Neue Entwicklungslinien in der Starkstromtechnik PDF
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ARBEITSGEMEINSCHAFT FüR FORSCHUNG DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN NATUR-, INGENIE UR- UN D GE SELLS CHAFTSWI S SEN SCHAFTEN 131. SITZUNG AM 8. JANUAR 1964 IN DüSSELDORF ARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR FORSCHUNG DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN NATUR-, INGENIEUR- UND GESELLSCHAFTSWISSENSCHAFTEN HEFT 146 HEINZ GOESCHEL Neue Entwicklungslinien in der Starkstromtechnik HERAUSGEGEBEN IM AUFTRAGE DE S MINI STERPRAsIDENTEN Dr. FRAN Z MEYERS VON STAATSSEKRETAR PROFESSOR Dr. h. c., Dr. E. h. LEO BRANDT HEINZ GOESCHEL Neue Entwicklungslinien in der Starkstromtechnik SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH ISBN 978-3-322-98389-3 ISBN 978-3-322-99137-9 (eBook) DOI 10.1007/978-3-322-99137-9 © 1965 by Springer Fachmedien Wiesbaden Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag, Köln und Opladcn 1965 INHALT Heinz Goeschel, Erlangen Neue Entwicklungslinien in der Starkstromtechnik Arbeitsteilung in Forschung und Entwicklung ................. 7 Turbo-Generatoren ......................................... 10 Übertragungs leitungen ...................................... 11 Bahnen.................................................... 16 Miniaturisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18 Automatisierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20 Langfristige Forschung ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22 Direkte Energieumwandlung ................................. 24 Supraleitung ............................................... 29 Energiereiche Strahlung ..................................... 30 Reaktor-Entwicklung ....................................... 33 Zusammenfassung .......................................... 40 Diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47 Die Meinung ist weit verbreitet, daß der Entwicklungsschwung in der Nachrichtentechnik heute stärker, notwendiger und aussichtsreicher ist als in der Starkstromtechnik. Dies spiegelt sich darin wider, daß die studierende Jugend - im Gegensatz zu früher - die nachrichtentechnische Studien richtung bevorzugt. Der Vortrag wird beweisen, wieviel "Musik" gerade auch in der Starkstromtechnik! steckt und welch außerordentliche tech nische und wirtschaftliche Leistungen hier vollbracht wurden und noch zu vollbringen sind. Arbeitsteilung in Forschung und Entwicklung Die Wachablösungen in den technischen Anwendungen und Methoden erfolgen in immer kürzeren Zeitabständen. Die Umschwünge sind tief greifend und zwingen zum Umdenken und Umlernen. Die Aufwendungen für Forschung und Entwicklung sind relativ und absolut im Steigen. Eine - den beiderseitigen natürlichen Voraussetzungen äquivalente - Arbeits teilung zwischen Industrie, Hochschulen und öffentlicher Hand sollte bald klar konzipiert und vollzogen werden. Dabei obliegt die {Jstematisch-grund legende - ich meine die nicht zweckgebundene nur der Mehrung der Erkennt nisse dienende - Forschung in erster Linie den Hochschulen und den öffent lichen wissenschaftlichen Instituten. Der immer umfangreichere Entwick lungs-Beitrag der Industrie sollte unternehmerisch und risikofreudig geleistet werden im Sinne des echten unternehmerischen Wagnisses; doch bleibt hier - ebenso wie bei unseren Abnehmern - die Frage nach einem letztlich wirtschaftlichen Erfolg ein selbstverständliches Postulat. Diese natürliche Arbeitsteilung hat sich in der Zeit der "big science" - gemeint ist damit die Bearbeitung großer, ganze Teams von Wissenschaftlern und Ingenieuren 1 Das vielfach gebrauchte Wort Energietechnik wäre im Rahmen dieses Vortrages ebenso zutreffend; andererseits besteht keine Notwendigkeit, die klassische Bezeichnung Starkstromtechnik zu verlassen (Anm. d. Verfassers). s Heinz Goeschel erfordernder Fragenkomplexe - vielfach verwischt und bedarf einer grund legenden mutigen Neukonzeption. Bei elektrotechnischen Großanlagen ist der wagemutige Kunde ausschlag gebend für die Weiterentwicklung, für die Anwendung neuer Techniken. Nicht nur den Erfindern, auch den mutigen Abnehmern sollte man daher Denkmale setzen; denn ihre Wagnisse sind wahrhaft nicht klein, und ein Walzwerk, ein Kraftwerk, das nicht rechtzeitig oder kontinuierlich in Betrieb gehen kann, bringt unvorgesehene Kosten und Schwierigkeiten. Andererseits kann man Anlagen der Starkstromtechnik im Modellversuch und Prüffeld nur vortesten. Der Versuchs-und Dauerbetrieb am endgültigen Standort mit der in der Summation nicht nachzuahmenden Beanspruchung ist nun einmal entscheidend dafür, ob man neue Techniken weltweit ein setzen kann; innerhalb der immer härteren internationalen Konkurrenz kämpfe ist die Binnenbewährung im Erzeugerland ausschlaggebend. Die Praxis hat aber gerade bei uns gezeigt, daß selten Rückschläge vorkommen, daß also das tatsächliche Wagnis nicht allzugroß und durch die Garantie bedingungen nochmals verringert ist. Man muß also eine faire Auft eilung der Wagnisse zwischen Erzeuger und Abnehmer anstreben; bei außerordentlich großen Objekten müssen sich fallweise ganze Erzeuger- und Abnehmergruppen zur Risiko-Verteilung zusammenfinden und in extremen Fällen gemeinsam versuchen, als dritten Partner die Staats hilfe zu mobilisieren. Am Beispiel CERN für die For schung, EURATOM für die Reaktoren, ELDO und ESRO für Raumfahrt sehen wir, daß heute vielfach Einzelstaaten überfordert sind und ganze Staatengruppen zusammenwirken müssen, um die ersten großen Prototypen überhaupt realisieren zu können. In der Bundesrepublik Deutschland sind wir besonders auf kräftige Impulse angewiesen, weil wir das Handicap der bis 1955 noch gültigen alliierten Forschungs- und Entwicklungs-Beschränkungen - sie betrafen besonders Elektronik und Kernphysik - noch nicht auf allen Gebieten aufholen konnten, andererseits auch weil wir den Vorschub der in West und Ost ver ausgabten gigantischen militärischen Gelder bei uns nicht hatten, ein Vor schub, der ja für die dortige zivile Technik ungezählte lukrative Abfall produkte brachte. Wenn ich in meinem Vortrag öfter von Staatshilfe spreche, so sollte ich doch vorausschicken, daß ich hiermit für die deutschen Verhältnisse S tart hilfen meine, auf keinen Fall einen Staats dirigismus. Die Privatinitiative, die Impulse von Einzelpersönlichkeiten halte ich für wesentlich fruchtbarer Neue Entwicklungslinien in der Starkstromtechnik 9 als die Einschaltung von Behörden in den sachlichen Ablauf von Forschung und Entwicklung. In der deutschen Steuer- und Abschreibungspolitik können wir noch viel von den Nachbarländern lernen. Denn wir wissen alle: Die Eintrittskarte in die neue Welt der Technik ist teuer und angesichts der steigenden Personal- und Sozialausgaben nicht mehr aus den Privatsäckeln erschwingbar. Wir sind uns dabei natürlich bewußt, daß allein die Tatsache der Auf bringung von finanziellen Mitteln für Forschung, Entwicklung und Proto typen noch nicht unbedingt einen höheren technischen Stand garantiert. Es gilt vielmehr, die Ergebnisse schnell mit gutem Nutzeffekt einzusetzen. Es gilt aber auch, die Forschungs- und Entwicklungsausgaben äußerst sparsam zu handhaben. Es fehlt allerorts noch eine präzise, durchdachte Forschungs ökonomie, so daß sie bei gegebener Höhe optimale Ergebnisse bringt, die den geldgebenden Stellen nachgewiesen werden können. Vergessen wir auch nicht, daß die Zahl der hervorragend ausgebildeten schöpferischen Be gabungen limitiert ist und keinesfalls rasch erhöht werden kann. Unser aller wichtigstes Kapital ist unser Potential an einsatzbereiten Wissenschaftlern und Ingenieuren. Wenn ich mich im Umkreis meiner Mit arbeiter umsehe, aber natürlich auch an den Hochschulen oder an den Max Planck-Instituten und Kernforschungszentren, so kann ich den vielfach zitierten W7issenschaftspessimismus nicht teilen, der vielleicht als eine Art Zweckpessimismus auszulegen ist, in der - wohl fälschlichen - Annahme, dadurch leichter öffentliche Mittel loszueisen! Wir müssen nur das mög lichste tun, eine starke Entwicklungsdynamik, einen ständigen erfinderischen Schwung zu entfachen und zu erhalten, aus dem heraus in allererster Linie die technische Konkurrenzfähigkeit der Gegenwart, die Sicherung der Zu kunft unseres Volkes und die Erhaltung der Arbeitsplätze resultieren. Dazu muß nolens volens auch finanziell in anderen Größenordnungen gedacht werden als in der klassischen - vergangenen - Welt der Forschung und Technik; die Privatwirtschaft tut dies bereits, die öffentliche Hand muß bald folgen - nicht als freundlicher Akt, sondern als wichtigste Investition für unser zukünftiges Bestehen. Nun zu den praktischen Beispielen: Ich wählte für Sie solche aus dem Elektromaschinenbau, aus der Hochspannungs-und Gleichrichter-Technik, aus der Automatisierung und der Reaktortechnik. Von den langfristigen Entwicklungen erwähne ich die Supraleitung, die energiereiche Strahlung einschließlich des Laser-Strahls. Zum Schluß zeige ich dann einen ganz kurzen Überblick über die direkte Erzeugung elek- 10 Heinz Goeschel .., MVA c E LciSlUng 400000 kV t\ ~ ·p.nnung 21000 Volt Frequenz 50 Hz 1 Kiihlmirrcl Wasserslolf 300 187500 kV 1\ 10500 Vol, 50 Hz 80000 kVA Wasserstolf 6300 Volr 50 Hz ~1.iStung Luft 100 mit Luftkühlung 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1%0 1970 Abb. 1: Turbogeneratoren (3000 Ujmin) Entwicklung in Deutschland trischer Energie aus Wärme und chemischer Bindungsenergie, also ohne den Umweg über die mechanische Energie. ~urbo-C;eneratoren Betrachten wir zuerst, wie die Leistung von Turbo-Generatoren ge steigert werden konnte (Abb. 1). Dies war nur möglich durch einen ganz ungewöhnlichen Einsatz werkstofflicher, thermo- und aerodynamischer Er kenntnisse, von Neukonstruktionen mit den damit verbundenen Wagnissen. Der 1930 gebaute 3000tourige 80-MVA -Turbo-Generator mit Luft kühlung für das Dampfkraftwerk Schelle würde heute bei etwa den gleichen Abmessungen mit derfünffachen Leistung von rd. 400 MVA ausgeführt werden können. Durch die Wasserstoffkühlung konnten die Grenzleistungen der Generatoren in einer Weise gesteigert werden, die man früher für undenkbar hielt. Der weitere Fortschritt kann auch hier nur von der Abnehmerseite in Schwung gebracht werden. Es sind wirkliche Entwicklungsimpulse, wenn z. B. die Electricite de France einen 670-MVA -Einwellengenerator vergibt, natürlich an die französische Industrie. Unsere Elektroindustrie wäre heute in der Lage, 1200 MVA und mehr in einer Generator-Einheit auszuführen, wenn unsere Kunden dies in Zukunft brauchen sollten. Neue Entwicklungslinien in der Starkstromtechnik 11 Übertragungsleitungen Auch die Übertragungsspannungen steigen rapide weiter. Als ich in München studierte, waren die 110 kV des Walchensee-Werkes schon viel. Heute sind bereits Probestrecken bis zu 750 kV in Betrieb. Die erste tatsächlich in Betrieb gehende Leitung wird zur Zeit in Kanada erbaut, sie soll 1965 fertig sein und im Endausbau 5000 MW übertragen. Auftraggeber ist die staatliche Kraftwerksgesellschaft Quebec Hydro-Elec tric-Commission. Für die Übertragung einer derart hohen Leistung über eine Entfernung von rd. 600 km waren die bisher benutzten Spannungen zu niedrig. Man entschloß sich zu 700 kV. Die höchste Betriebsspannung wurde auf 735 kV festgelegt. Die Geräte wurden bei ASEA in Schweden KANADA / 600 km ( L3.urcntidcs USA 735·kV.Leitungen. 60 Hz (4 Flußkreu2ungCD 1,2 bis 1.8 km Linge) Abb. 2: 735-kV-System der Hydro-Quebeck, Montreal bestellt. Dieser Exporterfolg beruht auf einer Höchstspannungsprobestrecke, die sie früher für schwedische öffentliche Auftraggeber bauen durfte. Die deutsche Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft" schrieb hierzu Ende 19632: "Für die Elektroindustrie ist es ein Grund zur Freude, daß sich die Quebec Hydro-Electric in kühnem Weitblick entschlossen hat, die in der 2 Vgl. "Die erste 735-kV-Übertragung der Welt." Elektrizitätswirtschaft, 62 (1963), S.897.
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