Supraleitende Stromkabel: Optimierung der Kühltechnik

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Supraleitende Stromkabel: Optimierung der Kühltechnik
WISSENSCHAFT
                                                                                                                           KRYOGENE KÜHLUNG

Supraleitende Stromkabel:
Optimierung der Kühltechnik
                                   Autoren
                                   (v.l.:) Dr.-Ing. Friedhelm Herzog, Thomas Kutz
                                   Messer Group GmbH, Krefeld

Hochtemperatur-Supraleiter . Unterkühler . kryogene Kühlung             Superconducting Power Cables: Effective cooling sys-
. Kabelkryostat                                                         tems through multi-dimensional optimization of
                                                                        heat impact, pressure drop and installation concept
Hochtemperatur-Supraleiter zum Aufbau von Stromversor-
                                                                        high temperature superconductors . subcoolers . cryogenic cooling .
gungskabeln bestehen aus keramischen Materialien, die bei
                                                                        cable cryostat
einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes von flüssigem
Stickstoff (-196 °C) ihre kritische Temperatur (Sprungtempera-
                                                                        High-temperature superconductors for the construction of power
tur) erreichen und dann ihren elektrischen Widerstand voll-
                                                                        supply cables consist of ceramic materials that reach their critical
ständig verlieren. Dadurch lässt sich elektrischer Strom ver-
                                                                        temperature (transition temperature) at a temperature close to the
lustfrei transportieren. Der Vermeidung der ohmschen Verlus-
                                                                        boiling point of liquid nitrogen (-196 °C) and then completely lose
te steht der energetische Aufwand für die Kühlung gegenüber.
                                                                        their electrical resistance. This means that electricity can be trans-
Dieser hängt neben der erforderlichen Kühlleistung auch von
                                                                        ported without loss. The avoidance of ohmic losses stands against
der Kühltemperatur, vom Kühlkonzept und von der Art der Käl-
                                                                        the energetic expenditure for cooling. In addition to the required
teerzeugung ab.
                                                                        cooling capacity, this also depends on the cooling temperature, the
Die supraleitenden Stromträger werden in Kabelkryostate in-
                                                                        cooling concept and the type of refrigeration.
tegriert, durch die unterkühlter Flüssigstickstoff zirkuliert. Die
                                                                        The superconducting current carriers are integrated in cable cryo-
Unterkühlung auf eine Temperatur von ca. -206 °C erfolgt in
                                                                        stats through which supercooled liquid nitrogen circulates. The sub-
einem Wärmetauscher, der mit im Unterdruck verdampfen-
                                                                        cooling to a temperature of approx. -206 °C takes place in a heat ex-
dem Stickstoff betrieben wird. Alternativ oder ergänzend zu
                                                                        changer which is operated with nitrogen evaporating under vacuum
dieser „offenen“ Kühlung kann die Kälteerzeugung auch durch
                                                                        conditions. As an alternative or in addition to this “open” cooling,
Kältemaschinen erfolgen und somit ein „geschlossenes“ Kühl-
                                                                        the cold can also be generated by refrigeration machines, thus crea-
system aufgebaut werden.
                                                                        ting a “closed” cooling loop.
Neben dem Wärmeeinfall durch den Kabelkryostaten sind
                                                                        In addition to the heat input through the cable cryostat, the hydrau-
auch die hydraulischen Verluste durch den zirkulierenden Flüs-
                                                                        lic losses from the circulating liquid nitrogen and the heat input
sigstickstoff und der Wärmeeintrag der Zirkulationspumpen
                                                                        from the circulation pumps are also important. The additional coo-
von Bedeutung. Die hierdurch erforderliche zusätzliche Kälte-
                                                                        ling capacity required by this can be influenced by installing inter-
leistung lässt sich durch den Einbau von Zwischenkühlstatio-
                                                                        mediate cooling stations. Furthermore, the temperature high points
nen beeinflussen. Weiterhin sind die Temperatur-Hochpunkte
                                                                        in the cryostat are to be considered when optimizing the cooling
im Kryostaten bei der Optimierung des Kühlkonzeptes zu be-
                                                                        concept, because they are important for the current carrying capaci-
trachten, weil diese für die Stromtragfähigkeit des Kabels von
                                                                        ty of the cable.
Bedeutung sind.

Einleitung                                       ßendruckkabeln, die aus Altersgründen            Materialien, die bei einer Temperatur in
Durch die Entwicklung von Stromkabeln            ersetzt werden müssen, eingezogen wer-           der Nähe des Siedepunktes von flüssi-
mit keramischen Supraleitern besteht             den, ohne dass besondere Erdarbeiten             gem Stickstoff (-196 °C / 77 K) ihre kriti-
die Möglichkeit, extrem platzsparende            erforderlich sind. Dies erleichtert den Er-      sche Temperatur (Sprungtemperatur) er-
Stromverteilungssysteme zu schaffen,             halt der Stromnetz-Infrastruktur in gro-         reichen und dann ihren elektrischen Wi-
die mit geringem Tiefbauaufwand zwi-             ßen Städten und trägt dazu bei, den im           derstand vollständig verlieren. Dadurch
schen Gas-, Wasser-, und Telekommuni-            Zuge der Elektromobilität erforderlichen         ist es möglich, elektrischen Strom ver-
kationsleitungen sowie Abwasserkanä-             Ausbau kostengünstig durchführen zu              lustfrei zu transportieren, wobei die
len und Straßenbahnschienen installiert          können.                                          Stromtragfähigkeit der Kabel exponenti-
werden können. Außerdem können sie in               Die keramischen Supraleiter (Hoch-            ell steigt, je weiter sich die Kühltempera-
die Leerrohre von herkömmlichen Gasau-           temperatur-Supraleiter) bestehen aus             tur von der kritischen Temperatur ent-

www.ki-portal.de                                                                                            KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 08-09 2021   47
Supraleitende Stromkabel: Optimierung der Kühltechnik
WISSENSCHAFT
KRYOGENE KÜHLUNG

fernt. Der Ersparung der ohmschen Ver-
luste beim Stromtransport steht der                 1
energetische Aufwand für die Kühlung
gegenüber. Dieser hängt neben der er-
forderlichen Kühlleistung auch von der
Kühltemperatur, von der Art der Kälteer-
zeugung und vom Kühlkonzept ab.

Kühlkreislauf
Die stromtragenden Supraleiter werden
in einen Kabelkryostat integriert, durch
den unterkühlter Flüssigstickstoff zirku-
liert, ohne zu verdampfen. So kann die
durch den Kryostat einfallende Wärme
abgeführt werden. Die Kühltechnik des
Kabels besteht im Wesentlichen aus ei-              Aufbau eines Kabelkryostaten mit interner Flüssigstickstoff-Rückführung
nem Kühlkreislauf mit Zirkulationspum-              (Quelle: Nexans)
pe und Ausgleichsbehälter sowie einem
Unterkühler. Die Zirkulationspumpe för-
dert den unterkühlten flüssigen Stick-              2
stoff durch den Unterkühler und den Ka-
belkryostaten.
    Wegen des Wärmeeinfalls durch den
Kryostaten erhöht sich die Temperatur
des zirkulierenden Flüssigstickstoffs.
Auch die Zirkulationspumpe trägt Wär-
me in den Kreislauf ein. Diese Wärme-
mengen werden im Unterkühler wieder
abgeführt, sodass die Temperatur im Ka-
belkryostaten niedrig bleibt.
    Der Ausgleichsbehälter ist erforder-
lich, um durch Temperaturschwankun-
gen verursachte Volumenschwankungen
zu kompensieren und so den Saugdruck
der Zirkulationspumpe konstant zu hal-
ten. Damit durch diesen Behälter mög-
lichst wenig Wärme in den Kreislauf ein-
getragen wird, ist er vakuumisoliert.
                                                    Stark vereinfachtes Funktionsdiagramm der Kühl- und Pumpanlage

„offene Kühlung“
Die Rückkühlung des zirkulierenden Flüs-           (67 K) ermöglicht. Dieses Kühlverfahren          fahren des Systems in jedem Fall
sigstickstoffs erfolgt idealerweise in ei-         ist für Messer patentrechtlich geschützt.        Flüssigstickstoff benötigt wird, bietet es
nem Unterkühler, in welchem zur Käl-                                                                sich an, die Kältetechnik so auszulegen,
teerzeugung flüssiger Stickstoff im Un-            „geschlossene Kühlung“                           dass bei Wartung oder Störung der Kälte-
terdruck verdampft. Der Verdampfungs-              Alternativ kann an den Unterkühler auch          maschine bzw. des Rückverflüssigers
druck lässt sich dabei mittels einer               eine Kältemaschine angeschlossen wer-            auch „offen“ gekühlt und die Kühlleis-
Vakuumpumpe auf bis zu 150 mbar ab-                den. Dann wird im Normalbetrieb kein             tung komplett durch Stickstoffverdamp-
senken, die Verdampfungstemperatur                 Kühlstickstoff benötigt. Somit hat man           fung erbracht werden kann. So lässt sich
liegt dann bei -209 °C (64 K). Tiefere             ein „geschlossenes“ System, aus wel-             sehr einfach eine Redundanz aufbauen
Temperaturen sind im praktischen Be-               chem kein Stickstoff entweicht. Es ist           und die Betriebszuverlässigkeit erhöhen.
trieb nicht erreichbar, weil bei -210 °C           auch möglich, den bei „offener“ Kühlung
(63 K) der Stickstoff gefriert.                    verdampfenden Stickstoff direkt wieder           Berechnung des Kältebedarfs
    Bei dieser „offenen“ Kühlung kann der          zu verflüssigen, so entsteht eine „quasi-        Alle Komponenten des Kabels und des
Ausgleichsbehälter auch als Vorratsbe-             geschlossene“ Kühlung.                           Kühlkreislaufs tragen Wärme in das Sys-
hälter für den Kühlstickstoff dienen, der             Bei der „geschlossenen“ bzw. „quasi-          tem ein, die kontinuierlich abgeführt
per Tankwagen angeliefert wird. Über               geschlossenen“ Kühlung muss die Kälte            werden muss. Der Supraleiter selbst er-
ein Entspannungsventil gelangt der Flüs-           vor Ort erzeugt werden. Hierfür ist der          zeugt keine Wärme. Bei Wechselstrom-
sigstickstoff dann zum Unterkühler, wo             Betrieb einer entsprechenden Maschi-             übertragung entstehen jedoch aufgrund
er bei einem durch Vakuumpumpen er-                nentechnik mit erheblichem Stromver-             von Magnetfeldschwankungen AC-Ver-
zeugten Druck von 150 mbar bei -209 °C             brauch, Kühlwasserbedarf und War-                luste, die sich aber durch eine optimale
(64 K) verdampft und so die Kühlung des            tungsaufwand erforderlich. Da zum Be-            Anordnung der Supraleiter im Kabel
zirkulierenden Stickstoffs auf -206 °C             füllen des Kabelkryostaten und zum Kalt-         weitgehend neutralisieren lassen. Meis-

48   KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 08-09 2021                                                                                 www.ki-portal.de
Supraleitende Stromkabel: Optimierung der Kühltechnik
WISSENSCHAFT
                                                                                                                        KRYOGENE KÜHLUNG

tens kommt der Hauptanteil der Verluste       1   Typische Daten für die Installation eines supraleitenden Stromkabels
durch den Wärmeeintrag über die Kälte-
                                                                                       technische
isolation des Kabelkryostaten zustande.      typische Kabelinstallation                                         Kommentar
                                                                                          Daten
Dieser Wert ist konstant und bleibt bei
                                             Kabellänge                                   5 km
einer qualitativ hochwertigen Vakuum-
                                             Verlustwärme durch Kabelkryostat,
isolation auch über Jahre hinweg unver-                                               10 kW @ 67K            Netto-Kältebedarf
                                             AC-Verluste und Endverschlüsse
ändert. Einen weiteren Beitrag liefern die
Endverschlüsse. Hier entsteht durch den      Massenstrom Zirkulation                      0,8 kg/s                    (0,00095 m³/s)
elektrischen Widerstand des Kupferan-        Druckabfall im Kabelkryostat                  14 bar                    (14 x 105 N/m²)
schlusses an das Supraleitermaterial ge-     hydraulischer Verlust                        1,33 kW                     P(hydr.) = Δp x V̇
mäß dem ohmschen Gesetz eine strom-          Wärmeeintrag Pumpanlage                       5,0 kW                  ca. 3 x P(hydr.) + 1 kW
abhängige Wärmemenge. Diese lässt            Wärmeeintrag Gesamtsystem                    15,0 kW                  Brutto-Kältebedarf
sich durch adäquate Konstruktion jedoch
relativ klein halten, muss aber bei der
                                              2 Die wichtigsten Daten für die „offene“ und die „geschlossene“
Auslegung beachtet werden. Der Wär-
                                                Kühlung im Vergleich
meeintrag durch AC-Verluste, Kabelkry-
ostat und Endverschlüsse ist der Netto-      Kühlleistung:
                                                                    Elektro-   Flüssig- Kühl-          CO2-
                                             • netto: 10,0 kW                                                   Kommentar
Kältebedarf des Systems.                     • brutto: 15,0 kW
                                                                    Energie    Stickstoff wasser       Emission
   Oft wird vergessen, dass durch die
                                                                                                                     Strombedarf für die N2-
Strömung des flüssigen Stickstoffs durch     „offene“ Kühlung
                                                                    30 kW      300 kg/h    nein        610 t/a       Verflüssigung beim Ga-
den Kabelkryostaten auch Wärme ent-          (Flüssigstickstoff)
                                                                                                                     selieferanten: 144 kW
steht. Dieser Anteil entspricht der hyd-     „geschlossene“
raulischen Leistung des Pumpvorgangs         Kühlung                                                                 inkl. Strombedarf für die
                                                                  250 kW       nein        ja          876 t/a
und lässt sich leicht berechnen:             (Kryo-Kältemaschine)                                                    Kühlwassererzeugung

P(hydr.) = Δp x V̇                (Gl. 1)
                                             einer Kabellänge von 2 bis 10 km. Oben             15,0 kW Kälte bei -209 °C (64 K) erzeugt
Je größer die hydraulische Leistung ist,     stehende Tabelle 1 zeigt, grob verein-             werden, damit der zirkulierende Stick-
desto mehr muss die Zirkulationspumpe        facht, die typischen Daten einer solchen           stoff auf -206 °C (67 K) rückgekühlt wer-
arbeiten. Da die Pumpe nicht „ideal“ ar-     Verbindung.                                        den kann.
beitet, ist ihr Wärmeeintrag deutlich grö-                                                         Sehr gute Kältemaschinen (z.B. Turbo-
ßer als die hydraulische Leistung, welche    Energiebedarf für die Kühlung                      Brayton-Anlagen) arbeiten mit einem
sie liefert. Außerdem wird das Aggregat      Der Kältebedarf kann durch Anlieferung             COP (coefficient of performance) von 0,1
umso größer, je höher die Leistungsan-       von flüssigem Stickstoff (offenes Kühl-            bei -196 °C (77 K). Rechnet man diesen
forderung ist. Entsprechend steigt dann      system) oder durch Installation einer              Wert mit dem Carnotfaktor auf -209 °C
auch der Wärmeeintrag durch die (iso-        Kryo-Kältemaschine (geschlossenes                  (64 K) runter, so ergibt sich ein COP von
lierten) Oberflächen der Maschine und        Kühlsystem) gedeckt werden. Auch kom-              0,083. Damit ergibt sich folgender Elek-
der angeschlossenen Armaturen und            binierte Systeme sind denkbar. Für die             troenergiebedarf:
Rohrleitungen. Überschlägig kann man         Kälteerzeugung durch verdampfenden
den Wärmeeintrag durch den Pumpvor-          Stickstoff kann man von folgenden Richt-           15,0 kW(Kälte@64K) / 0,083 = 181 kW(el.)
gang durch folgende Formel abschätzen:       werten ausgehen:                                   
                                                                                                Es sind also ca. 181 kW Elektroenergie
W (Pumpvorgang) = 3 x P(hydr.) + 1 kW        ■■   Kühlstickstoff-Bedarf:		                      erforderlich. Das gilt allerdings nur, wenn
                                  (Gl. 2)        20,0 kg/h pro kW Brutto-Kälteleis-            die Maschine im optimalen Arbeitspunkt
                                                  tung                                          betrieben wird. Realistischerweise liegt
Dieser Richtwert gilt allerdings nur für     ■■   Elektroenergie-Vakuumpumpe:                   der Strombedarf bei etwa 200 kW. Zu-
zwangsfördernde Pumpen. Rotations-                0,1 kWh pro kg Kühlstickstoff                 sätzlich wird noch Kühlwasser benötigt.
pumpen tragen wegen ihrer Dissipation                                                           Ist dieses nicht vorhanden, so sind noch-
an den Strömungselementen deutlich           Der Elektroenergiebedarf für Zirkulati-            mals ca. 50 kW Elektroenergie (abhängig
mehr Wärme ein.                              onspumpe und Nebenaggregate wird in                von der Umgebungstemperatur) zum Be-
   Addiert man diesen Wert zum Netto-        dieser vereinfachten Darstellung ver-              trieb einer entsprechenden Prozesskälte-
Kältebedarf hinzu, so erhält man den         nachlässigt. Für den in o. a. Tabelle be-          anlage erforderlich. In der Summe er-
Brutto-Kältebedarf der Installation, wel-    schriebenen Fall ergeben sich dann fol-            gibt sich dann ein Strombedarf von ca.
cher entweder durch Flüssigstickstoff        gende Betriebsdaten:                               250 kW.
oder durch eine Kältemaschine aufge-                                                                Bei der „quasi-geschlossenen“ Küh-
bracht werden muss.                          ■■   Kühlstickstoff-Bedarf:                        lung wird der im Unterkühler verdampf-
                                                  300 kg/h (15 kW x 20 kg/h pro kW)             te Stickstoff mittels einer Kälteanlage
Typische Projekte                            ■■   Strombedarf Vakuumpumpe:                      rückverflüssigt, sodass dieser nicht in die
Die interessantesten Projekte für die Ins-        30 kW (300 kg/h x 0,1 kWh/kg)                 Umgebung abströmt. Da hierbei (im Nor-
tallation supraleitendender Stromkabel                                                          malbetrieb) kein Stickstoff entweicht, ist
ergeben sich bei der Verbindung von          Soll der Kältebedarf mittels einer Kälte-          dieses Verfahren auch als „geschlossene
Umspannstationen in Großstädten bei          maschine gedeckt werden, so müssen                 Kühlung“ anzusehen. Um den Stromver-

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Supraleitende Stromkabel: Optimierung der Kühltechnik
WISSENSCHAFT
KRYOGENE KÜHLUNG

  1

                                                                          T (max)

                             Kabellänge                                                                 Kabellänge
           (li.) Durch die Wärmeübertragung zwischen                                    (re.) Durch die Rückkühlung des Flüssigstickstoffs
           vorlaufendem (blau) und rücklaufendem (rot)                                  am Kabelende sinkt die Maximaltemperatur
           Stickstoff steigt die Kabeltemperatur stark an.                              deutlich ab.

 Temperaturprofil des zirkulierenden Flüssigstickstoffs (beispielhafte Auslegung für ein 1.000 m langes Kabel)

 3

 Prinzipschema einer Kabelinstallation mit Zwischenkühler

brauch für die Rückverflüssigung mög-                        Systemoptimierung                                   dann der Wärmeeintrag, aber die hyd-
lichst klein zu halten, entwickelte Messer                   Je höher die Kälteverluste im Kabelkryos-           raulischen Verluste sinken.
eine spezielle Verfahrensführung, die                        taten sind, desto mehr steigt die Flüs-                Des Weiteren wird die Temperatur des
zum Patent angemeldet wurde. Dabei                           sigstickstofftemperatur im Strömungs-               zirkulierenden Flüssigstickstoffs durch
wird die Kälte des im Unterkühler ver-                       verlauf an. Da die Stromtragfähigkeit der           die Wärmeübertragung zwischen vorlau-
dampften gasförmigen Stickstoffs im                          Supraleiter mit sinkender Temperatur                fendem und rücklaufendem Stickstoff-
Hauptwärmeübertrager des Verflüssi-                          stark zunimmt, ist die Stickstofftempera-           strom beeinflusst. Das führt dazu, dass
gers genutzt. Dies führt zu einer deutli-                    tur entscheidend für den Bedarf an Sup-             die höchste Temperatur nicht am Stick-
chen Absenkung des spezifischen Ener-                        raleitermaterial und damit für die Sys-             stoff-Austritt des Kabelkryostaten, son-
giebedarfs bei der Verflüssigung.                            temkosten.                                          dern am Kabelende vorliegt.
                                                                                                                    Diesem Phänomen kann durch Instal-
Anmerkung (ökologische Betrachtung)                          Kryostat-Durchmesser                                lation eines Zwischenkühlers am Um-
Für die Verflüssigung des Stickstoffbe-                      Um den Temperaturanstieg im Strö-                   kehrpunkt der Flüssigstickstoff-Strö-
darfs von 300 kg/h in einer Großanlage                       mungsverlauf möglichst gering zu hal-               mung (Kabelende) begegnet werden. Der
bei Messer sind 144 kW(el.) erforderlich.                    ten, kann die Zirkulationsmenge entspre-            Temperaturhochpunkt verlagert sich
Der energetische Gesamtaufwand liegt                         chend angepasst werden. Dies hat je-                dann hin zur Kabelmitte. Bei gleicher
somit bei 144 kW + 30 kW = 174 kW. Das                       doch seine Grenzen, da mit zunehmen-                Zirkulationsmenge ist der Temperatur-
entspricht bei dem aktuellen Energiemix                      dem Massenstrom Druckverluste und die               hochpunkt jetzt deutlich kleiner.
in Europa einer Emission von 610 t/a CO2                     hydraulische Leistung exponentiell an-                 Hält man den Wert des Temperatur-
(0,4 kg CO2 / kWh). Dazu kommt noch der                      steigen.                                            hochpunktes bei, so lässt sich der Zirku-
Kraftstoff für den Tankwagen. Bei einer                         Ab einem bestimmten Punkt ist es                 lationsmengenstrom in etwa halbieren.
Transportentfernung von 100 km liegt                         sinnvoll, einen Kabelkryostaten mit grö-            Das führt dann zu einer Verringerung der
dieser bei ca. 9.600 Liter pro Jahr, das                     ßerem Durchmesser zu verwenden. We-                 hydraulischen Verluste um den Faktor 8.
entspricht einer CO2-Emission von 25 t/a.                    gen der größeren Oberfläche steigt zwar             Durch Optimierung von Zirkulations-

50    KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 08-09 2021                                                                                             www.ki-portal.de
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menge und Temperaturhochpunkt las-
                                                       2
sen sich die Betriebskosten oder die Sys-
temkosten minimieren.

Zwischenkühler
Ein Zwischenkühler ist sehr einfach auf-
gebaut. Er besteht lediglich aus einem                                                                                        T (max)
Unterkühler mit angeschlossener Vaku-
umpumpe (ggf. redundant). Dabei wird
der erforderliche Kühlstickstoff über ein
Regelventil (Expansionsventil) aus der
Zirkulation entnommen, eine Flüs-
sigstickstoff-Tankanlage ist hier nicht er-
forderlich.
   Da der Zirkulationsstickstoff eine
niedrigere Enthalpie hat als der Flüs-                                               Kabellänge
sigstickstoff in der Tankanlage, ist der
spezifische Stickstoffbedarf der Zwi-                 Temperaturprofil mit und ohne separater Rückleitung für den Flüssigstickstoff
schenkühler ca. 10 % geringer als im
Hauptunterkühler. Die aus der Zirkulati-             keine Wärmeübertragung zwischen vor-                 Fazit
on entnommene Stickstoffmenge wird                   und rücklaufendem Stickstoff gibt und                Eine gutes supraleitendes Stromübertra-
an der Saugseite der Zirkulationspumpe               sich somit ein deutlich günstigeres Tem-             gungssystem erfordert die Lösung einer
direkt aus dem Tank der Basisstation                 peraturprofil im Kabelkryostaten ein-                mehrdimensionalen Optimierungsauf-
nachgespeist. Da der Stickstoff aus dem              stellt. Das Temperaturmaximum stellt                 gabe von Kabel- und Kühlanlagenpara-
Tank eine etwas höhere Temperatur hat                sich dann am Austritt des Kabelkryosta-              metern. Hierbei sind die gegenseitigen
als der unterkühlte Stickstoff am Kabel-             ten ein und nicht in der Mitte. Außerdem             Abhängigkeiten von Kabelquerschnitt,
austritt, wird an dieser Stelle mit flüssi-          ist es niedriger (bei gleicher Zirkulations-         Druckverlust, Wärmeeinfall durch den
gem Stickstoff „geheizt“. Entsprechend               menge). Ein weiterer Vorteil besteht dar-            Kabelkryostaten und Wärmeeintrag der
erhöht sich der Kühlleistungsbedarf für              in, dass ein Kabelkryostat mit kleinerem             Zirkulationspumpen zu berücksichtigen.
den Hauptunterkühler.                                Durchmesser verwendet werden kann,                   Durch eine überschlägige Abschätzung
   Bei größeren Entfernungen können                  weil kein Platz für die interne Rückström-           kann man dem Optimum schon sehr na-
zusätzliche Zwischenkühler auf der Ka-               leitung erforderlich ist.                            hekommen und recht einfach eine grobe
belstrecke installiert werden, um die Zir-               Die separate Rückleitung wird bezüg-             Betriebs- und Investitionskostenabschät-
kulationsmenge weiter abzusenken und                 lich ihrer thermischen Isolation ähnlich             zung machen.                         n
den Gesamtdruckverlust der Installation              ausgeführt wie der Kabelkryostat. Die
zu reduzieren.                                       Kosten hierfür sind nicht unerheblich                LITERATUR
                                                     und führen meistens auch zu zusätzli-                [1]     Herzog, F.; Kutz, T.: Cooling unit for super-
Separate Rückleitung                                 chem Tiefbauaufwand. Außerdem muss                           conducting electricity cables. In: Procee-
Eine weitere Möglichkeit der Reduzie-                bei der Systemauslegung der zusätzliche                      dings of the 13th IRR International Confe-
rung der Zirkulationsmenge besteht in                Wärmeeinfall berücksichtigt werden,                          rence on Cryogenics (2014), pages 99-105
der Installation einer separaten Rücklei-            welcher in der gleichen Größenordnung                [2]     Herzog, F.; Kutz, T.; Stemmle, M.; Kugel, T.:
tung für den Zirkulationsstickstoff. Dies            liegt wie der Wärmeeinfall durch den                         Cooling Unit for the AmpaCity Project –
hat den wesentlichen Vorteil, dass es                Kabelkryostaten.                                             Cryogenics 80 (2016) 204-209 (Elsevier)

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