchteilen und der Strom kann nur noch über das Edelstahlband fließen, das einen deutlich höheren Widerstand aufweist und den Strom damit begrenzt. Die anfallende Wärme wird über das Kühlsystem des Supraleiters abgeführt. Einige Sekunden nach dem Kurzschluss ist der Normalbetrieb im supraleitenden Zustand wieder hergestellt. YBCO-Supraleiterschichten auf Edelstahlbändern sind stabiler und betriebsfreundlicher als die Supraleiter der ersten Generation aus BSCCO-Keramiken. Zudem benötigt ihre Herstellung keine Edelmetalle wie Silber und wird voraussichtlich günstiger sein.

BINE-Publikationen zum Thema

Das BINE-Projektinfo „Supraleitende Strombegrenzer im Kraftwerk“ stellt die Forschungsarbeiten im Detail vor. Bereits 2010 erschien das Info „Hochtemperatur-Supraleiter“. Es erläutert Herstellung und Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Materialien.

Bildunterschrift: Kurz vor dem Einsatz: Ein mobiler Container wird für die Aufnahme des Strombegrenzers vorbereitet.© BINE Informationsdienst

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