Supraleiter haben gut Lachen
- Pressemitteilung der Firma BINE Informationsdienst, 12.03.2012
Pressemitteilung vom: 12.03.2012 von der Firma BINE Informationsdienst aus Bonn
Kurzfassung: Hochtemperatursupraleiter werden als Problemlöser wertvolle Beiträge zur Energiewende leisten – dies war der Tenor auf der Fachtagung ZIEHL III. Zum dritten Mal trafen sich Experten aus Anwendung, Forschung und Industrie am 6. und 7. März in ...
[BINE Informationsdienst - 12.03.2012] Supraleiter haben gut Lachen
Hochtemperatursupraleiter werden als Problemlöser wertvolle Beiträge zur Energiewende leisten – dies war der Tenor auf der Fachtagung ZIEHL III. Zum dritten Mal trafen sich Experten aus Anwendung, Forschung und Industrie am 6. und 7. März in Bonn. Themenschwerpunkte der diesjährigen Tagung waren Netztechnik und -schutz, Generatoren und Motoren, sowie neue Materialentwicklungen. BINE Informationsdienst war mit einem Stand im Ausstellungsbereich vertreten, auch um das neue Forschungsportal www.eneff-industrie.info zu präsentieren.
Einführend stellte Dr. Knut Kübler (BMWi) die enormen Herausforderungen vor, die sich aus den energiepolitischen Vorgaben bis 2050 ergeben. Das 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung soll Weichen stellen, um das Zeitalter der Erneuerbaren und der Energieeffizienz zu erreichen. Dabei bildet die Hochtemperatur-Supraleitung einen strategisch wichtigen Förderbereich.
Vorteile und Kundennutzen supraleitender Systeme
Mit supraleitenden Kabeln, Fehlerstrombegrenzern, Generatoren, Motoren und Heizern u.a. eröffnen sich wirtschaftlich und ökologisch neue Perspektiven in der Industrie und in der Energietechnik. Vorträge diskutierten die Fragestellung, wo die wirtschaftlich interessanten Anwendungen liegen und in welchen Fällen die Vorteile auch höhere Investitionskosten rechtfertigen. Ein aktueller Fokus liegt auf Netztechnologien, die eine besonders wirtschaftliche Nutzung regenerativer Energien erlauben und Netzerweiterungen effizienter und ökologisch verträglicher machen.
So seien beispielsweise die maximalen Verluste von HTS-Mittelspannungskabeln deutlich geringer als die konventioneller Kabel, das tatsächliche Verlustverhältnis hinge aber entscheidend vom Auslastungsgrad ab. Weitere Vorträge konkretisierten solche Zusammenhänge mit Fallbeispielen, so etwa einer Netzstudie für das innerstädtische Verteilnetz in Essen.
Ein weiterer wichtiger Kundennutzen ist die Rohstoffeffizienz. Mit den Supraleitern der zweiten Generation werden nicht nur große Mengen Seltener Erden eingespart, deren Preissprünge jüngst für Aufsehen sorgen. Auch der Verbrauch andere Materialien wie Kupfer und Stahl reduziert sich im Vergleich zu konventionellen Systemen.
Netztechnik und Netzschutz
Supraleitende Strombegrenzer schützen Kraftwerke und Stromnetze vor Kurzschlüssen mit bisher nicht realisierbaren Schutzkonzepten. Sie haben das Potenzial einer "Killer-Applikation" für das künftige Stromnetz. So lassen sich beispielsweise Mittelspannungsnetze besser vermaschen, ohne dass die Kurzschlussleistung in den Teilnetzen steigt. Komponenten wie Transformatoren werden gleichmäßiger ausgelastet und das Gesamtsystem gewinnt Leistungsfähigkeit und Flexibilität. Dezentrale Stromerzeuger wie Windenergieanlagen können ohne Umweg über das Hochspannungsnetz direkt in diese Spannungsebene einspeisen.
Stromerzeugung und -nutzung
Supraleiter ermöglichen den Bau besonders kompakter und leichter Generatoren und Motoren kombiniert mit einem hohen Wirkungsgrad. Sehr große Windenergieanlagen profitieren davon besonders, denn das Turmkopfgewicht beeinflusst die Dimensionierung weiterer Bauteile vom Turm bis hin zum Fundament. Aber auch in Schiffen, wo Bauraum knapp und teuer ist, und Gewichtseinsparungen gleichbedeutend mit Treibstoffeinsparung ist, sehen die Forscher interessante Einsatzmöglichkeiten. Vorgestellt wurden Konzepte und Prototypen, die von kleinen hochdynamischen Industriemotoren bis hin zu großen Kraftwerksgeneratoren reichen.
Betriebserfahrung, Zuverlässigkeit, Kryotechnik
Über die optimale Funktion und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems entscheidet nicht alleine die Qualität und die Kosten des Supraleiters. Sowohl die Kälteerzeugung als auch das Vakuumsystem spielen eine entscheidende Rolle. In manchen Fällen dominieren diese Aufwendungen die Gesamtkosten. So waren Erfahrungen bei der Evakuierung großer Kryosysteme ebenso ein wichtiges Thema, wie die Verfügbarkeit von Tieftemperaturkühlgeräten verschiedener Leistungsklassen. Dr. Erik Marzahn von Nexans steuerte praktische Erfahrungen aus dem Betrieb des weltweit längsten Supraleiterkabel bei: Die 600 m lange 138-kV-Stromverbindung wurde 2008 nahe New York in Betrieb genommen. Es besteht aus drei einphasigen HTS-Kabeln der ersten Generation. Das System kann bei voller Auslastung bis zu 574 MVA Leistung übertragen und bis zu 300.000 Haushalte mit Strom versorgen.
HTS-Materialien als Schlüssel zur Anwendung
Der letzte Themenblock widmete sich den Materialentwicklungen. Hochtemperatur-Supraleiter der zweiten Generation basieren auf einer Schichtarchitektur: Auf ein metallisches Trägerband werden zunächst keramische Pufferschichten und dann die eigentliche Supraleiterschicht (YBCO) abgeschieden. Hierzu werden unterschiedliche physikalische und chemische Verfahren für die Produktion im großen Maßstab optimiert. Physikalische Methoden wie Sputtern, Laserablation oder Elektronenstrahlverdampfung erzielen Schichten mit höherer Performance. Mit der Elektronenstrahlbeschichtung gelang es der THEVA GmbH bereits, die Stromdichte von 1000 A/mm² zu überschreiten. Da die physikalischen Verfahren im Hochvakuum ablaufen, werden geringere Beschichtungsraten erreicht als bei chemischen Prozessen wie der chemischen Beschichtung (Chemical Solution Deposition - CSD). Eine Mittelstellung nimmt die chemische Vakuumbeschichtung (Metal Organic Chemical Vapour Deposition - MOCVD) ein, die nur ein moderates Vakuum erfordert.
Weltweit arbeiten Hersteller an der Verbesserung der Stromtragefähigkeit, der Minimierung der Wechselstromverluste und an einer höheren Toleranz gegenüber Magnetfeldern.
Diskutiert wurden auch neue eisenbasierte Pniktidsupraleiter. Die Forscher zeigten sich skeptisch: Bisher scheinen noch keine signifikanten Vorteile gegenüber etablierten Technologien erkennbar zu sein und die Drahtherstellung gestaltet sich schwierig. In zwei Jahren wollen sich die Forscher erneut zu ZIEHL IV zusammenfinden.
Veranstalter
"ZIEHL" wird vom Industrieverband Supraleitung (IVSupra), dem Karlsruhe Institute of Technology (KIT) und dem Projektträger Jülich (PtJ) mit Unterstützung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) veranstaltet.
Redaktion
BINE Informationsdienst
FIZ Karlsruhe - Büro Bonn
Redaktionsleitung: Johannes Lang
Kaiserstraße 185-197
53113 Bonn
Tel. (+49) 228 92379-0
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Hochtemperatursupraleiter werden als Problemlöser wertvolle Beiträge zur Energiewende leisten – dies war der Tenor auf der Fachtagung ZIEHL III. Zum dritten Mal trafen sich Experten aus Anwendung, Forschung und Industrie am 6. und 7. März in Bonn. Themenschwerpunkte der diesjährigen Tagung waren Netztechnik und -schutz, Generatoren und Motoren, sowie neue Materialentwicklungen. BINE Informationsdienst war mit einem Stand im Ausstellungsbereich vertreten, auch um das neue Forschungsportal www.eneff-industrie.info zu präsentieren.
Einführend stellte Dr. Knut Kübler (BMWi) die enormen Herausforderungen vor, die sich aus den energiepolitischen Vorgaben bis 2050 ergeben. Das 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung soll Weichen stellen, um das Zeitalter der Erneuerbaren und der Energieeffizienz zu erreichen. Dabei bildet die Hochtemperatur-Supraleitung einen strategisch wichtigen Förderbereich.
Vorteile und Kundennutzen supraleitender Systeme
Mit supraleitenden Kabeln, Fehlerstrombegrenzern, Generatoren, Motoren und Heizern u.a. eröffnen sich wirtschaftlich und ökologisch neue Perspektiven in der Industrie und in der Energietechnik. Vorträge diskutierten die Fragestellung, wo die wirtschaftlich interessanten Anwendungen liegen und in welchen Fällen die Vorteile auch höhere Investitionskosten rechtfertigen. Ein aktueller Fokus liegt auf Netztechnologien, die eine besonders wirtschaftliche Nutzung regenerativer Energien erlauben und Netzerweiterungen effizienter und ökologisch verträglicher machen.
So seien beispielsweise die maximalen Verluste von HTS-Mittelspannungskabeln deutlich geringer als die konventioneller Kabel, das tatsächliche Verlustverhältnis hinge aber entscheidend vom Auslastungsgrad ab. Weitere Vorträge konkretisierten solche Zusammenhänge mit Fallbeispielen, so etwa einer Netzstudie für das innerstädtische Verteilnetz in Essen.
Ein weiterer wichtiger Kundennutzen ist die Rohstoffeffizienz. Mit den Supraleitern der zweiten Generation werden nicht nur große Mengen Seltener Erden eingespart, deren Preissprünge jüngst für Aufsehen sorgen. Auch der Verbrauch andere Materialien wie Kupfer und Stahl reduziert sich im Vergleich zu konventionellen Systemen.
Netztechnik und Netzschutz
Supraleitende Strombegrenzer schützen Kraftwerke und Stromnetze vor Kurzschlüssen mit bisher nicht realisierbaren Schutzkonzepten. Sie haben das Potenzial einer "Killer-Applikation" für das künftige Stromnetz. So lassen sich beispielsweise Mittelspannungsnetze besser vermaschen, ohne dass die Kurzschlussleistung in den Teilnetzen steigt. Komponenten wie Transformatoren werden gleichmäßiger ausgelastet und das Gesamtsystem gewinnt Leistungsfähigkeit und Flexibilität. Dezentrale Stromerzeuger wie Windenergieanlagen können ohne Umweg über das Hochspannungsnetz direkt in diese Spannungsebene einspeisen.
Stromerzeugung und -nutzung
Supraleiter ermöglichen den Bau besonders kompakter und leichter Generatoren und Motoren kombiniert mit einem hohen Wirkungsgrad. Sehr große Windenergieanlagen profitieren davon besonders, denn das Turmkopfgewicht beeinflusst die Dimensionierung weiterer Bauteile vom Turm bis hin zum Fundament. Aber auch in Schiffen, wo Bauraum knapp und teuer ist, und Gewichtseinsparungen gleichbedeutend mit Treibstoffeinsparung ist, sehen die Forscher interessante Einsatzmöglichkeiten. Vorgestellt wurden Konzepte und Prototypen, die von kleinen hochdynamischen Industriemotoren bis hin zu großen Kraftwerksgeneratoren reichen.
Betriebserfahrung, Zuverlässigkeit, Kryotechnik
Über die optimale Funktion und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems entscheidet nicht alleine die Qualität und die Kosten des Supraleiters. Sowohl die Kälteerzeugung als auch das Vakuumsystem spielen eine entscheidende Rolle. In manchen Fällen dominieren diese Aufwendungen die Gesamtkosten. So waren Erfahrungen bei der Evakuierung großer Kryosysteme ebenso ein wichtiges Thema, wie die Verfügbarkeit von Tieftemperaturkühlgeräten verschiedener Leistungsklassen. Dr. Erik Marzahn von Nexans steuerte praktische Erfahrungen aus dem Betrieb des weltweit längsten Supraleiterkabel bei: Die 600 m lange 138-kV-Stromverbindung wurde 2008 nahe New York in Betrieb genommen. Es besteht aus drei einphasigen HTS-Kabeln der ersten Generation. Das System kann bei voller Auslastung bis zu 574 MVA Leistung übertragen und bis zu 300.000 Haushalte mit Strom versorgen.
HTS-Materialien als Schlüssel zur Anwendung
Der letzte Themenblock widmete sich den Materialentwicklungen. Hochtemperatur-Supraleiter der zweiten Generation basieren auf einer Schichtarchitektur: Auf ein metallisches Trägerband werden zunächst keramische Pufferschichten und dann die eigentliche Supraleiterschicht (YBCO) abgeschieden. Hierzu werden unterschiedliche physikalische und chemische Verfahren für die Produktion im großen Maßstab optimiert. Physikalische Methoden wie Sputtern, Laserablation oder Elektronenstrahlverdampfung erzielen Schichten mit höherer Performance. Mit der Elektronenstrahlbeschichtung gelang es der THEVA GmbH bereits, die Stromdichte von 1000 A/mm² zu überschreiten. Da die physikalischen Verfahren im Hochvakuum ablaufen, werden geringere Beschichtungsraten erreicht als bei chemischen Prozessen wie der chemischen Beschichtung (Chemical Solution Deposition - CSD). Eine Mittelstellung nimmt die chemische Vakuumbeschichtung (Metal Organic Chemical Vapour Deposition - MOCVD) ein, die nur ein moderates Vakuum erfordert.
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Aktuelle Informationen aus Forschung und Technik werden durch die BINE-Fachredaktion gründlich recherchiert, prägnant und zielgruppenorientiert aufbereitet und potentiellen Anwendern vermittelt. In drei Inforeihen (Projekt-Info, Themen-Info und basisEnergie) informiert BINE über Ergebnisse und Erfahrungen aus Forschung und Anwendungsprojekten. Die Infos können auch im kostenfreien Abonnement bezogen werden. Die BINE-Publikationen werden im Internet systematisch mit weiteren Informationen und Angeboten (u. a. InfoPlus) vernetzt und durch das BINE-Expertentelefon ergänzt. Hier bietet BINE projektbezogene und praxisrelevante Zusatzinformationen.
Ergänzt werden die BINE Broschüren durch die "BINE Informationspakete". Die Buchreihe bietet aktuelles, in der Praxis verwertbares Anwendungs-know-how und Forschungswissen. Die Buchreihe erscheint im Verlag Solarpraxis und ist im Buchhandel oder über die BINE Homepage bestellbar.
Die Planung und Realisierung eines energieeffizienten Gebäudes, die Wärmerückgewinnung in industriellen Prozesse oder die Integration erneuerbarer Energien in bestehende Energiesysteme sind komplexe und anspruchsvolle Aufgaben - sie erfordern aktuelle und erstklassige Informationen für richtige Entscheidungen. BINE wendet sich als kompetenter Partner an Planer, Berater und Architekten, an Entwickler, Hersteller und Handwerker, an Akteure der Aus- und Weiterbildung und an die Medien.
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