RWE MINTALENTS Ingenieurinfotag. AmpaCity Energienetze der Zukunft

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1 RWE MINTALENTS Ingenieurinfotag AmpaCity Energienetze der Zukunft

2 Agenda Supraleiter Was ist das? Motivation Warum beschäftigen wir uns damit? AmpaCity Das Projekt im Überblick Pilotstrecke/Trassenverlauf Komponenten des HTS-Systems Eigenschaften und Vorteile von HTS-Systemen Kostenentwicklung von HTS-Systemen Stand der Technik und Innovation Zusammenfassung SEITE 2

3 Supraleiter Was ist das? Typisches, nichtlineares Verhalten eines Supraleiters SEITE 3

4 Motivation Warum beschäftigen wir uns damit? Klassische Technik in Großstadtnetzen überlagertes Hochspannungsnetz Transformatorstationen Hochspannung/Mittelspannung Mittel- und Niederspannungsnetz zur Weiterverteilung der Energie Konventionelle Kabel und innerstädtische Transformatorstationen weisen geringe technische und wirtschaftliche Optimierungspotenziale auf, da sie nur eingeschränkte Möglichkeiten für die Neukonzeption von Netzstrukturen bieten beanspruchen wegen hoher Spannungsebenen viel Platz und Volumen und belegen hochpreisige Standorte haben relativ hohe Verluste Alternative zur Hochspannungsebene in der Innenstadt? Konventionelle MS-Technik kaum geeignet SEITE 4

5 Motivation Warum beschäftigen wir uns damit? Sicherung der Technologieführerschaft des Standortes Deutschland Weltweit erstmalige Anwendung eines ca. 1 km langen HTS-Kabelsystems zur Verbindung von zwei Umspannstationen Initialzündung für den Aufbau weiterer Produktionskapazitäten im Bereich der HTS-Materialien, Kühlanlagen und HTS-Kabeltechnik dar Nach erfolgreichem Testbetrieb steht eine zukunftsweisende Technologie zur Erfüllung anspruchsvoller Versorgungsaufgaben zur Verfügung Mittel- bis langfristig kann die gesamte Stromversorgung in großen Ballungsräumen mit sehr hohen Energiedichten durch den Wegfall der 110/10-kV- Umspannanlagen vereinfacht werden Erfahrungen mit der Legung, dem Betrieb und dem Netzeinsatz eines Mittelspannungs-HTS-Kabelsystems SEITE 5

6 AmpaCity das Projekt im Überblick Installation eines Hochtemperatursupraleiter (HTS)-Systems bestehend aus Kabel und Strombegrenzer (SSB) in der Essener Innenstadt Projektlaufzeit: September 2011 Februar 2016 (4,5 Jahre) Installation: Q3/2013 (Beginn Tiefbau Q1/2013) Inbetriebnahme: Q4/2013 (Start des zweijährigen Testbetriebs) Untersuchung der technischen Eignung supraleitender Technologien (Kabel und Strombegrenzer) im Verteilnetzbereich Bewertung der Investition in ein 10-kV-HTS-Kabel mit supraleitendem Strombegrenzer als Alternative zu einer 110-kV-Kabelanlage Ermittlung technischer Vorteile im Betrieb während des Testbetriebs Abschätzung weiterer Einsparpotenziale der HTS-Kabeltechnik SEITE 6

7 Pilotstrecke/Trassenverlauf Technische Spezifikation Nennspannung: 10 kv Auslegungsstrom: 2310 A Auslegungsleistung: 40 MVA Trassenlänge: 1 km SEITE 7

8 Komponenten des HTS-Systems Kabelsystem Kabelader Stromtransport und Spannungsfestigkeit Transport von flüssigem Stickstoff Kabelkryostat Thermische Isolierung der Kabelader Transport von flüssigem Stickstoff Endverschlüsse Verbindung des Kabels mit Netz / Strombegrenzer, Anschluss Kühlanlage Übergang zwischen Betriebs- und Umgebungstemperatur Muffe Verbindung von einzelnen Kabellängen Strombegrenzer Kühlanlage Schutz des HTS-Kabels bei Kurzschlüssen im Netz Bereitstellung Kühlleistung für Kabelsystem und Strombegrenzer SEITE 8

9 Komponenten des HTS-Systems Kabelsystem Kabelader und Endverschluss Dimensionen Endverschluss: ca. 2,4 x 1,0 m und 700 kg Strombegrenzer: ca. 2,0 x 1,0 m und kg Kühlanlage: ca. 2,4 x 3,5 m und kg SEITE 9

10 Komponenten des HTS-Systems Kabelsystem Kabelkryostat Kryostatdesign Zwei ineinander liegende längs geschweißte Edelstahlwellrohre Superisolierung (Aluminium bedampfte Folie) im Zwischenraum Abstandhalter mit geringen thermischen Verlusten Vakuumzwischenraum (10-5 mbar) PE-Außenmantel (optional) Herstellung auf Nexans-UNIWEMA Maschinen Qualitätskontrolle Helium Lecktest mit hoher Empfindlichkeit zur Gewährleistung eines langzeitstabilen Vakuums SEITE 10

11 Komponenten des HTS-Systems Kühlanlage Schematische Darstellung SEITE 11

12 Eigenschaften und Vorteile von HTS-Systemen Höhere Übertragungsleistungsdichte durch kompakten Aufbau Gleiche Übertragungsleistung auf geringerer Spannungsebene Einsparung der 110 kv Spannungsebene im Innenstadtbereich Keine thermische Wechselwirkung mit der Umgebung Keine Bodenaustrocknung Keine bzw. weniger Engpässe in Kreuzungsbereichen Keine äußeren Magnetfelder im Normalbetrieb durch die koaxiale, vollständig geschirmte Anordnung Reduzierter Platzbedarf für Schaltanlagen und Kabelinstallation einfachere Legung durch weniger Erdarbeiten Platzeinsparungen im Innenstadtbereich und damit verbunden evtl. ein Verkauf von Grundstücken, auf denen zum jetzigen Zeitpunkt Umspannanlagen platziert sind Erhöhte Betriebssicherheit durch Supraleitende Strombegrenzer SEITE 12

13 Kostenentwicklung von HTS-Systemen Zur Zeit gibt es noch keine genügend große Produktionskapazität Ein Großprojekt wie AmpaCity kann Initialzündung sein. Bei einer jährlichen Fertigungskapazität von km können die Bandleiterpreise bereits nach 5 Jahren deutlich fallen. Bei einer Großserienfertigung > km/a sind konkurrenzfähige Kosten zu konventionellen Kupfer- und Aluminium-Kabeln zu erwarten. Prognosen des Industrieverbandes Supraleitung e.v. geht nach eigenen Angaben von einer HTS-Jahresproduktion im Jahr 2020 von km aus. Kupfer- und Aluminiumpreisprognosen gehen von steigenden Preisen in den nächsten Jahren aus. SEITE 13

14 Stand der Technik und Innovation Kabelherstellung auf konventionellen Verseilmaschinen Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 (Bi-2223, Bismut- Strontium-Calcium-Kupferoxid) Quelle: Nexans Ein Supraleiter-Draht ist ca. 5 x 0,4 mm groß und trägt bis zu 180 A SEITE 14

15 Zusammenfassung Praxistauglichkeit von HTS- Systemen wird im Projekt AmpaCity nachgewiesen. HTS-Systeme sind wesentlicher Bestandteil der zukünftigen Verteilnetze in Ballungszentren. Weiterentwicklung der HTS-Systeme erhält durch AmpaCity einen weiteren Schub. Wirtschaftlichkeit der Investition als Alternative zu einer 110-kV-Kabelanlage wird bewertet auch im Vergleich zu leistungsäquivalenten, konventionellen 10-kV-Kabeltechniken. Quelle: Nexans, Laboraufbau SEITE 15

16 Noch Fragen? Oliver Sauerbach RWE Rhein-Ruhr Netzservice GmbH Regionalzentrum Ruhr Altenessener Straße Essen T intern T extern +49 (0) M +49 (0) F +49 (0)

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