Tieftemperaturtechnik
Das Konzept des PowerMaglev setzt die Nutzung von Supraleitern voraus.
Für das Betreiben von Supraleitern sind möglichst niedrige Temperaturen erforderlich.
Die Bereitstellung und das Betreiben der Infrastruktur ist ein wesentlicher Faktor bei der Wirtschaftlichkeit.
Es sind hinreichend Lösungen am Markt verfügbar, welche in der Lage sind entsprechende Temperaturen bereitzustellen.
Zur Reduzierung der Kosten wird quasi in einem Teilprojekt an einer Lösung „Vakuum-Muff“ gearbeitet. Dabei soll ein permanentes Vakuum in Glasröhren die Wärmeleitung signifikant unterbrechen. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass die Glasröhren aus einer Vielzahl von Einzelröhren hergestellt werden und das an den Stoßstellen die signifikante Unterbrechung der Wärmeleitung nicht stattfindet.
Unter idealisierten Bedingungen wird die abzuführende Energiemenge auf unter 6 kW reduziert. Bei einer Ausführung ohne Vakuum-Muff ist die abzuführende Energiemenge ca. 50 kW.
Vakuum-Muff
auf den Wirkungsgrad des Gesamtsystems hat die erforderliche Kühlleistung einen signifikanten Einfluss (die wichtigste Voraussetzung ist allerdings die Nutzbarkeit der besonderen Eigenschaften von supraleitenden Materialien)
Herausforderung
- die Nutzung der Materialeigenschaft „Supraleitung“ ist derzeitig nur mit einer Absenkung der Temperatur möglich
- durch Kühlaggregate wird die Temperatursenkung erreicht
- zur Minimierung der Kühlleistung ist eine Entkopplung zwischen Umgebungstemperatur und dem Supraleiter erforderlich
- neben dem Einsatz von Isolierstoffen mit einer geringen Wärmeleitung werden Vakuum-Röhren eingesetzt um die Wärmeleitung zu unterbrechen
- die Wärmestrahlung ist auch im Vakuum vorhanden, eine vollständige Entkopplung ist nicht möglich
- die Stärke eines Magnetfeldes hat Einfluss auf die Materialeigenschaft „Supraleitung“, dabei besteht bei verschiedenen Materialien eine mehr oder weniger ausgeprägte Abhängigkeit von der Temperatur, eine effektive Kühlung ist deshalb auch für die Funktion an sich wichtig
- die Leistung beim Forschungsreaktor CERN beträgt zur Kühlung ca. 1,0 MW pro Kilometer (Anmerkung: diese hohe Leistung ist allerdings auch der sehr niedrigen Betriebstemperatur der eingesetzten Supraleiter geschuldet)
Ziel
- die Leistung zum Kühlen von 1 km Strecke in einem wirtschaftlichen Rahmen auf ein Minimum abzusenken
- das anzustrebende Optimum zwischen Kühlaufwand / maximaler Energiespeichermenge / sekundärer Nutzbarkeit zu ermitteln
- eine Bewertung des zeitlichen Verhaltens der Stator-Temperatur unter dem Focus „Erneuerbare Energien“ vorzunehmen
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