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07.06.2007 08:12

Ein robusteres Stromnetz für Manhattan

Stromkabel auf Basis von Supraleitern sorgen dafür, dass Elektrizität
nahezu verlustfrei übertragen werden kann - schließlich kommt es dabei
nicht zu Widerstandsverlusten. Im New Yorker Stadtteil Manhattan, der
seit langem mit einem überlasteten Stromnetz zu kämpfen hat, soll die
neue Technologie künftig als Backup zur bestehenden Infrastruktur
verwendet werden. Käme es dann zu Terroranschlägen oder
Naturkatastrophen, hätte man einen geeigneten Ersatz.

Zur Entwicklung des Konzeptes mit dem Namen "Project HYDRA"[1]
investieren das US-Heimatschutzministerium und der größte
Stromversorger New Yorks, Con Ed, in den nächsten drei Jahren insgesamt
39 Millionen Dollar in eine Pilotstrecke. Dabei sollen zwei wichtige
Trafostationen in Manhattan, deren Position zunächst geheim gehalten
wird, direkt mit Supraleitern verbunden werden. Fällt dann eine Station
aus, kann die andere ihre Aufgabe übernehmen. Zum Einsatz kommt dabei
Technik des Anbieters American Superconductor, der so genannte
Hochtemperatur-Supraleiter und entsprechende Steuerinfrastruktur
herstellt. "Hochtemperatur" bedeutet in diesem Fall schlicht, dass sie
oberhalb von 90 Kelvin (-183,15 Grad Celsius) noch arbeiten können,
also keine allzu komplexe Kühlinfrastruktur benötigen.

"Wir lösen damit nicht jedes systemimmanente Problem im Stromnetz, aber
mehr Verlässlichkeit und Flexibilität erwarten wir schon", meint Steve
Kurtz, zuständiger Projektingenieur bei Con Ed. Zudem ließen sich
vorhandene Ressourcen besser ausnutzen. Der Stromversorger hat immer
wieder Probleme mit der veralteten Infrastruktur der Rieenstadt: So
mussten im vergangenen Sommer Einwohner in Bereichen des Stadtteils
Queens ganze zehn Tage lang ohne Strom auskommen, weil eine
Trafostation wiederhergestellt werden musste.

Was dem Netz vor allem fehlt, sind Querverbindungen, wie man sie von
Computernetzen wie dem Internet kennt. Stattdessen setzt man nahezu
überall auf Punkt-zu-Punkt-Leitungen, die an Trafostationen enden, die
mehrere zehntausend Kunden gleichzeitig versorgen. Ein einziger
Blitzeinschlag reicht aus, dass eine ganze Station ausfällt.

Würde man nun die Trafostationen miteinander verbinden, könnten sie im
Notfall füreinander einspringen. Neben den zusätzlichen Verbindungen
sind allerdings auch zahlreiche neue Stationen notwendig, um zu
verhindern, dass einzelne Netzfehler weiterhin in der gesamten
Infrastruktur spürbar werden. Getan hat sich bislang allerdings nur
wenig. Greg Yurek, Chef von American Superconductor, weiß warum: "Es
gibt schlicht nicht genügend Platz unter den Straßen von Manhattan."

Zusätzliche Kupferkabel brauchen Platz - auch, weil sie genügend Raum
brauchen, um abkühlen zu können. Gleichzeitig ist in den bestehenden
Trafostationen ebenfalls kein Raum, um neue
Überspannungsschutzeinrichtungen zu platzieren. Genau deshalb wird die
Supraleiter-Technologie interessant: Sie belegt nur ein Zehntel des
Platzes, den Kupfer benötigt. 
Und: Der Überspannungsschutz wäre verhältnismäßig leicht direkt ins
Kabel einzubauen. Das auf einem flexiblen Keramik-Material namens
Yttrium-Barium-Kupferoxid basierende Leitermaterial überträgt Strom
ohne Verluste - zumindest bis zur maximal möglichen Last. 

An diesem Punkt beginnt der Supraleiter, einen Widerstand aufzubauen,
was wiederum Überspannungen aufhält. "Je mehr Drähte man verwendet,
desto mehr Strom lässt sich ohne Verluste transportieren - und man kann
sie so einrichten, dass immer genug Überspannungsschutz vorhanden ist",
erläutert American Superconductor-Technologiechef Alexis Malozemoff.

Bei zu viel Überspannung können aber auch Supraleiter "durchbrennen".
Um solche Schäden zu verhindern, müssen entsprechende Schutzmaßnahmen
integriert werden. Dazu hat American Superconductor spezielle
Kontrollsysteme entwickelt. "Die Notwendigkeit ist die Mutter aller
Erfindungen", meint Yurek. 

Einfach wird die Umsetzung von "Project HYDRA" allerdings nicht. Die
beteiligten Firmen werden mindestens ein Jahr brauchen, um im Labor die
notwendigen Ergebnisse zu erzielen: "Wir müssen es entwickeln, bauen,
Testprotokolle bestimmen, Prototypen herstellen, die Daten analysieren
und dann Spezifikationen für die Installation entwickeln", erläutert
Con Ed-Projektingenieur Kurtz. Er hoffe, dass das Konzept bis August
2008 bewiesen sei. Die Anlage werde aber nicht vor 2010 gebaut.

Hochtemperatur-Supraleiter existieren bereits seit zwei Jahrzehnten.
American Superconductor hat eine flexible Variante des Keramikmaterials
entwickelt und die Temperaturansprüche auf 90 Kelvin reduziert. Dieser
Rahmen lässt sich mit flüssigem Stickstoff verlässlich einhalten.

Obwohl es ähnliche Supraleiter-Projekte in anderen Teilen der USA gibt
(vor allem bei Überlandleitungen), gilt das "Project HYDRA" als
Meilenstein. "Con Ed wird sich entscheiden können, ob sie die Technik
in ihrem Stromnetz haben wollen. Geht alles gut, hätten wir unseren
Ansatz mehr als bewiesen", meint American-Superconductor-Chef Yurek.
 (bsc[2]/Technology Review)

URL dieses Artikels: 
http://www.heise.de/tr/artikel/90683

Links in diesem Artikel:
  [1] http://www.amsuper.com/products/hydra.cfm
  [2] mailto:bsc at tr.heise.de

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