Optimierung der Kühlung supraleitender Stromkabel

Im Zuge der Energiewende rücken supraleitende Stromkabel in den Fokus, um große Mengen elektrischer Energie in dicht besiedelten Gebieten aber auch über weite Strecken zu transportieren. Für einen ökonomischen und energieeffizienten Betrieb dieser Kabel unterhalb der Sprungtemperatur (deutlich unter 100 K) werden Kälteanlagen benötigt, welche die Betriebskosten maßgeblich beeinflussen. Der Kältebedarf setzt sich hierbei aus der Kühlung der Stromzuführungen und dem Rückkühlen des Kältemittels im Kabel zusammen. Neben den entsprechenden Kühlstationen an den beiden Enden eines Kabels sind je nach Länge zusätzliche Zwischenkühlstationen nötig, um stets einen sicheren Betrieb gewährleisten zu können.

In diesem Beitrag werden verschiedene bestehende technische Prozesse zur Bereitstellung der niedrigen Temperaturen analysiert und mit kryogenen Gemischkältekreisläufen (cryogenic mixed‐refrigerant cycles, CMRC) auf Basis des Joule-Thomson-Effekts verglichen. Die Besonderheit der Gemischkältekreisläufe liegt hierbei in der Kombination von guter Skalierbarkeit der Kälteleistung, Anpassbarkeit des Gemischs an die spezifische Anwendung (End- oder Zwischenstation) und einem einfachen und somit günstigen Prozessaufbau.