RWE Deutschland AG

Kruppstraße 545128 Essen

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RWE Deutschland

Das modellprojekt ampacity in essen erprobt, wie der strom zukünftig nahezu verlustfrei ans Ziel kommt.

mit intelligenten lÖsungen für die energiewende in der stAdt.

inHalt 03

GASTBEITRAG 04

Reinhard Paß, Oberbürgermeister der Stadt Essen

VORWORT 06

Dr. Arndt Neuhaus, RWE Deutschland

INTELLIGENTE ENERGIE 08

Die sichere Versorgung von morgen

MODELLPROJEKT AMPACITY 10

AmpaCity und seine Partner

SUPRALEITTECHNIK 12

Ideen für weniger Stromverlust

EFFIZIENTE SYSTEMLÖSUNG 14

Mehr Leit- und Leistungsfähigkeit

TESTSTRECKE 16

Streckenverlauf in der Essener Innenstadt

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 18

Neue Erkenntnisse für die Energiewende

INTERVIEW 20

Professor Dr. Johannes Georg Bednorz

KOMMUNALPARTNER 22

RWE Deutschland als Partner der Kommunen

Die Partner von RWE Deutschland in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projekt AmpaCity:

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.

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 Projekt-

förderung. Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und

Technologie setzt der Projektträger Jülich unter anderem die Projekt-

förderung im 6. Energieforschungsprogramm um.

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 Helmholtz-

Gemeinschaft wahr.

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.

4 Kolumne GastbeitraG 05

Reinhard Paß, Oberbürgermeister der Stadt Essen

Die Innenstadtskyline der Ruhrmetropole Essen.

Als europäische KlimAschutzKommune sind wir gerne dAbei, wenn es um die zuKunft der energie geht.

04 GastbeitraG

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

Projekt seinen Ruf als eine der Energiemetropolen

Europas festigt. Hier entstanden wegweisende Ideen,

die unser Leben von und mit Energie nachhaltig

verändert haben.

Schon im vorigen Jahrhundert ließ RWE mit einigen

Innovationen aufhorchen: 1975 eröffnete eine

RWE-Tochtergesellschaft die weltweit erste Elektro-

tankstelle. 1953 entwickelte RWE mit der Firma

Forbach Apparatebau den Durchlauferhitzer „Typ

Essen“, einen hydraulisch gesteuerten Durchlauferhit-

zer, der die weitere Entwicklung für 20 Jahre prägte.

Von 1924 bis 1930 errichtete RWE eine 220-Kilovolt-

Höchstspannungsleitung, die thermische Kraftwerke

im rheinisch-westfälischen Industriegebiet mit

süddeutschen und alpinen Wasserkräften zusammen-

schloss, eine weithin anerkannte technologische

Pionierleistung in Europa. Und von 1927 bis 1930

errichtete RWE in Herdecke an der Ruhr das erste

großtechnische Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands. Das Prinzip, Strom in

nachfrageschwachen Tageszeiten zur Pumpspeicherung von Wasser einzu-

setzen und das gespeicherte Wasser zur Stromerzeugung bei Bedarfsspitzen

zu verwenden, wurde beispielgebend in Deutschland.

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 Hand-

lungsstärke. 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 Leistungs-

fähigkeit.

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 vermei-

den 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!

6 Kolumne Vorwort 07

für uns bedeutet essen herKunft. für die energiewende entwicKeln wir hier zuKunft.

06 Vorwort

Dr. Arndt Neuhaus,Vorsitzender des Vorstandes RWE Deutschland AG

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).

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 außer-

gewöhnliche rund 1.000 Meter. Schließlich wird der

Strom per Supraleiter nahezu verlustfrei fließen, ein-

gebunden in ein echtes innerstädtisches Verteilnetz.

Ich freue mich, dass wir mit der Stadt Essen dieses

weltweit bislang einmalige Energieprojekt auf die Bei-

ne 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 Innovations-

treiber für intelligente Energielösungen im Stromver-

teilnetz, bei Produkten und Dienstleistungen und in

den Bereichen Energieeffizienz und Elektromobilität.

Als einer der größten Verteilnetzbetreiber Deutsch-

lands 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 intelli-

gente 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

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 Supralei-

terkanal wird etwa 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 Ampa-

City schreiben wir mit den Bürgern dieser Stadt ein weiteres Kapitel der

noch jungen Geschichte der Energiewende in Deutschland. In Ballungsräu-

men haben wir eine hohe Bevölkerungszahl je Quadratkilometer, eine

ausgeprägte Dienstleistungskultur und energieintensivere Industrie- und

Gewerbebetriebe. Zudem ist Raum hier ein teures Gut. Diese Vorausset-

zungen 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 Techno-

logie. 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!

intelliGente enerGie 0908 intelliGente enerGie

wir von rwe schAlten uns ein, wenn es um dAs gelingen der energiewende geht.

Montage von Hochtemperaturleiter-seilen 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 Energie-

wende 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 gekop-

peltem Blockheizkraftwerk: Das gespeicherte und

stetig produzierte Biogas kann dann zur Verstro-

mung 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 regene-

rativen Stroms in Deutschland erzeugt und von den

Verteilnetzen „eingesammelt“.

Auch Hochtemperaturleiterseile (HTLS) können eine

bedeutende Rolle bei der Energiewende spielen.

Dort, wo immer mehr Strom aus erneuerbaren Quel-

len 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 Bereitstel-

lung 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 Zusam-

menspiel von Smart Metern, Batteriespeichern,

Photovoltaikanlagen, Haushaltsgeräten und dem

Smart Operator.

Das Ziel ist auch hier: mit intelligenten Lösungen

eine hohe Versorgungssicherheit, Netzstabilität und

Energieeffizienz gewährleisten. Unsere Netzkompe-

tenz eröffnet auch Betreibern von EEG-Anlagen die

Möglichkeit, ihren Strom gebündelt an der Strom-

börse 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 EEG-

Anlagen ans Verteilnetz angeschlossen.

Die Verbraucher machen wir zu Protagonisten des

bislang deutschlandweit größten Feldtests zum

intelligenten Stromverbrauch: Gemeinsam mit Part-

nern 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 Kos-

ten 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.

Leistungssteigerung der Verteilnetze mit Hilfe des Smart Operator.

Ein Biogasspeicher als Stromspeicher beim Projekt Smart Country in der Eifel.

moDellproJeKt ampacitY 1110 moDellproJeKt ampacitY

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, leis-

tungsfähigere 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 vie-

lerorts 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.

Kompakte Hochleistungskabel bieten neue Möglich-

keiten. 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 kon-

ventionelles Kabel. Das neue Kabelsystem verursacht

praktisch keine elektrischen Übertragungsverluste,

keine Wärmeabstrahlung und keine magnetischen

Felder. Es kann damit in bereits bestehenden Kabel-

schächten verlegt werden und ein Betrieb in direkter

Nähe zu empfindlichen Datenkabeln ist ohne

Probleme möglich.

Der Aufbau der Stromnetze wird einfacher. In klassi-

schen Kupfer- oder Aluminiumkabeln wird Strom mit

hohen Spannungen wie 110.000 Volt in Stadtgebie-

ten transportiert, so dass Übertragungsverluste

möglichst gering gehalten werden. Dies ist auch

der Grund dafür, dass 110.000-Volt-Hochspannungs-

leitungen in Großstädten wie Essen bis in das Stadt-

zentrum 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 Span-

nung 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. Hochspan-

nungsstrecken und Umspannanlagen im innerstädti-

schen Bereich werden mit der neuen Technologie

künftig schrittweise verzichtbar.

Der offizielle Projektstart war am 1. September 2011,

der Beginn des Praxistests ist für den Herbst 2013

geplant.

umspannanlage Dellbrügge

Verbindung des supra-leitenden Kabels (muffe)

Luftbild mit dem Verlauf des Supraleiterkabels in der Essener City.

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.

Platzbedarf bei der Legung eines Supraleiterkabels im Vergleich zu herkömmlichen Kabeln gleicher Übertragungskapazität.

umspannanlage Herkules

supraleittecHniK 1312 supraleittecHniK

suprAleiter im verteilnetz. mehr strom nAhezu ohne widerstAnd trAnsportieren.

Erst 1986 fanden Wissenschaftler Oxidkeramiken, die schon bei Tempe-

raturen zwischen –140°C und –200°C supraleitende Eigenschaften

entwickeln. Diese Entdeckung war bahnbrechend für eine breitere

Nutzung des Supraleiteffekts, denn um die so genannten Hochtempe-

ratur-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 supra-

leitender 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. Inno-

vative Strombegrenzer auf der Basis von Supraleitern können Strom-

netze zuverlässig und mit sehr geringen Betriebskosten vor überlas-

tungsbedingten Störungen schützen. Bereits heute zeigen Untersuchun-

gen von RWE, dass bestimmte Aufgaben des Netzausbaus in Ballungs-

zentren am überzeugendsten mit Supraleitern zu lösen sind. Das

Pilotprojekt in Essen gibt in dieser Hinsicht ein wichtiges Signal: Die

Industrialisierung der Supraleitertechnologie hat begonnen.

Dr. Frank Merschel, RWE Deutschland

„Die Supraleitertechnologie

bietet für RWE Deutschland

speziell in Ballungsräumen

mit sehr hohen Energiedich-

ten und ungünstigen Platz-

verhältnissen große techni-

sche und wirtschaftliche

Vorteile, insbesondere durch

die Verlagerung auf eine

niedrigere Spannungsebene

im Innenstadtbereich.“

Vergleich Kupferbündel und Supraleiter-band mit gleichem Stromtragevermögen.

Supraleitender Strombegrenzer zum Schutz des Stromnetzes.

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.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 elek-

trischen 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 Diagnose-

anwendungen in der Humanmedizin hergestellt.

eFFiZiente sYstemlÖsunG 1514 eFFiZiente sYstemlÖsunG

effizientes suprAleitersystem. KompAKte KAbel und innovAtive schutztechniK.

Der Energieversorger RWE und der Technologiekon-

zern 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-Phasen-

Wechselstromkabel und einen ebenfalls supraleiter-

basierten Strombegrenzer als Komponenten enthält.

Diese Lösung erlaubt die Verwendung eines sehr

kompakten Supraleiterkabels, das aufgrund seines

geringen Durchmessers besonders einfach und kos-

tensparend 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 Betriebs-

strom von 2.310 Ampere, eine Nennspannung von

10.000 Volt und eine Nennleistung von 40 Mega-

watt ausgelegt. Sie werden ein 110.000-Volt-Kabel-

system gleicher Kapazität ersetzen. Der für das Essener Pilotprojekt

vorgesehene Kabeltyp ist besonders kompakt aufgrund seines konzen-

trischen 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 Leiter-

anordnung 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.

Querschnitt durch ein Supraleiterkabel.

Stickstoff- rücklauf

Leiter 1 Leiter 2 Leiter 3

Neutralleiter

Kabelkryostat(Vakuumisolierung)

Stickstoff- vorlauf

Dielektrikum

Dr. Mark Stemmle,Nexans Deutschland

„Der Pilotbetrieb in der Esse-

ner 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.

Oliver Sauerbach,Westnetz

„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.“

Varnhorststraße

Alfrediquelle

Sölli

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Glash

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kule

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Varnhorststraße

Schützenbahn

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Am Handelshof

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Steeler Straße

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Am Hauptbahnhof

Hollestraße

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UMSPANNANLAGE HERKULES

UMSPANNANLAGE DELLBRÜGGE

Handelshof

Alte Synagoge

Essener Münster

Dellbrügge

Burgplatz

Her

kule

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Kennedyplatz

QuerungStraßenbahn

Querung Kreisverkehr

Kett

wig

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Streckenplanung Supraleiter

Hauptverkehrsader

ForscHunG unD entwicKlunG 1918 ForscHunG unD entwicKlunG

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 Technolo-

giestudien bis zu Prototypen ein.

Supraleitende energietechnische Anwendungen

haben sich in den letzten Jahren sehr schnell weiter-

entwickelt und stehen an der Schwelle zur Kommer-

zialisierung. 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-Hochspannungs-

kabel durch supraleitende 10.000-Volt-Mittelspan-

nungskabel ersetzt werden. Eine aktuelle Studie

unter Federführung des Karlsruher Instituts für Techno-

logie 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 konven-

tionelle 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 ent-

wickeln, 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.“

interView 2120 interView

AmpAcity im gespräch mit professor bednorz, physiKnobelpreisträger von 1987.

Welche Erwartungen oder gar Visionen hatten Sie

bei Ihren Ergebnissen zur Erforschung der Hoch-

temperatur-Supraleitung?

Wenn man sich heute vergegenwärtigt, welchen

Stand die Technologie der Hochtemperatur-Supra-

leitung 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 Verbin-

dung 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 Supralei-

tung 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 Nobelprei-

ses verändert?

Das Nobelpreiskomitee hat rasch realisiert, dass wir

mit der Entdeckung einer neuen Klasse von supra-

leitenden 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 Modi-

fikation, 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.

Durch den Preis öffnen sich mit einem Mal Türen, die einem Wissen-

schaftler, 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 wissen-

schaftliche 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 Bewusst-

sein 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 Reali-

sierung 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.

Prof. Dr. Johannes Georg Bednorz vom Forschungslaboratorium Rüschlikon, Mitglied des Hoch-schulrats der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

Die Physiknobelpreisträger von 1987: Karl Alex Müller und Johannes Georg Bednorz bei der Forschungsarbeit.

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 100.000

22 Kommunalpartner

rwe deutschlAnd –ein stArKer pArtner der Kommunen.

Einer der größten Verteilnetzbetreiber

Die zum RWE-Konzern gehörende RWE Deutsch-

land AG sorgt bei Strom, Gas und Wasser für eine

zukunftssichere Netzinfrastruktur. Rund 350.000

Kilometer misst allein das Stromnetz im Hoch-, Mittel-

und 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 Wirtschaft-

lichkeit sind die Ziele. E-Mobility, Smart Meter,

Smart Home und Modellprojekte wie Smart Country

bilden konkrete Schritte, diese Ziele zu erreichen.

*Davon nur 44 Kilometer Freileitung.

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)