AmpaCity - RWE.com

RWE Deutschland
mit intelligenten lÖsungen für
die energiewende in der stAdt.
Das modellprojekt ampacity in essen erprobt,
wie der strom zukünftig nahezu verlustfrei ans Ziel kommt.
RWE Deutschland AG
Kruppstraße 5
45128 Essen
T +49 201 12-08
F +49 201 12-25699
I www.rwedeutschland.com
inHalt 03
Die Partner von RWE Deutschland in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie geförderten Projekt AmpaCity:
GASTBEITRAG
Reinhard Paß, Oberbürgermeister der Stadt Essen
04
VORWORT
Dr. Arndt Neuhaus, RWE Deutschland
06
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie setzt sich
mit seinen zehn Abteilungen für Rahmenbedingungen ein, die den
Wirtschaftsstandort Deutschland zum Wohle aller noch robuster
und wettbewerbsfähiger machen.
INTELLIGENTE ENERGIE
Die sichere Versorgung von morgen
08
MODELLPROJEKT AMPACITY
AmpaCity und seine Partner
10
Als Kompetenzträger im Forschungs- und Innovationsmanagement
unterstützt der Projektträger Jülich seine Auftraggeber im Bund und in
den Ländern sowie die Europäische Kommission bei der Realisierung
ihrer forschungspolitischen Zielsetzungen, insbesondere in der Projektförderung. Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Technologie setzt der Projektträger Jülich unter anderem die Projektförderung im 6. Energieforschungsprogramm um.
SUPRALEITTECHNIK
Ideen für weniger Stromverlust
12
EFFIZIENTE SYSTEMLÖSUNG
Mehr Leit- und Leistungsfähigkeit
14
TESTSTRECKE
Streckenverlauf in der Essener Innenstadt
16
Das Karlsruher Institut für Technologie nimmt im Wissensdreieck
Forschung – Lehre – Innovation sowohl die Mission einer Universität als
auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der HelmholtzGemeinschaft wahr.
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Neue Erkenntnisse für die Energiewende
18
INTERVIEW
Dr. Johannes Georg Bednorz
20
Nexans gehört zu den führenden Anbietern von Kabeln und bietet
Lösungen für alle Anwendungsgebiete. Nexans-Kabel und -leitungen
sorgen für die sichere Übertragung von Energie oder Daten. Die Palette
reicht vom Kupferdraht bis zur Hybridleitung, vom filigranen Sensorkabel
bis zur Hochspannungsleitung und umfasst auch hochwertige Anschlüsse
und Verbindungen. Abgerundet wird das Portfolio durch innovative
supraleitende Systeme.
KOMMUNALPARTNER
RWE Deutschland als Partner der Kommunen
22
4 Kolumne
04
GastbeitraG
GastbeitraG 05
Als europäische KlimAschutzKommune sind wir gerne
dAbei, wenn es um die zuKunft der energie geht.
Wer die Energiewende zum Erfolg führen will, braucht
vor allem Innovationen. An Ideen sollte es im Land
der Dichter und Denker, der Ingenieure und Techniker
nicht mangeln. Die Energiewende braucht ebenso
erfahrene und starke Partner aus Wirtschaft und
Wissenschaft. Für AmpaCity haben sich alle von Rang
und Namen zusammengefunden, angeführt von RWE
Deutschland. Unter diesen Voraussetzungen kann
sich das Projekt zu einem stabilen Baustein für eine
erfolgreiche Energiewende entwickeln – „made in
Germany“ oder gar „made in Essen“!
Die Stadt Essen freut sich sehr darüber, Schauplatz
einer weltweiten Premiere zu sein. Denn zum ersten
Mal wird mitten in einer Großstadt ein Supraleiter für
den Stromtransport in ein existierendes Stromnetz
eingebunden und für rund zwei Jahre einem Härtetest
unterzogen. Die Bürgerinnen und Bürger dieser Stadt
können stolz darauf sein, dass Essen mit diesem
Die Innenstadtskyline der Ruhrmetropole Essen.
Projekt seinen Ruf als eine der Energiemetropolen
Europas festigt. Hier entstanden wegweisende Ideen,
die unser Leben von und mit Energie nachhaltig
verändert haben.
großtechnische Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands. Das Prinzip, Strom in
nachfrageschwachen Tageszeiten zur Pumpspeicherung von Wasser einzusetzen und das gespeicherte Wasser zur Stromerzeugung bei Bedarfsspitzen
zu verwenden, wurde beispielgebend in Deutschland.
Schon im vorigen Jahrhundert ließ RWE mit einigen
Innovationen aufhorchen: 1975 eröffnete eine
RWE-Tochtergesellschaft die weltweit erste Elektrotankstelle. 1953 entwickelte RWE mit der Firma
Forbach Apparatebau den Durchlauferhitzer „Typ
Essen“, einen hydraulisch gesteuerten Durchlauferhitzer, der die weitere Entwicklung für 20 Jahre prägte.
Von 1924 bis 1930 errichtete RWE eine 220-KilovoltHöchstspannungsleitung, die thermische Kraftwerke
im rheinisch-westfälischen Industriegebiet mit
süddeutschen und alpinen Wasserkräften zusammenschloss, eine weithin anerkannte technologische
Pionierleistung in Europa. Und von 1927 bis 1930
errichtete RWE in Herdecke an der Ruhr das erste
Es stimmt mich zuversichtlich, dass RWE sich in dieser Tradition auch den
Herausforderungen der Energiewende stellt. Das Unternehmen wird damit
einer gesamtgesellschaftlichen Führungsrolle gerecht. Es beweist Handlungsstärke. Zudem eröffnen sich durch eine solche aktive Rolle Chancen für
Arbeitsplätze und Exporte von morgen.
Ohne eine solche Verantwortungsethik wird es uns kaum gelingen, die
Energiewende auf die Siegerstraße zu führen. Stromerzeugung, -transport,
-verteilung, -speicherung und -verbrauch müssen zu einem großen Teil völlig
neu gedacht und umgebaut werden. Eine solche Mammutaufgabe lässt sich
nicht allein mit viel Geld und vielen Baustellen lösen. Dafür ist eine ganze
Menge intelligenter Energie gefragt. RWE beweist hier Mut und Leistungsfähigkeit.
AmpaCity ist nun ein weiteres Projekt unter Federführung von RWE
Deutschland. Es kann zu einem wichtigen Baustein für eine innerstädtische
Stromübertragung der Zukunft werden. In dichtbesiedelten Gebieten, wie es
in einer Großstadt wie Essen der Fall ist, können wir von dieser neuen
Technologie profitieren, sofern sie „in Serie“ geht. Denn Supraleiter vermeiden vergleichsweise aufwendige Tiefbauarbeiten. Und sie ermöglichen es,
zumindest teilweise auf mehrgeschossige Umspannanlagen im Zentrum
einer Stadt zu verzichten. Wertvolle Flächen in der Innenstadt werden frei
und können anderweitig genutzt werden. Das ist ein großer Vorteil.
Essen begrüßt ein solches Projekt. Denn einmal mehr kann sich unsere Stadt
mit einer technologischen Innovation einen Namen machen. Die Stadt
beweist mit AmpaCity erneut, dass sie ein großartiger Gastgeber für
Forschung und Entwicklung ist! Die Welt schaut also auf uns, auf die Stadt
Essen. Wird es gelingen, die Stromverteilung auch in Ballungsräumen
mittelfristig auf die Energiewende einzustellen? In rund zwei Jahren wissen
wir mehr! Ich wünsche den Kooperationspartnern dabei viel Erfolg!
Reinhard Paß,
Oberbürgermeister
der Stadt Essen
6 Kolumne
06
Vorwort
Vorwort 07
für uns bedeutet essen herKunft. für die
energiewende entwicKeln wir hier zuKunft.
Rund 5.200 Kilometer Stromverteilnetz durchziehen
das Stadtgebiet von Essen, das ist deutlich mehr als
die Luftlinie vom Nordkap bis nach Kreta. Im Jahr 2013
kommt ein weiterer Kilometer dazu. Ist das etwas
Besonderes? Ich meine schon. Denn es sind außergewöhnliche rund 1.000 Meter. Schließlich wird der
Strom per Supraleiter nahezu verlustfrei fließen, eingebunden in ein echtes innerstädtisches Verteilnetz.
Ich freue mich, dass wir mit der Stadt Essen dieses
weltweit bislang einmalige Energieprojekt auf die Beine stellen: AmpaCity. Der Projektname AmpaCity ist
eine Kombination aus Ampere, also dem Fachbegriff
für die elektrische Stromstärke, und City, also der Stadt.
RWE Deutschland sieht sich als einer der Innovationstreiber für intelligente Energielösungen im Stromverteilnetz, bei Produkten und Dienstleistungen und in
den Bereichen Energieeffizienz und Elektromobilität.
Als einer der größten Verteilnetzbetreiber Deutschlands halten wir unsere rund 350.000 Kilometer
Stromnetz fit. Wir passen sie an eine Energiewende
an, die mit dem rasanten Zubau an dezentralen
Anlagen zur Stromerzeugung aus Sonne, Wind und
Biomasse begonnen hat. In unserem Projekt Smart
Country in der Eifel, testen wir erfolgreich das intelligente Stromnetz der Zukunft für ländliche Regionen.
Jetzt bringen wir in Zusammenarbeit mit Partnern
aus Wirtschaft und Wissenschaft ein wichtiges
Stück Smart City hierher nach Essen. Das Projekt
AmpaCity soll uns zeigen, ob und wie Supraleiter
die Stromverteilung in unseren Städten nachhaltig
verbessern und noch effizienter gestalten können.
Denn die Elektronen können sich durch diese Leitung
fast ohne Widerstand ihren Weg bahnen. Außerdem
braucht das Supraleiterkabel viel weniger Platz als ein
herkömmliches Kupferkabel. Schließlich werden
V.l.n.r.: Dr. Joachim Knebel (KIT), Dr. Joachim Schneider (Technikvorstand RWE Deutschland), Reinhard Paß (Oberbürgermeister Essen),
Dr. Arndt Neuhaus (Vorstandsvorsitzender RWE Deutschland), Dr. Hans-Christoph Wirth (BMWi) und Christof Barklage (Nexans).
möglicherweise einige große Umspannanlagen auf lange Sicht überflüssig.
Die Baumaßnahmen zwischen der Herkulesstraße und der Akazienallee
werden wir auf das Notwendigste beschränken. Fußgänger und Autofahrer
müssen keine langanhaltenden Behinderungen einplanen. Der Supraleiterkanal wird maximal einen Meter breit und einen Meter tief sein. Dort
wird das nur etwa 15 Zentimeter starke Supraleiterkabel verlegt. Jeder
Schritt wird eng mit den zuständigen Behörden in Essen abgestimmt;
auch die Bevölkerung wird zeitnah informiert. Wenn es zu Unannehmlichkeiten kommt, bitten wir um Nachsicht, aber auch um Einsicht, denn mit
AmpaCity schreiben wir mit den Bürgern dieser Stadt ein weiteres Kapitel
der noch jungen Geschichte der Energiewende in Deutschland. In Ballungsräumen haben wir eine hohe Bevölkerungszahl je Quadratkilometer, eine
ausgeprägte Dienstleistungskultur und energieintensivere Industrie- und
Gewerbebetriebe. Zudem ist Raum hier ein teures Gut. Diese Voraussetzungen sind eine Steilvorlage für neue Lösungen für einen leistungsfähigen,
platzsparenden Stromtransport.
RWE Deutschland beweist bei AmpaCity seinen Willen und seine Expertise,
das Stromnetz der Zukunft mit zu gestalten und aufzubauen. Wir tun dies –
wie schon bei anderen Projekten – sehr gerne in Zusammenarbeit mit
renommierten Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft. An erster
Stelle steht hier das Unternehmen Nexans. Es gehört zu den weltweit
führenden Herstellern von Kabeln und Energiesystemen und wird den
Supraleiter für Essen produzieren. Das Karlsruher Institut für Technologie
wird das gesamte Projekt wissenschaftlich begleiten. Der Projektträger
Jülich setzt Forschungsvorhaben im Auftrag der öffentlichen Hand um
und ist gewissermaßen die Schnittstelle zwischen den operativ tätigen
Projektpartnern und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Insbesondere sind wir dankbar für die öffentliche Förderung und
Wertschätzung, die diesem Projekt entgegengebracht wird. Denn der
politisch-gesellschaftlich gewünschte Sprung in eine neue Energiewelt
erfordert ein Miteinander, nicht ein Gegeneinander!
AmpaCity soll ein gutes Beispiel dafür sein. Allen Projektbeteiligten
wünsche ich ein gutes Gelingen!
Dr. Arndt Neuhaus,
Vorsitzender des Vorstandes
RWE Deutschland AG
08 intelliGente enerGie
intelliGente enerGie 09
wir von rwe schAlten uns ein, wenn es
um dAs gelingen der energiewende geht.
Montage von Hochtemperaturleiterseilen im Hunsrück.
RWE steht für die Energiewende vor Ort und bietet
dazu praktische Lösungen an, die unsere Kunden
und die Städte und Gemeinden zu Recht von uns
erwarten. Intelligente Energie ist dabei Triebkraft für
zahlreiche Forschungsprojekte wie neue Produkte
und Dienstleistungen, die RWE vorantreibt. Der Konzern
wendet derzeit rund 60 Millionen Euro pro Jahr für
Forschung und Entwicklung auf. RWE Deutschland
untersucht in mehr als 40 Projekten, wie die Energiewende in der Praxis funktionieren kann.
Ein intelligentes Verteilnetz im ländlichen Raum wird
seit über einem Jahr in der Eifel mit dem Projekt
Smart Country erfolgreich getestet. Durch den
Einsatz industriell bewährter Betriebsmittel, wie
Spannungsregler mit Leistungselektronik, lässt
sich die Aufnahmekapazität der Verteilnetze für
Ökostrom erhöhen. Gleichzeitig bleiben die hohe
Spannungsqualität und Versorgungssicherheit
erhalten. Ergänzt wird Smart Country durch eine
Kombination aus Biogasspeicher und damit gekoppeltem Blockheizkraftwerk: Das gespeicherte und
stetig produzierte Biogas kann dann zur Verstromung eingesetzt werden, wenn die Sonne nicht
scheint und der Wind nicht weht. So bietet Smart
Country eine Lösung für die Energiewende, die
vor allem auf dem Land dynamisch voranschreitet.
Denn dort werden mehr als 90 Prozent des regenerativen Stroms in Deutschland erzeugt und von den
Verteilnetzen „eingesammelt“.
Leistungssteigerung der Verteilnetze
mit Hilfe des Smart Operator.
Auch Hochtemperaturleiterseile (HTLS) können eine
bedeutende Rolle bei der Energiewende spielen.
Dort, wo immer mehr Strom aus erneuerbaren Quellen durch herkömmliche Freileitungen fließt, erhöht
der Stromfluss auch die Leitungstemperatur. Die
Folge: Die Leiterseile hängen durch. Das vermeidet
die HTLS-Technik. Eine Netzertüchtigung mit dieser
Hochtemperaturtechnik kann insbesondere auf
kurzen Strecken eine sinnvolle und wirtschaftliche
Ergänzung zum ohnehin notwendigen weiteren
Netzausbau sein. Die HTLS-Technik nutzt RWE
Deutschland jetzt erstmals in der Praxis auf zwölf
Kilometern Länge bei Simmern im Hunsrück. Mit den
neuen Hochtemperaturleiterseilen lässt sich doppelt
so viel Windstrom aus der Region transportieren wie
mit herkömmlichen Leitungen.
Wie sich die neue Energiewelt zwischen Haushalt
und Niederspannungsnetz einspielen kann, zeigen
wir mit dem Projekt Smart Operator: Gespickt mit
Elektronik und eingebaut in den Ortsnetztrafo,
soll ein kleiner Computer automatisch die Daten zu
Erzeugung und Verbrauch sammeln, bewerten und
in elektronische Signale für die effiziente Bereitstellung und Nutzung von Energie übersetzen. In diesem
Pilotprojekt werden mehrere hundert Haushalte in
Rheinland-Pfalz und Bayern in das intelligente Netz
eingebunden. Dabei untersuchen wir das Zusammenspiel von Smart Metern, Batteriespeichern,
Photovoltaikanlagen, Haushaltsgeräten und dem
Smart Operator.
Ein Biogasspeicher als Stromspeicher
beim Projekt Smart Country in der Eifel.
Das Ziel ist auch hier: mit intelligenten Lösungen
eine hohe Versorgungssicherheit, Netzstabilität und
Energieeffizienz gewährleisten. Unsere Netzkompetenz eröffnet auch Betreibern von EEG-Anlagen die
Möglichkeit, ihren Strom gebündelt an der Strombörse zu vermarkten. Unser „virtuelles Kraftwerk“
ebnet dezentral erzeugtem Grünstrom den Weg zur
Strombörse in Leipzig. Die Verteilnetzbetreiber von
RWE Deutschland haben mehr als 221.000 EEGAnlagen ans Verteilnetz angeschlossen.
Die Verbraucher machen wir zu Protagonisten des
bislang deutschlandweit größten Feldtests zum
intelligenten Stromverbrauch: Gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft und der Wissenschaft und
gefördert vom Bund versetzt der Feldtest „E-DeMa“
in Mülheim an der Ruhr über 500 Haushalte in
die Lage, ihren Strombedarf in Abhängigkeit von
variablen Tarifen in preisgünstige Zeiten zu legen.
Gleichzeitig haben die Teilnehmer des Feldtests
die Möglichkeit, selbst erzeugten Strom an einem
lokalen Marktplatz zu verkaufen. Mülheim an der
Ruhr ist dank RWE auch die „Smart-Meter-Stadt“
Deutschlands: Hier installieren wir auf eigene Kosten mehr als 100.000 intelligente Stromzähler und
erreichen damit eine flächendeckende Lösung. Und
mit der Hausautomatisierung Smart Home bieten
wir Verbrauchern und kommunalen Liegenschaften
die Möglichkeit, den spezifischen Energieverbrauch
jederzeit im Auge zu behalten und ihn durch gezielte
Verbrauchssteuerung nachhaltig zu senken.
10 moDellproJeKt ampacitY
moDellproJeKt ampacitY 11
AmpAcity: tAusend meter innovAtion für die
energieversorgung von groẞstädten.
RWE Deutschland installiert 2013 gemeinsam mit dem Kabelhersteller Nexans
im Stromnetz der Essener Innenstadt das längste supraleitende Kabel der Welt.
Die Unternehmen schlagen mit dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie geförderten AmpaCity-Projekt ein neues Kapitel der städtischen
Stromversorgungstechnik auf.
Das Projekt wird weltweit eine Vorbildfunktion bei
der Weiterentwicklung der Stromnetze in Großstädten
übernehmen. Unser Strombedarf steigt ständig an
und wird vor allem in Ballungsregionen in Zukunft
weiter wachsen. RWE entwickelt deshalb neue, leistungsfähigere Lösungen für die Stromversorgung
der Stadtzentren. Dazu sind Leitungen mit höherer
Übertragungskapazität erforderlich. Wichtig ist
auch, dass die neue Versorgungstechnik nicht mehr
Platz in Anspruch nimmt als bisher. Bereits heute
wird es unter den Straßen unserer Innenstädte vielerorts eng: Sollten dort zusätzliche Stromkabel
verlegt werden, wären umfangreiche und extrem
teure Bauarbeiten erforderlich. Doch auch über der
Erde sind neue Konzepte gefordert: Hier nehmen
Hochspannungsleitungen und Umspannanlagen
große zentrumsnahe Flächen in Anspruch, die für die
Stadtentwicklung sinnvoller genutzt werden könnten.
Freiluftanlage der Umspannanlage Herkules in der Essener
Innenstadt, Umspannung von 110.000 Volt auf 10.000 Volt.
Gebäude der 110.000/10.000-Volt-Schaltanlage der
Umspannanlage Herkules.
Kompakte Hochleistungskabel bieten neue Möglichkeiten. Das 1.000 Meter lange Supraleiterkabel, das
in Essen zwischen den Umspannanlagen Herkules
und Dellbrügge gelegt wird, überträgt bei gleichem
Durchmesser circa fünfmal mehr Strom als ein konventionelles Kabel. Das neue Kabelsystem verursacht
praktisch keine elektrischen Übertragungsverluste,
keine Wärmeabstrahlung und keine magnetischen
Felder. Es kann damit in bereits bestehenden Kabelschächten verlegt werden und ein Betrieb in direkter
Nähe zu empfindlichen Datenkabeln ist ohne
Probleme möglich.
der Grund dafür, dass 110.000-Volt-Hochspannungsleitungen in Großstädten wie Essen bis in das Stadtzentrum geführt werden. Erst dort reduzieren große
Umspannanlagen die Spannung auf 10.000 Volt und
speisen den Strom in das Verteilnetz ein. An dessen
Endpunkten vermindern kleinere Stationen die Spannung für die Versorgung der Kunden auf 400 Volt.
Mit kompakten supraleitenden Kabeln lässt sich
diese Struktur vereinfachen: Sie können große
Strommengen bereits bei 10.000 Volt über längere
Strecken fast verlustfrei übertragen. Hochspannungsstrecken und Umspannanlagen im innerstädtischen Bereich werden mit der neuen Technologie
künftig schrittweise verzichtbar.
Der Aufbau der Stromnetze wird einfacher. In klassischen Kupfer- oder Aluminiumkabeln wird Strom mit
hohen Spannungen wie 110.000 Volt in Stadtgebieten transportiert, so dass Übertragungsverluste
möglichst gering gehalten werden. Dies ist auch
Der offizielle Projektstart war am 1. September 2011,
der Beginn des Praxistests ist für den Herbst 2013
geplant.
umspannanlage
Herkules
Verbindung des supraleitenden Kabels (muffe)
umspannanlage
Dellbrügge
Platzbedarf bei der Legung eines Supraleiterkabels im Vergleich
zu herkömmlichen Kabeln gleicher Übertragungskapazität.
Luftbild mit dem Verlauf des Supraleiterkabels
in der Essener City.
12 supraleittecHniK
supraleittecHniK 13
suprAleiter im verteilnetz. mehr strom nAhezu
ohne widerstAnd trAnsportieren.
Supraleiter haben praktisch keinen elektrischen Widerstand und verändern mit dieser
einzigartigen Eigenschaft die technischen Grundlagen der Stromversorgung:
Sie übertragen Strom fast ohne Verluste, während normale Leitermaterialien einen
Teil des Stroms in Wärme umwandeln.
Darüber hinaus transportieren sie weitaus größere
Strommengen als alle anderen Leitermaterialien.
Auch die Betriebssicherheit der Stromnetze lässt
sich mit Strombegrenzern auf Supraleiterbasis weiter
optimieren. Bei der Anpassung der Stromnetze an
die Anforderungen des 21. Jahrhunderts kann die
neue Technologie damit mehrere wichtige Aufgaben
übernehmen.
Dass bestimmte Materialien bei Temperaturen nahe
dem absoluten Nullpunkt von –273,15°C ihren elektrischen Widerstand verlieren, ist bereits seit einem
Jahrhundert bekannt. Seit Anfang der 1960er Jahre
werden mit solchen Tieftemperatur-Supraleitern
zunächst extrem leistungsfähige Magnete für
Forschungszwecke und danach auch für Diagnoseanwendungen in der Humanmedizin hergestellt.
Erst 1986 fanden Wissenschaftler Oxidkeramiken, die schon bei Temperaturen zwischen –140°C und –200°C supraleitende Eigenschaften
entwickeln. Diese Entdeckung war bahnbrechend für eine breitere
Nutzung des Supraleiteffekts, denn um die so genannten Hochtemperatur-Supraleiter auf ihre Betriebstemperatur herunterzukühlen, konnte
anstelle von teurem flüssigem Helium nun kostengünstiger flüssiger
Stickstoff verwendet werden. Es hat Zeit gekostet, Verfahren zu finden,
mit denen die spröden keramischen Supraleiterwerkstoffe zu flexiblen
Drähten für die industrielle Kabelherstellung verarbeitet werden konnten.
Die nächste Herausforderung ist nun, die Produktionskosten supraleitender Drähte und Kabel zu senken, so dass ihre Wirtschaftlichkeit
für einen zukunftsorientierten Umbau der Stromnetze gesteigert wird.
Dabei ist auch die Versorgungssicherheit ein zentrales Thema. Innovative Strombegrenzer auf der Basis von Supraleitern können Stromnetze zuverlässig und mit sehr geringen Betriebskosten vor überlastungsbedingten Störungen schützen. Bereits heute zeigen Untersuchungen von RWE, dass bestimmte Aufgaben des Netzausbaus in Ballungszentren am überzeugendsten mit Supraleitern zu lösen sind. Das
Pilotprojekt in Essen gibt in dieser Hinsicht ein wichtiges Signal: Die
Industrialisierung der Supraleitertechnologie hat begonnen.
Vergleich Kupferbündel und Supraleiterband mit gleichem Stromtragevermögen.
Supraleitender Strombegrenzer zum
Schutz des Stromnetzes.
Dr. Frank Merschel,
RWE Deutschland
„Die Supraleitertechnologie
bietet für RWE Deutschland
speziell in Ballungsräumen
mit sehr hohen Energiedichten und ungünstigen Platzverhältnissen große technische und wirtschaftliche
Vorteile, insbesondere durch
die Verlagerung auf eine
niedrigere Spannungsebene
im Innenstadtbereich.“
14 eFFiZiente sYstemlÖsunG
eFFiZiente sYstemlÖsunG 15
effizientes suprAleitersystem.
KompAKte KAbel und innovAtive schutztechniK.
Der Energieversorger RWE und der Technologiekonzern Nexans stellen mit dem AmpaCity-Projekt eine
Systemlösung vor, die ökonomisch und im Hinblick
auf die Versorgungssicherheit überzeugt: In das
Elektrizitätsnetz der Essener Innenstadt wird ein System
integriert, das ein supraleitendes Drei-PhasenWechselstromkabel und einen ebenfalls supraleiterbasierten Strombegrenzer als Komponenten enthält.
Diese Lösung erlaubt die Verwendung eines sehr
kompakten Supraleiterkabels, das aufgrund seines
geringen Durchmessers besonders einfach und kostensparend gelegt werden kann. Zugleich schaffen
die Projektpartner die Voraussetzungen für eine
hohe Ausfallsicherheit, da das Kabel in Verbindung
mit einem Strombegrenzer bei Netzstörungen nicht
durch Fehlerströme überlastet werden kann.
Kabel und Strombegrenzer sind für einen Betriebsstrom von 2.310 Ampere, eine Nennspannung von
10.000 Volt und eine Nennleistung von 40 Megawatt ausgelegt. Sie werden ein 110.000-Volt-Kabel-
system gleicher Kapazität ersetzen. Der für das Essener Pilotprojekt
vorgesehene Kabeltyp ist besonders kompakt aufgrund seines konzentrischen Aufbaus: Um die Vorlaufleitung der Stickstoffkühlung herum
sind drei in Isolationsmaterial eingeschlossene Supraleiterschichten
für die drei Stromphasen angeordnet. Diese Schichten werden außen
von einer gemeinsamen Kupferschirmung umhüllt, die ihrerseits vom
Flüssigkeitsmantel des zurückströmenden Kühlmediums umgeben ist.
Kühlkreislauf, Leiterschichten und Kupferschirmung befinden sich in
einem doppelwandigen, superisolierten Vakuumbehälter aus gewelltem,
flexiblem Edelstahlrohr. Die Außenseite des Kabelkryostaten ist durch
eine Polyethylenummantelung geschützt.
Die Legung des supraleitenden Kabeltyps stellt keine speziellen
Anforderungen, da das Kabelinnere thermisch von der Umgebung
entkoppelt ist und das Kabel aufgrund der konzentrischen Leiteranordnung kein externes Magnetfeld erzeugt. Für den Betrieb des
Kühlsystems des 1.000 Meter langen Kabels in Essen ist lediglich eine
kompakte Station an einem Endpunkt der Kabelstrecke erforderlich.
Dielektrikum
Flüssiger
Stickstoff
Flüssiger
Stickstoff
Neutralleiter
Leiter 1
Leiter 2
Leiter 3
Querschnitt durch ein Supraleiterkabel.
Kabelkryostat
(Vakuumisolierung)
Dr. Mark Stemmle,
Nexans Deutschland
„Der Pilotbetrieb in der Essener Innenstadt demonstriert
die Marktreife innovativer
Nexans Supraleitersysteme,
die sich hervorragend für den
Einsatz in Ballungsräumen
eignen.“
16 teststrecKe
teststrecKe 17
zwischen den umspAnnAnlAgen dellbrügge
und herKules wird die city zur AmpAcity.
Alte Synagoge
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UMSPANNANLAGE
HERKULES
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Varnhorst str
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Kettwiger Straße
Burgplatz
„Mit AmpaCity richten wir
unser Stromnetz in Essen auf
die Zukunft aus. Supraleiter
erfordern grundsätzlich
weniger Aufwand bei der
Legung. Die sich bei den
Baumaßnahmen ergebenden
Einschränkungen werden wir
auf das Notwendigste
beschränken.“
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Varnhorststraße
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Straßenbahn
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Streckenplanung Supraleiter
Hauptverkehrsader
18 ForscHunG unD entwicKlunG
ForscHunG unD entwicKlunG 19
neue forschungserKenntnisse helfen,
die versorgung von morgen zu sichern.
In enger Kooperation entwickeln Industrie und
Wissenschaft heute neuartige Anwendungen der
Supraleitung. Das Karlsruher Institut für Technologie
bringt sein einzigartiges Know-how in allen Aspekten
vom Material bis zum Leiterkonzept, von Technologiestudien bis zu Prototypen ein.
Supraleitende energietechnische Anwendungen
haben sich in den letzten Jahren sehr schnell weiterentwickelt und stehen an der Schwelle zur Kommerzialisierung. Immer bessere Materialien stehen für
viele Anwendungen der Supraleitung zur Verfügung.
Die vielfältigen Betriebserfahrungen zeigen, dass die
technischen Anforderungen mit hoher Zuverlässigkeit
erfüllt werden. Insbesondere die Stromversorgung
von Innenstädten bietet attraktive Möglichkeiten für
den Einsatz von supraleitenden Kabeln.
Hier ergibt sich die Möglichkeit, die notwendige
Versorgungsinfrastruktur zu vereinfachen, indem
etwa konventionelle 110.000-Volt-Hochspannungskabel durch supraleitende 10.000-Volt-Mittelspannungskabel ersetzt werden. Eine aktuelle Studie
unter Federführung des Karlsruher Instituts für Technologie zeigt, dass sich so Umspannanlagen einsparen
lassen und innerstädtische Grundstücke anderen
Nutzungen zugeführt werden können.
Ein Vergleich der Investitions- und Betriebskosten für die 40-jährige
Nutzungsdauer zeigt: Supraleiterkabel können günstiger sein als konventionelle Hochspannungskabel.
In rund 25 Jahren haben die Hochtemperatur-Supraleiter den Weg von
einer Nobelpreis-würdigen Idee zur Schwelle der wirtschaftlichen
Anwendung zurückgelegt. Aktuelle Forschung treibt die Innovation
weiter voran, wenn es darum geht, weniger spröde Materialien zu entwickeln, die komplexen Kabel mechanisch stabiler zu machen oder mit
Computermodellen die Wechselstromleitfähigkeit zu optimieren.
Das Karlsruher Institut für Technologie begleitet die Forschung und
Entwicklung für Supraleiteranwendungen wie AmpaCity. Unter anderem
entsteht eine neuartige Experimentierplattform, auf der relevante
Kabelparameter wie Geometrie, Verseilung, Stromstärke, Isolierung
und Material variiert werden können. Dadurch entsteht eine Fülle an
neuen Erkenntnissen für zukünftige Anwendungen.
Aktuelle Forschungsergebnisse des Karlsruher Instituts für Technologie bilden die
Grundlagen für den Ausbau der Netze von morgen.
Prof. Dr. Mathias Noe,
Karlsruher Institut für Technologie
„In 25 Jahren haben die
Hochtemperatur-Supraleiter
den Weg von der Idee bis zur
Schwelle der wirtschaftlichen
Anwendung zurückgelegt.“
20 interView
interView 21
AmpAcity im gespräch mit dr. bednorz,
physiKnobelpreisträger von 1987.
Welche Erwartungen oder gar Visionen hatten Sie
bei Ihren Ergebnissen zur Erforschung der Hochtemperatur-Supraleitung?
Wenn man sich heute vergegenwärtigt, welchen
Stand die Technologie der Hochtemperatur-Supraleitung erreicht hat, so war das Ziel unserer Träume
eher bescheiden. Als mein Kollege Alex Müller und
ich vor nunmehr fast 30 Jahren mit der Arbeit an
leitfähigen Oxiden begannen, hatten wir gehofft,
überhaupt einmal eine neue supraleitende Verbindung zu finden. Wenn das einträfe, so war unsere
Hoffnung, würde dieser supraleitende Zustand bei
höheren Temperaturen als bisher erreicht. Mit der
Entdeckung der Kupferoxidverbindungen (Kuprate)
gelang dann wirklich ein nie erwarteter gewaltiger
Sprung in der Übergangstemperatur zur Supraleitung von bislang 23 Kelvin (–250,15°C) auf 35 bis 40
Kelvin (–238,15°C bis –233,15°C).
Was hat sich durch die Verleihung des Nobelpreises verändert?
Das Nobelpreiskomitee hat rasch realisiert, dass wir
mit der Entdeckung einer neuen Klasse von supraleitenden Verbindungen einen Paradigmenwechsel
eingeleitet hatten und ein Tor geöffnet hatten zu
einer dramatischen Entwicklung in einem neuen
Forschungsfeld. Die Weiterentwicklung der von uns
vorgegebenen „Rezeptur“, die chemische Modifikation, hat schließlich dazu geführt, dass mit den
Kupraten die Sprungtemperatur die magische Barriere
von 77 Kelvin (–196,15°C), die Temperatur des
flüssigen Stickstoffs, überschritten hat.
Die Physiknobelpreisträger von 1987: Karl Alex Müller und Johannes Georg Bednorz bei der Forschungsarbeit.
Durch den Preis öffnen sich mit einem Mal Türen, die einem Wissenschaftler, sei er noch so erfolgreich in seinem Fach, meist verschlossen
bleiben. Er wird zur Person von öffentlichem Interesse, und auf seine
Meinung und Beurteilung, nicht nur im wissenschaftlichen Bereich, wird
vermehrt Wert gelegt. Damit muss man als Preisträger aber auch lernen
umzugehen. Der Preis macht aus einem Menschen nicht plötzlich ein
Genie mit höchsten Kompetenzen auf allen Gebieten. Was das wissenschaftliche Umfeld angeht, so beeinflusst er das Verhalten von Kollegen,
die Anregungen eines Nobellaureaten mit weniger Skepsis aufnehmen
und sich auch dessen neueren Forschungsaktivitäten anschließen. Aber
dies ist eigentlich für jeden Wissenschaftler eine große Genugtuung,
nur erreicht ein Preisträger dies mit weniger Aufwand.
Wie bewerten Sie das Projekt AmpaCity?
Für Deutschland ist dies ein Projekt, das Signalwirkung haben wird,
indem es neue technische Errungenschaften ins öffentliche Bewusstsein bringt und zu einer intensiven Diskussion weiterer Entwicklungen
und Lösungen im Energiebereich führen wird. Der Zeitpunkt kommt
gerade recht in der jetzigen Debatte um die Alternativlösungen im
Rahmen der Energiewende.
Was bedeutet für Sie persönlich die Realisierung der Supraleitstrecke
in der Essener Innenstadt?
Ich bin begeistert. Was irgendwann während der 80er Jahre einmal ein
Traum zu werden begann, wird nun Wirklichkeit. Ein supraleitendes
Kabel im realen Einsatz, und das findet nicht in den USA, China oder
Japan statt, sondern in meiner ehemaligen Heimat Nordrhein-Westfalen.
Nachdem ich in früheren Jahren eher wenig von einer Führungsrolle
bei Entwicklungen einer Supraleitungstechnologie bemerkt hatte, kann
ich jetzt nur bestätigen, dass Deutschland sich wieder an der Spitze
der Entwicklung eingereiht hat. Und dies nicht allein bei der Realisierung von allgemein verwendeten Konzepten, sondern auch durch
kreative neue Ansätze, zum Beispiel in Form der mit dem Umweltpreis
ausgezeichneten Magnetheizer. Ich bin sicher, mit diesen Aktivitäten
lässt sich in der Zukunft eine starke Führungsrolle einnehmen.
Dr. Johannes Georg Bednorz vom
Forschungslaboratorium Rüschlikon, Mitglied des Hochschulrats
der Westfälischen WilhelmsUniversität Münster
22 Kommunalpartner
rwe deutschlAnd –
ein stArKer pArtner der Kommunen.
Einer der größten Verteilnetzbetreiber
Die zum RWE-Konzern gehörende RWE Deutschland AG sorgt bei Strom, Gas und Wasser für eine
zukunftssichere Netzinfrastruktur. Rund 350.000
Kilometer misst allein das Stromnetz im Hoch-, Mittelund Niederspannungsbereich.
Gewachsene Verbundenheit mit den Regionen
Für rund 3.500 Kommunen ist RWE Deutschland
Konzessionspartner für den Betrieb der örtlichen
Verteilnetze. Die traditionelle Verbundenheit mit
den versorgten Regionen ist in Jahrzehnten gewachsen.
Große Schnelligkeit und Flexibilität sind dagegen
gefragt, wenn es um die Herausforderungen der
Energieversorgung von morgen geht. Hier ist RWE
Deutschland Partner und Innovationsmotor für
nachhaltige Versorgungslösungen in den Kommunen.
Versorgungssicherheit, Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit sind die Ziele. E-Mobility, Smart Meter,
Smart Home und Modellprojekte wie Smart Country
bilden konkrete Schritte, diese Ziele zu erreichen.
Kennzahlen Stadt Essen
Ortsnetzstationen
4.050
Netzlänge Mittelspannung (in km)
1.800
Verkabelungsgrad (in %)
100
Netzlänge Niederspannung (in km)*
3.450
Verkabelungsgrad (in %)
ca. 99
Kundenanschlüsse
*Davon nur 44 Kilometer Freileitung.
100.000
Bildnachweis: RWE-Bildarchiv, gettyimages (S. 12), IBM Research (S. 20), KIT (S. 19),
Nexans (S. 13, S. 15), Stadtbildarchiv Essen (S. 1, S. 4), Thinkstock (S. 8, S. 10, S. 18),
WAZ Fotopool (S. 11)