La transizione energetica tedesca rende necessario l'ampliamento della rete di trasmissione. Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT), insieme al gestore di rete TenneT, ora studia l'uso della tecnologia dei superconduttori come alternativa ai cavi elettrici convenzionali per brevi sezioni di rete nell'ambito del progetto ENSURE Kopernikus. I cavi superconduttori progettati da KIT per questo scopo sono efficienti e potenti. Dopo aver superato il test, potrebbero consentire una costruzione più compatta delle linee di trasmissione di energia nella rete trifase.

La lunghezza della rete di trasmissione in Germania è di circa 35, 000 km. Per garantire che l'energia prodotta da fonti energetiche rinnovabili arrivi nei luoghi in cui è necessaria, si prevede di estendere la rete di circa 5, 300 km nel corso delle energiewende. Nell'ambito di progetti pilota, è previsto l'utilizzo di cavi sotterranei in particolare vicino a città e villaggi. Si potrebbero ottenere grandi vantaggi se venissero sostituiti in parte da sistemi di cavi superconduttori, . Questo è il risultato di uno studio di fattibilità realizzato da KIT in collaborazione con l'operatore di rete TenneT nell'ambito del progetto Kopernikus ENSURE. Lo studio dovrebbe essere completato entro la fine di quest'anno e riguarderà anche gli aspetti ecologici ed economici.

Lo studio di fattibilità si basa su cavi e sistemi di raffreddamento progettati appositamente per la tensione di 380 kilovolt (kV) della rete di trasmissione tedesca. "Questa è una grande sfida tecnica, perché la tecnologia dei superconduttori non è mai stata utilizzata prima a questo livello di tensione, " afferma il professor Mathias Noe dell'Istituto di Fisica Tecnica del KIT, che coordina il progetto di sviluppo. "Ora abbiamo dimostrato che questo è tecnicamente fattibile con i nostri nuovi concetti di cavo". Il sistema di cavi è progettato per una potenza continua di 2, 300 megawatt (MW). Le perdite sotto un carico di corrente elevato sono significativamente inferiori a quelle di una linea fuori terra comparabile o di cavi convenzionali con un conduttore in rame. La tecnologia dei superconduttori potrebbe anche essere vantaggiosa nella costruzione di linee di trasmissione, spiega Hanno Stagge, che gestisce il progetto in TenneT:"Un sistema di cavi convenzionale nella rete di trasmissione richiede dodici cavi di alimentazione trifase. Un sistema di cavi superconduttori può trasmettere la stessa potenza con sei cavi". Di conseguenza, gli operatori di rete potrebbero ridurre significativamente la larghezza di una linea. Un altro vantaggio consiste nel fatto che la disposizione del cavo compensa il flusso di corrente nello strato di schermatura elettrica. Di conseguenza, non esiste alcun campo magnetico al di fuori del cavo e il cavo funziona senza emissioni. Ma la strada verso la maturità è ancora lunga. "Dopo lo studio, il cavo, compresi i manicotti di accoppiamento e le terminazioni necessari, dovrà essere prodotto per primo. Quindi, dovrà essere ampiamente testato insieme a un sistema di raffreddamento, " dice Hanno Stagge. Inoltre, il tempo necessario per raffreddare il cavo deve essere affrontato.

I superconduttori sono materiali, la cui resistenza elettrica scende a zero quando la temperatura scende al di sotto di un certo punto, la cosiddetta temperatura di transizione. Di conseguenza, questi materiali conducono la corrente senza perdite. I nuovi concetti di cavi superconduttori per la rete di trasmissione si basano sui cosiddetti superconduttori ceramici ad alta temperatura. Mentre i superconduttori convenzionali a bassa temperatura hanno temperature di transizione inferiori a 23 kelvin, cioè meno 250 °C, i superconduttori ad alta temperatura hanno temperature di transizione relativamente elevate. Con azoto liquido, vengono raffreddati ad una temperatura di esercizio di circa 77 kelvin, cioè meno 196°C, e può essere utilizzato a costi relativamente bassi, perché è necessaria meno energia per il raffreddamento.

L'esperienza acquisita da KIT nel progetto del cavo "AmpaCity" mostra che l'uso della tecnologia dei superconduttori nelle infrastrutture energetiche funziona davvero. Con più di un chilometro di lunghezza, il cavo AmpaCity è il cavo superconduttore per alte temperature più lungo al mondo. Dal 2014, ha garantito un'alimentazione efficiente e stabile di circa 10, 000 famiglie nella città di Essen con una tensione di 11 kV.