Ein Team des Instituts für Technische Physik des KIT um Dr. Walter Fietz und Dr. Michael Wolf hat ein supraleitendes Leiterkonzept entwickelt, das aufgrund des energieeffizienten Stromtransports als Basiselement für zukünftige Hochstromkabel in Fusionskraftwerken, Industrieanlagen oder Gleichspannungs-Stromnetzen dienen könnte.
Kreuz ist Trumpf
Der am KIT entwickelte Kreuzleiter (englisch Cross Conductor, kurz Croco) besteht aus bandförmigen Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) in zwei verschiedenen Breiten. Diese werden gestapelt und auf voller Länge verlötet, wobei im Querschnitt ein Kreuz entsteht. Durch eine zusätzliche leichte Verdrillung der Bänder werden die magnetischen Eigenschaften des Leiters verbessert. Schließlich wird der Leiter noch in einem Kupferrohr verpackt und die Lücken zwischen Kreuz und Rohr mit Lot gefüllt.
Mittels des zum Patent angemeldeten Prototypens einer Fertigungsanlage konnten sie zeigen, dass die kontinuierliche Fertigung von Croco-Leitern aus supraleitenden Bändern auf einfache Weise möglich ist. Mittels des zum Patent angemeldeten Prototypens einer Fertigungsanlage konnten Fietz und Wolf zeigen, dass die kontinuierliche Fertigung von Croco-Leitern aus supraleitenden Bändern auf einfache Weise möglich ist.
Supraleiter-Konzept
Hochtemperatur-Supraleiter sind keramische Werkstoffe, deren vorteilhaften Eigenschaften wie den widerstandslosen Stromtransport bei Temperaturen von typischerweise minus 200 Grad Celsius auftreten. Allerdings lassen sie sich nur als mikrometerdünne Beschichtung auf Metallbändern in großen Längen herstellen.
Die ursprüngliche Idee, flache supraleitende Bänder zylinderförmig mit Kupfer zu ummanteln, stammt aus dem Swiss Plasma Center. Fietz und Wolf nahmen diese auf und haben in mehrjähriger Forschung das Croco-Konzept entwickelt, das mehr Supraleiter enthält sowie stabiler und einfacher zu fertigen ist. Energieübertragungskabel auf Basis des Croco-Konzeptes könnten je nach Kühltemperatur 10- bis 100-mal mehr Strom tragen als ungekühlte Kupferkabel.
Einsatz in der Praxis
In Fusionskraftwerken wie ITER werden Hochstromkabel für Ströme bis 68.000 Ampere benötigt, um die supraleitenden Spulen zu versorgen, die das plasmahaltende Magnetfeld erzeugen. Aber auch in energieintensiven Industrieprozessen, etwa in Aluminiumhütten, Rechenzentren, bei der elektrolytischen Abscheidung chemischer Elemente sowie bei der Energieerzeugung in Offshore-Windparks, werden mittlerweile Kabel benötigt, die elektrischen Gleichstrom von 10.000 bis über 100.000 Ampere tragen können.
Im Rahmen der Energiewende könnten supraleitende Kabel eingesetzt werden, um Gleichspannungs-Übertragungsnetze einzurichten, die erneuerbare Energien in Zukunft nahezu verlustfrei vom Erzeuger zum Verbraucher leiten. Der Einsatz von Supraleitern könnte helfen, Material- und Installationsaufwand, Platzbedarf und vor allem Übertragungsverluste und Wärmeentwicklung zu minimieren.
