Netztechnik

Bei Minus 209 °C kommt alles an

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Wofür wird Stickstoff im Pilotprojekt AmpaCity eingesetzt?

„Der flüssige Stickstoff hat zwei Aufgaben: Er wird in flüssiger Form durch das supraleitende Kabel gepumpt, um die von außen durch die Kälteisolation eindringende Wärme abzuführen. Das funktioniert im Prinzip wie bei einer Zentralheizung, nur dass hier Kälte statt Wärme eingebracht wird. Der Stickstoff „erwärmt“ sich von -206 °C am Kabeleintritt auf -201 °C am Kabelaustritt. Um das Flüssiggas dann von -201 wieder auf -206 °C zu kühlen, wird dieser durch einen speziell konstruierten Unterkühler geleitet. Zum Betrieb dieses Unterkühlers benötigt man ein Kühlmedium, welches kälter als -206 °C sein muss. Dieses Kühlmedium ist ebenfalls flüssiger Stickstoff, den wir bei -209 °C verdampfen lassen und dann ins Freie ableiten.“

Welche Herausforderungen gab es, und wie haben Sie diese gemeistert?

„Normalerweise verdampft flüssiger Stickstoff bei -196 °C, für den Unterkühler ist aber eine Verdampfungstemperatur von - 209 °C erforderlich. Wir mussten also den Stickstoff dazu überreden, sich beim Verdampfen weiter abzukühlen als sonst. Wir haben dafür den Verdampfungsdruck mit Hilfe von Vakuumpumpen soweit abgesenkt, dass die erforderliche extrem niedrige Temperatur erreicht wird. Eigentlich hätte man sich eine noch tiefere Temperatur gewünscht, dies ist aber nicht möglich, weil der Stickstoff bei -210 °C zu Eis gefriert. Fester Stickstoff im Unterkühler ist natürlich verfahrenstechnisch ein Problem. Damit die Verdampfungstemperatur von -209 °C stabil eingehalten wird und nicht durch Schwankungen unter den Stickstoff-Gefrierpunkt absinkt, haben wir eine spezielle Temperaturregelung entwickelt, die das Einfrieren des Stickstoffs zuverlässig vermeidet. Neben diesen verfahrenstechnischen Herausforderungen gab es auch noch apparatetechnische Anforderungen, die zu erfüllen waren. Im Vordergrund standen die Sicherheit der Anlage und die Zuverlässigkeit des Betriebs. Um die Anlagensicherheit zu gewährleisten verwenden wir den Flüssigstickstoff-Vorratsbehälter auch als Entlastungsgefäß, welches bei einer Beschädigung des Kabels den flüssigen Stickstoff aus dem Kabel aufnehmen kann und einen unkontrollierten Austritt in die Umgebung verhindert. Die dafür erforderliche Verschaltung wurde zum Patent angemeldet. Die Betriebszuverlässigkeit wird durch redundante Ausführung aller Pumpen und kritischen Armaturen gewährleistet. Fällt eine Komponente aus, erfolgt eine automatische Umschaltung auf das entsprechende Ersatzaggregat. Dank dieser Dopplung lassen sich alle Wartungsarbeiten im laufenden Betrieb durchführen, sodass die Kühlanlage ständig verfügbar ist.“

Was ist für Sie die Besonderheit an diesem Projekt?

„Es ist eine technologische Weltpremiere, die immenses Interesse von Medien, Politik und Fachleuten auf sich zieht. Nicht selten werden pro Woche zwei oder mehr Besuchergruppen aus aller Welt durch die Anlage geführt.

Persönlich möchte ich die besonders gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit unseren Projektpartnern RWE, Nexans und Krytem herausstellen. Es wurde immer und in jeder Situation konstruktiv zusammengearbeitet.“

Wie lässt sich die Stickstofftechnologie auch in anderen Bereichen anwenden?

„Weitere Anwendungen für Hochtemperatur-Supraleitung mit Flüssigstickstoff-Kühlung lassen sich dort finden, wo sehr große elektrische Ströme fließen, zum Beispiel in Elektrolyseanlagen. Vielleicht wird ja irgendwann auch mal eine Luftzerlegungsanlage durch ein Supraleiterkabel an das Stromnetz angeschlossen, auch wenn das sicher nicht der typische Anwendungsfall ist.“

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