Nowe nadprzewodniki mają zrewolucjonizować sieć przesyłową

Niemiecka transformacja energetyczna sprawia, że konieczna jest rozbudowa sieci przesyłowej. W Instytucie Technologicznym w Karlsruhe (KIT) we współpracy z operatorem sieci TenneT badają możliwość wykorzystania nadprzewodników do konstrukcji kabli energetycznych na krótkich odcinkach sieci. Prace prowadzone są w ramach projektu ENSURE Kopernikus.

Nadprzewodniki to grupa materiałów, które po schłodzeniu poniżej pewnej krytycznej temperatury mają zerowy opór. Oznacza to, że w takich warunkach przewodzą prąd zupełnie bez strat. Nowoczesne ceramiczne materiały nadprzewodzące działają już w temperaturze 23 K (około – 250 stopni Celsjusza).

Nadprzewodzące kable projektowane są, aby umożliwić transmisję wysokiej mocy przy bardzo niskich stratach. Jeśli testy nowej technologii się powiodą, to być może niebawem stawiane linie trójfazowe będą mniejsze i bardziej kompaktowe.

W Niemczech znajduje się 35 tysięcy kilometrów sieci energetycznej. Aby możliwe było wydajne przesyłanie energii z instalacji OZE na północy Niemiec do głównych odbiorców na południu, konieczne jest dobudowanie około 5300 km sieci, jak szacuje Energiewende.

W ramach projektu ENSURE Kopernikus TenneT naukowcy z KIT dokonali szacunku opłacalności zastosowania nadprzewodzących kabli w systemach do przesyłu energii elektrycznej. Okazuje się, że częściowe zastąpienie zwykłych kabli nadprzewodzącymi przekłada się na duże zyski w postaci oszczędności. Pełne studium gotowe ma być na koniec tego roku i obejmować będzie także zagadnienia ekologiczne i bardziej złożone aspekty ekonomiczne.

Badania obejmują koszty instalacji nowych kabli oraz ich chłodzenia dla linii 380 kV. „To ogromne wyzwanie techniczne, ponieważ technologia nadprzewodników nie była jeszcze nigdy wykorzystywana do przesyłu tego rzędu napięć”, mówi profesor Mathias Noe z KIT. Jest on odpowiedzialny za koordynację całego projektu.

„Dotychczasowo zademonstrowaliśmy, że nasza koncepcja jest możliwa technicznie”. Zespoły kablowe zaprojektowano do przesyłania mocy na poziomie 2300 MW. Straty pod dużym obciążeniem i przy wykorzystaniu nowych kabli są o wiele mniejsze, niż przy kablach miedzianych w przypadku linii napowietrznych.

„Standardowa linia kablowa wymaga dwunastu trójfazowych przewodów. Linia oparta o nadprzewodniki jest w stanie przesłać taką samą moc z wykorzystaniem sześciu”, mówi Hanno Stagge, który zarządza projektem z ramienia TenneT. To spora zaleta istotnie upraszczająca budowę linii przesyłowych. Pozwoli to znacząco zmniejszyć szerokość zajmowaną przez linie.

Inną zaletą jest fakt, że dzięki wykorzystaniu ekranowanych kabli, prąd płynący przez kabel jest kompensowany prądem w ekranie. Ich pola magnetyczne znoszą się – pole nie wychodzi na zewnątrz, co nie jest bez znaczenia dla otoczenia.

Technologia nadprzewodnikowych kabli energetycznych ma przed sobą wiele zmian, zanim w realny sposób zostanie zastosowana. „Po przeprowadzeniu badania dotyczącego przydatności technologii konieczne jest jeszcze wyprodukowanie kabli, złącz i terminatorów dla nowej sieci. Następnie realne kable będą musiały być przetestowane wraz z całym systemem chłodzenia”, mówi Hanno Stagge. Dodatkowo pamiętać trzeba, że po podłączeniu konieczne jest schłodzenie kabli, zanim zaczną one być zdatne do wykorzystania.

Badacze z KIT mają już pewne doświadczenie w zakresie wykorzystywania nadprzewodzących kabli do transmisji mocy. W ramach projektu AmpaCity zainstalowali w 2014 roku kilometr

nadprzewodzącego kabla na linii 11 kV. Linia znajduje się w Essen i zasila w stabilny i niezawodny sposób około 10 tysięcy mieszkań.