Energietechnik - Interview mit Dr. Joachim Bock

Mit Supraleitern Grenzen überwinden

Die Supraleitung steht vor einem Doppeljubiläum: Sie wird im Jahr 2011 hundert Jahre alt und ein Vierteljahrhundert liegt dann die Entdeckung der keramischen Supraleiter zurück. Aus dieser neuen Stoffklasse gingen die so genannten Hochtemperatur- Supraleiter (HTS) hervor, die sich mit flüssigem Stickstoff preiswert kühlen lassen. Damit wird Supraleitung auch für die
Energietechnik interessant. Einige Anwendungen sind mittlerweile reif für die Praxis. Im Interview erläutert Dr. Joachim Bock, stellvertretender Vorsitzender des Industrieverbands Supraleitung e.V., die heißen Chancen der coolen Technik.

Herr Dr. Bock: Ihre Branche spricht von Hochtemperatur- Supraleitern, aber wir reden hier von einer im wahrsten Sinne des Wortes eiskalten Technik, die bei fast –200 °C funktioniert. Wie passt das zusammen?

Die schon lange bekannten metallischen Supraleiter werden heute als Tieftemperatur-Supraleiter (TTS) bezeichnet, da sie erst nahe dem absoluten Nullpunkt (–273 °C) zum idealen Leiter werden. Solche Supraleiter, die sich beispielsweise in Magneten für die Hochenergiephysik oder in Kernspintomografen befinden, müssen aufwändig gekühlt werden. Hochtemperatur-Supraleiter verlieren hingegen schon bei der so genannten Sprungtemperatur von etwa -180 °C ihren Widerstand und lassen sich mit flüssigem Stickstoff auf Betriebstemperatur bringen. Das macht die Sache deutlich einfacher und preiswerter.

Wo spielen Supraleiter ihre Vorteile aus und was für Möglichkeiten eröffnen uns die neuen Systeme?

Supraleiter übertragen hundertmal mehr Strom über einen gleichen Querschnitt als Kupfer. Daher kann zum Beispiel ein supraleitendes Kabel – selbst mit dem das Kabel umgebenden Kryostaten zur Kühlung – etwa fünfmal mehr elektrische Energie transportieren als ein konventionelles. Das ist vor allem für städtische Bereiche interessant, wo viel Leistung bei begrenztem Platz angebot transportiert werden muss. Mit einem HTS-Kabel kann die gleiche Leistung auch auf einer niedrigeren Spannungsebene übermittelt werden. So könnten 110-kV-Trassen und Umspannstationen entfallen. Das kann zu erheblichen Infrastruktur- und Kostenvorteilen führen. Ein weiteres Beispiel sind supraleitende Kurzschlussstrombegrenzer. Das sind völlig neuartige Schutzsysteme für Mittelspannungsnetze. Sie erlauben eine höhere Sicherheit für Personen und Anlagen und sorgen für eine höhere Ausfallsicherheit der Netze. Diese Strombegrenzer arbeiten automatisch und benötigen keine Trigger-Elektronik; sie kehren nach einem Fehlerstromereignis selbstständig in den Betriebszustand zurück. Dies unterscheidet sie von konventionellen Sicherungen oder den in der Mittelspannungsebene in Notfällen eingesetzten Sprengsicherungen. Und die Strombegrenzer schalten den Strom im Gegensatz zu Sicherungen nicht sofort ab. Daher ist die Fehlererkennung bei einem Kurzschluss einfach möglich. Eine attraktive Anwendung ist auch der supraleitende Generator. Er kann nicht nur mit einer Effizienzverbesserung von 30 bis 40 Prozent (schon bei Geräten im Bereich einiger MVA) aufwarten, sondern punktet auch mit Kompaktheit: Gewicht und Volumen können mehr als 50 Prozent kleiner ausfallen, ein Rieseneffekt, wenn man an Anwendungen wie Windkraftanlagen denkt: Statt fünf Megawatt könnte eine gleich große und schwere Maschine acht oder sogar zehn Megawatt liefern.

Von supraleitenden Kabeln und beispielsweise Strombegrenzern war schon öfters die Rede, aber meist im Zusammenhang mit Pilotprojekten. Ist die Technik nun marktreif?

Ja, supraleitende Kabel sind marktreif. Allerdings sind die Leiter gerade mal in Mengen verfügbar, um international einige Demonstrationsprojekte zu bedienen. Und Sie können sich vorstellen, dass die Preise noch hoch sind. Aber neue größere Projekte stimulieren die Produktionsmengen und lassen die Preise sinken. Kommerzielle Strombegrenzer-Systeme mit Supraleitern gibt es schon. Nexans SuperConductors hat sie bereits für den Einsatz im Mittelspannungsnetz und für das Eigenbedarfsnetz eines Kraftwerks geliefert. Strombegrenzer für Hochspannung sind noch in der Entwicklung, ebenso wird der konkrete Einsatz beim Generator wahrscheinlich noch ein paar Jahre dauern. Es gibt noch eine Anwendung, die viele überrascht hat: Der supraleitende Induktionsheizer von Zenergy Power und Bültmann zum Erwärmen von Nichteisenmetallen. Er senkt die Energiekosten drastisch und verbessert den Produktionsprozess.

Wird der Supraleiter in kommenden Jahrzehnten Kupfer in der Energietechnik ablösen?

Nein, das ist nicht zu erwarten. Ich sehe die Verbreitung der HTS vor allem in Ergänzung zur konventionellen Technologien, denn sie bringen Eigenschaften mit und ermöglichen Anwendungen, die mit konventionellen Leitern und Betriebsmitteln nicht möglich sind. Mit Supraleitern werden deren Grenzen überwunden.

Wir bedanken uns für dieses Gespräch.