DEMO200 - Neuartiges supraleitendes Hochstromsystem für 200 kA DC; Teilvorhaben VESC: Entwicklung der Hauptkomponenten für ein neuartiges supraleitendes Hochstromsystem mit einem Nennstrom von 200.000 A DC mit modularem Aufbau, mit YBCO-Supraleitern, die mit unterkühltem Stickstoff bei 70 K betrieben werden; Teilvorhaben KIT: Hauptkomponentenentwicklung für ein supraleitendes, modular aufgebautes Hochstromsystem für 200 kA Gleichstrom Kurzstrecken-Übertragung auf der Basis von supraleitenden Dünnschichtbändern (2G HTS); Teilvorhaben Messer: Entwicklung der Hauptkomponenten für ein neuartiges supraleitendes Hochstromsystem mit einem Nennstrom von 200.000 A DC mit modularem Aufbau, mit YBCO-Supraleitern, die mit unterkühltem Stickstoff bei 70 K betrieben werden

Abstract

Im Hinblick auf industrielle Hochstromanwendungen (Aluminiumhütten, Elektrolysen, Datencenter) sollte im Rahmen des Projektes DEMO200 gezeigt werden, dass sehr hohe Gleichströme (hier: 200 kA), mit hochtemperatursupraleitenden Schienen auf einem geringen Querschnitt (hier: Außendurchmesser 350 mm) widerstandsfrei transportiert werden können. Ziel des Projektes war die Entwicklung einer kurzen Stromschiene (2 m) einschließlich der benötigten Peripherie (Stromzuführungen, Kryotechnik, Kontakte/Kupplungen, Datenakquisition). Das Projekt umfasste Design, Konstruktion, Fertigung und Test eines Demonstrators. Dieser wurde planmäßig als Serienschaltung von 10 Teilleitern à 20 kA realisiert. Die vom Konsortium entwickelte supraleitende 200 kA DC-Schiene erfüllte und übertraf alle Anforderungen (Stromtragfähigkeit, Längenkompensation, Stabilität gegen Lorentzkräfte). Bei den Stromzuführungen wurde das Projektziel nahezu erreicht. Eines der 20 Module verfehlte das Projektziel knapp (-5%). Niederohmige Kontaktierungen und die Stabilität gegen Lorentzkräfte waren voll gegeben. Die Kryotechnik funktionierte einwandfrei im Hinblick auf die Versorgung des Demonstrators mit Kühlmittel, einschließlich Unterkühlung. Die Kryostate erfüllten die Anforderungen nicht. Die Fehler sind eindeutig identifiziert und können in Zukunft konstruktiv verhindert werden. Die Ziele innerhalb des Gesamtprojektes wurden damit erreicht. Regarding industrial high-current applications (aluminum smelters, electrolysis, data centers), the DEMO200 project aimed to demonstrate that very high direct currents (here: 200 kA) can be transported without resistance using high-temperature superconducting busbars with a small cross-section (here: outer diameter 350 mm). The aim of the project was to develop a short busbar (2 m) including the necessary peripherals (current leads, cryogenics, joints, data acquisition). The project comprised the design, construction, manufacture and testing of a demonstrator. This was realized as planned as a series circuit of 10 partial conductors of 20 kA each. The superconducting 200 kA DC busbar developed by the consortium met and exceeded all requirements (current carrying capacity, length compensation, stability against Lorentz forces). The project goal was almost achieved for the current leads. One of the 20 modules fell just short of the project target (-5%). Low-resistance contacts and stability against Lorentz forces were fully achieved. The cryogenics functioned perfectly in terms of supplying the demonstrator with coolant, including subcooling. The cryostats did not fulfil the requirements. The faults have been clearly identified and can be prevented by design in the future. The VESC contributions essentially comprised the development of the current leads, the design of current leads and busbar and the construction and assembly of the full-scale demonstrator. All specified requirements and goals within the project were achieved.