Hochspannungs- Gleichstromübertragung

Transkript

1 Hochspannungs- Gleichstromübertragung Übertragungsnetze der Zukunft Dipl.-Ing. Hans-Peter Steimel BG ETEM, Köln

2 Die Übertragungsnetzbetreiber stehen vor neuen Herausforderungen Vergangenheit Versorgung der eigenen Regelzone Stützung der Verbundpartner im Störfall Aktuell Systemintegration der erneuerbaren Energien Zunahme des europäischen Stromhandels Freie Standortwahl von Kraftwerken Zukunft Systemintegration der erneuerbaren Energien Zunahme des europäischen Stromhandels Freie Standortwahl von Kraftwerken Seite 2

3 30.000, , , ,0 Wind Erzeugung Wind und Solar in Deutschland Solar Gesamt Seite 3 MW , ,0 0,

4 Herausforderung - Transport Süden Planbare Leistung 2011 nach dem Moratorium Seite 4

5 Herausforderung: Integration der erneuerbaren Energien in 2020 Großteil der Erzeugung weit entfernt von Lastzentren Offshore Windparks Seite 5

6 Netzentwicklungsplan (NEP): das novellierte EnWG regelt den Netzplanungsprozess der deutschen ÜNB s neu und schafft mehr Transparenz Erster NEP 2012 und dann jedes Jahr zum 3. März Einbeziehung der Öffentlichkeit durch mehrfache Konsultation BNetzA verantwortet wesentliche Prozessschritte Szenariorahmen Netzentwicklungsplan Bundesbedarfsplan erstellen von drei möglichen Entwicklungpfaden Netzplanung zur Identifikation von Maßnahmen Technologieauswahl Aufnahme der Vorhaben in BBP-Gesetz Genehmigung durch BNetzA Bestätigung des NEP durch BNetzA BReg Seite 6

7 Ausgeprägte Beteiligung der Öffentlichkeit im NEP- Prozess soll für höhere Akzeptanz für den Netzausbau sorgen Szenariorahmen Netzentwicklungsplan Bundesbedarfsplan Konsulation des Szenariorahmen (BNetzA) Konsulation NEP (ÜNB) Konsulation NEP und Umweltverträglich -keitsbericht (BNetzA) Seite 7

8 Drei Ausbaustufen Stufe 1 Optimierung des bestehenden 380-kV Netzes Flexibilisierungsmaßnahmen Stufe 2 Netzausbau in 380-kV Konzipierung Fernübertragungsstrecken Pilotprojekte für innovative Technologien Stufe 3 Netzausbau in 380-kV Fernübertragungsstrecken Seite 8

9 Stufe 1: Optimierung oder das bestehende Netz wird bis an seine zulässigen Grenzen betrieben Thermisches Potential für Freileitungen in Starkwindsituationen Grundlage: Wärmebilanz eines Seils Seite 9

10 Stufe 2: Kapazitätserhöhung im Drehstromnetz Zwei Ansätze! Bemerken Sie den Unterschied? Hochstrombetrieb 4000 A Netzausbau 2720 A + Grenze Stabilität Grenze Stabilität Grenze thermisch Grenze thermisch Heute Zukunft? Heute Zukunft? Seite 10

11 Thermische Kapazität ist nicht alles! Wir benötigen: ein stabiles System! 300 km 1800 MW +U [kv] Blindleistung in aller Kürze: Der Blindleistungsbedarf des Systems hängt von X ab Für P Übertragung > P Natürlich steigt der Blindleistungsbedarf des Systems quadratisch Die Gefahr eines Spannungskollapses steigt, insbesondere im Falle außergewöhnlicher Netzstörungen Weltweit ist der Spannungskollaps eine der häufigsten Blackout Ursachen Seite 11

12 FACTS (Flexible AC Transmission Systems) Steuerung der Energieflüsse und die Konstanthaltung der Knotenspannungen höhere und flexiblere Ausnutzung der bestehenden Freileitungen Parallel-FACTS ist die Spannungshaltung durch Blindleistungs - Erzeugung oder - Verbrauch. Serie-FACTS ermöglichen die Steuerung der Wirk- und Blindenergieflüsse durch eine Änderung der Leitungsimpedanz oder durch die Einfügung einer Serienspannung. Quelle: TennneT Seite 12

13 Können einzelne HGÜ-Verbindungen das Problem lösen? (3.000 MW Freileitungen) ~= ~= Blindleistungsproblematik besteht nicht in Gleichstromsystemen Realisierung als 2 x MW zur Herstellung der Systemkompatibilität Notwendigkeit von Redundanzen ~= ~= - Der Aufbau eines vermaschten Ringnetzes ist mit heutigen Technologien nicht möglich Seite 13

14 Energiepolitische, europäische Visionen zu Overlay-Netzstrukuren Nord-Süd-Verbindungen zur Integration Erneuerbarer Energien Ost-West-Verbindung zur besseren Marktintegration Ausbau und Integration von Wasserkraftspeichern in Skandinavien und der Alpenregion Ausbau und Integration südeuropäischer und nordafrikanischer PV- Potenziale (u.a. Desertec) Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber European Network of Transmission System Operators for Electricity Seite 14

15 Auslöser für Hochleistungsferntransporte Netzintegration Erneuerbarer Energiequellen Zuwachs von Offshore-Windparks, Ausbau und Repowering von Onshore Windenergieanlagen, starker PV-Zuwachs Abtransport der Windenergie aus dem Norden in die Lastschwerpunkte im west- und süddeutschen Raum Anbindung von Pumpspeicherwerken im Südwestdeutschland und in den Alpen Gewährleistung der Versorgung und der Systemsicherheit Deutschlands Im Zuge des eingeleiteten KKW-Ausstiegs in Deutschland Ausgleich der Volatilität der erneuerbaren Energiequellen Spannungsstützung des süddeutschen Raumes Seite 15

16 Overlay-Netz und -Pilotstrecken in Deutschland Allgemeine Anforderungen Robustes Systemverhalten gegenüber Störungen Flexibilität gegenüber künftigen Veränderungen vorrangig der Erzeugungsaber auch der Verbrauchsstrukturen Möglichst geringe Komplexität (Betriebs-und Systemführung) Zukunftsgerichtete Technologieauswahl Overlay-Gesamtnetzkonzept der deutschen ÜNB beginnend mit Pilotstrecken im Rahmen des NEP 2012 ff. Möglichkeit zur späteren Erweiterbarkeit hin zu einem europäischen Overlay- Netz ( Overlay-Netz in DE als Nucleus) Öffentliche Akzeptanz als Voraussetzung für die Bewältigung zukünftiger Ferntransportaufgaben unter der Maßgabe der Minimierung zusätzlichen Trassenraumbedarfs Seite 16

17 Überblick zu möglichen HGÜ-Pilotstrecken in Deutschland Stand 2011 Erweiterbarkeit in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung grundsätzlich möglich Einzelne HGÜ-Projekte oder HGÜ-Netz? Basis für spätere europäische Erweiterung Seite 17

18 Overlay-Netz und HGÜ-Projekten in Deutschland Konkretisierung im NEP 2012 der ÜNB Transportbedarf identifizieren Ferntransportverbindungen / Verknüpfungspunkte identifizieren Technologien auswählen Integration in das 380-kV-AC-Übertragungsnetz (Bestandsnetz plus Planungen gemäß dena-netzstudie I und EnLAG) verifizieren Netzausbaubedarf (Bedarf an Neubautrassen) gemäß dena-netzstudie II im 380-kV-AC-Netz verifizieren Seite 18

19 Netzentwicklungsplan (NEP) Bestätigt durch die Bundes Netzagentur Seite 19

20 HGÜ - Leitungen in Europa Rot: Grün: Blau: bestehende Leitungen momentan im Bau befindliche Leitungen geplante Leitungen Seite 20

21 Energieübertragung Drehstrom vers. HGÜ Drehstromkabel braucht ab ca. 70 km eine Blindleistungskompensation hoher technischer Aufwand HGÜ Unterseekabel Kein Skin-Effekt Keine dielektrischen Verluste HGÜ Freileitung Geringere Koronaentladungen bei gleicher Betriebswechselspannung Gleichstromnetz die Isolation nicht auf einen Spitzenwert von ausgelegt werden, da bei Gleichstrom die Spitzenspannung der Effektivspannung entspricht Seite 21

22 Overlayverbindung HGÜ-Leitung von NRW nach Baden-Württemberg Schnellen Realisierung vor 2020 ist durch Nutzung der vorhandenen Infrastruktur AC/DC-Hybrid auf bestehenden Masten/Trassen + bidirektional nutzbar abschnittsweiser Neubau in bestehenden Trassen erforderlich Keine k.o.-kriterien aus der Beeinflussung der parallelen Stromkreise (380 kv, 110 kv) identifiziert HVDC ± 400 kv etwa 2 bis 2,5 GW Übertragungsleistung pro System realisierbar K - Die Projektidee wird in den Netzentwicklungsplan 2012 (NEP 2012) eingebracht und ergänzt den notwendigen Netzausbau und andere Projekte sinnvoll Seite 22

23 Offshore-Verbindungen, Nordsee Quelle: TENNET Seite 23

24 Prognosen - genaue Abschätzung ist schwierig Seite 24

25 Energieübertragung Drehstrom vers. HGÜ Seite 25

26 Herausforderungen Offshore - Netzanbindung Seite 26

27 DIN VDE Elektrische Anlagen und Betriebsmittel HGÜ - Arbeitsmethoden überprüfen Arbeiten im spannungsfreien Zustand 1. Freischalten 2. gegen Wiedereinschalten sicher 3. Spannungsfreiheit feststellen 4. Erden und Kurzschließen 5. benachbarte, unter Spannung stehender Teile abdecken oder abschranken Arbeiten unter Spannung Arbeiten in der Nähe unter Spannung stehender Teile Seite 27

28 DIN VDE Elektrische Anlagen und Betriebsmittel AK "Gleichspannungssysteme Überprüfung der Anforderungen zum sicheren Arbeiten an Gleichspannungsanlagen Gefährdungen lokalisieren Neue Arbeitsmethoden notwendig? Seite 28

29 Unfallverhütungsvorschrift BGV A3 Qualifiziertes Personal Gefahren des elektrischen Gleichstroms Durchströmung Störlichtbogen EMF AS-Maßnahmen bei Arbeiten zum Erhalt des ordnungsgemäßen Zustandes Seite 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Arbeitsschutz schützt nicht vor Arbeit Hans-Peter Steimel FG Elektrische Gefährdungen BG ETEM, Köln Tel.: