In den großen Transformatoren der Stromnetze zirkulieren heute noch viele Tonnen Flüssigkeit auf Mineralölbasis. Diese kühlt und isoliert die Anlagen – und kann im Extremfall selbst zur Gefahr werden, wenn ein Brand ausbricht. An der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt arbeitet ein Forschungsteam daran, diese Flüssigkeit durch eine umweltfreundlichere Alternative zu ersetzen – auf Rapsölbasis. Für Stromkunden und Netzbetreiber geht es dabei um Sicherheit und Klimabilanz gleichermaßen.
Sicherheit der Stromnetze als Ziel
In Großtransformatoren, etwa für lange Gleichstromverbindungen wie die Trasse SuedLink, fließen bisher große Mengen Isolier- und Kühlflüssigkeit aus Mineralöl. Ein zuverlässiges Isoliersystem ist daher entscheidend für die Sicherheit der Stromnetze, betont Markus Zink. Der Professor leitet das Institut für Energie- und Hochspannungstechnik an der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt und forscht seit zwei Jahren mit seinem Team an einer Isolierflüssigkeit, deren Basis nicht fossiles Öl, sondern Rapsöl ist.
Härtetest mit bis zu 500.000 Volt
In einem Versuchsaufbau legt das Team um Zink Prüfspannungen von bis zu 500.000 Volt an das Isoliersystem mit der neuen Flüssigkeit an. Bislang hält das System stand – ein wichtiger Schritt hin zum Einsatz in Großtransformatoren für Gleichstromverbindungen. Derzeit laufen die finalen Tests.
Hersteller der Isolierflüssigkeit auf Rapsölbasis ist das Unternehmen Shell MIDEL. Die Flüssigkeit kommt bereits in Wechselstromtransformatoren zum Einsatz. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unterstützt das Forschungsprojekt mit 1,5 Millionen Euro; es läuft noch bis März kommenden Jahres.
Woraus die neue Flüssigkeit besteht
Ausgangsstoff ist Rapsöl, das in einem chemischen Prozess gezielt verändert wird. Bestimmte natürliche Bestandteile werden entfernt, andere Stoffe wie Stabilisatoren und Antioxidantien zugegeben, damit die Flüssigkeit über viele Jahre im Transformator stabil bleibt. Laut Zink entsteht so ein Isolierstoff, der technisch leistungsfähig ist, auf einem erneuerbaren Rohstoff beruht und biologisch abbaubar bleibt.
Die neue Isolierflüssigkeit erlaubt nach Angaben von Zink außerdem höhere Betriebstemperaturen der Transformatoren als klassisches Mineralöl. Dadurch lässt sich im vorhandenen Bauvolumen mehr Leistung unterbringen. So könnten Netzbetreiber steigenden Anforderungen an Transportkapazität und höhere Betriebsspannungen künftig besser gerecht werden.
Vorteile der neuen Isolierflüssigkeit
Die Vorteile der Rapsöl-Isolierflüssigkeit liegen laut den Forschenden der TH Würzburg-Schweinfurt in der Herstellung aus erneuerbaren Rohstoffen und einem besseren CO₂-Fußabdruck gegenüber Mineralöl. Die Flüssigkeit ist schwerer entflammbar und biologisch abbaubar – Eigenschaften, die sowohl für den Brandschutz als auch für die Umweltbilanz von Großtransformatoren wichtig sind. Ob sie künftig auch in Gleichstromtransformatoren eingesetzt wird, sollen die laufenden Tests bis zum Projektende im März 2027 zeigen.
Projektpartner sind neben HSP Hochspannungsgeräte Köln auch Siemens Energy in Nürnberg. Siemens Energy gehört zu den größten Herstellern von Großtransformatoren und beteiligt sich laut eigenen Angaben an dem Forschungsprojekt, um besser zu verstehen, wie sich sogenannte Ester-Isolierflüssigkeiten unter den Anforderungen moderner Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme verhalten. Das Unternehmen will Wissenslücken schließen und das Potenzial der Technologie wissenschaftlich bewerten. Rapsölbasierte Ester-Flüssigkeiten gelten aus Sicht von Siemens Energy als vielversprechende Alternative zu klassischen Mineralölen.
Große Flüssigkeitsmengen in Höchstspannungs-Trafos
Großtransformatoren enthalten erhebliche Mengen an Isolierflüssigkeit, wie Siemens Energy hervorhebt. Je nach Baugröße sind es zwischen 10 und 120 Tonnen, in Ausnahmefällen sogar bis zu 300 Tonnen. Transformatoren für das deutsche 400-kV-Höchstspannungsnetz sind in der Regel mit etwa 80 bis 100 Tonnen Isolierflüssigkeit befüllt. Entsprechend groß ist das Potenzial für bessere Klimabilanzen – und entsprechend wichtig ist die Sicherheit dieser Systeme.
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