Erdkabel und Freileitung

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1 Erdkabel und Freileitung Dr.-Ing. Jürgen Wilms

2 Netzkonzepte für die Energiewende Quelle: Amprion Merkmale der zu lösenden technischen Aufgabe: Transport großer elektrischer Leistungen (bis MW pro Leitung) über große Entfernungen (bis etwa 850 km Trassenlänge) in relativ dicht besiedelten Räumen (Deutschland / Zentraleuropa) eingebunden in relativ dicht vermaschte, historisch gewachsene Drehstromübertragungsnetze 2

3 Elektrische Energieübertragung im Überblick ~ A C = D C Freileitung Im dichtbesiedelten Europa langjährig bewährter Standard für den Transport großer Leistungen über kurze Entfernungen in relativ dicht vermaschten Netzen (typische mittlere Übertragungsentfernung bis zur Energiewende < 100 km) Einsatz zur Punkt-zu-Punkt- Übertragung (ohne Vermaschung) sehr großer Leistungen ( MW) über sehr große Entfernungen ( km) in Afrika, Brasilien, Kanada, China, Indien Erdkabel Bislang nur wenige und relativ kurze Verbindungen in Ballungsräumen realisiert (Barcelona, Berlin, London, Mailand, Wien ); Pilotvorhaben für Kombinationen aus Freileitungs- und Kabelabschnitten in Planung / im Bau Beginn der Nutzung in Deutschland für den Anschluss küstenferner Offshore-Windparks in der Nordsee; zukünftig Einsatz für den Transport großer Leistungen ( MW) über große Entfernungen ( 800 km) in Kombinationen aus Freileitungsund Kabelabschnitten in Planung 3

4 Gleichstrom versus Wechselstrom Transformierbarkeit der Wechselspannung (elektromagnetische Induktion) erlaubt Anpassung an verschiedene Aufgaben: Stromerzeugung und verbrauch / -verteilung / -transport Nieder- und Mittelspannung / Hoch- / Höchstspannung 230V 30 kv / kv / kv 765 kv nur als Freileitung realisierbar (3.000 MW km) 765-kV-Ein-/Zwei-System-Mast: Höhe etwa 45 m / 75 m Strom-Ferntransport: Hohe Spannung Senkung der Verluste Wechselspannungstechnik bislang weltweiter Standard Wandel durch Fortschritte bei Leistungselektronik 4

5 Heutige Grenzen der 765 kv~ 5

6 Leitungsgebundene elektrische Energieübertragung Hochspannungs-Hochleistungs-Übertragungstechnologien Hochspannungs- Drehstrom-Übertragung (HDÜ / HVAC) Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung (HGÜ / HVDC) Drehstrom- Freileitung Erdverlegte Drehstromkabel Untersee- Drehstromkabel Gasisolierte (Rohr-) Leitung (GIL) für Drehstrom Netzgeführte HGÜ (LCC, CSC, classic ) mit Thyristorventilen Selbstgeführte HGÜ (SCC, VSC) mit Transistorventilen Gleichstrom- Freileitung Erdverlegte Gleichstromkabel Untersee- Gleichstromkabel Gasisolierte (Rohr-)Leitung (GIL) für Gleichstrom 6

7 HGÜ = Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Einsatzzwecke einer HGÜ Übertragung großer Mengen elektrischer Energie (Strom) über große Entfernungen (engl. bulk transmission) Betrieb von Untersee-Kabelverbindungen Kopplung nicht-synchroner Drehstromnetze (ehemalige HGÜ- Kurzkupplungen in Dürnrohr und Etzenricht) Stabilisierung großer synchroner Netzbereiche, um Eigenschwingungsneigung zu vermindern Grundsätzlicher Aufbau einer HGÜ aus drei Komponenten Konverter-Station 1: Leistungselektronische Komponente zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung Übertragungsleitung: Freileitung oder Kabel Konverter-Station 2: Leistungselektronische Komponente zur Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung 7

8 HGÜ = Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Funktion einer HGÜ Bi-direktionaler Transport großer Mengen elektrischer Energie (Strom) über große Entfernungen möglich An Land: Freileitung oder erdverlegte Kabel möglich Lange Unterseekabelverbindungen möglich Kombinationen von Freileitung, erdverlegtem Kabel und / oder Unterseekabel möglich Quelle: National Grid 8

9 INELFE-Interkonnektor ES-FR: 2 ± 320 kv= / MW Projektstart 06/2008 ; Inbetriebnahme 02/2015 ; XLPE-(VPE-)Kabel; 65 km lang; Pyrenäen-Querung; Investitionskosten 700 Mio. EUR 9

10 Freileitung versus erdverlegtem Kabel Vorteile Freileitungen Preiswerte Lösung Robuste, langlebige Technik Luft als selbstheilende Isolierung ( KU / AWE möglich) Reparatur oft schnell / im Betrieb möglich Geringer Einfluss auf Boden und Grundwasser Nachteile Freileitungen Sichtbarkeit Breiter Schutzstreifen Korona-Erscheinungen: Emission von Geräuschen, Funkstörungen, ionisierten Partikel, Ozon Elektrische und elektromagnetische Felder unter Leitung 10

11 Freileitung versus erdverlegtem Kabel Vorteile erdverlegte Kabel Geringe Sichtbarkeit Schmaler Schutzstreifen Keine elektrisches Feld außerhalb der Kabel Elektromagnetisches Feld abhängig von Verlegeanordnung Nachteile erdverlegter Kabel Fertigungslängen durch Straßentransport begrenzt Fertigung + Muffenmontage unter Reinraumbedingungen Durchgehende, linienförmige Baustelle Große Erdmassenbewegungen Großer Eingriff in den Boden und ggfs. Grundwasser Potentiell schwierige Verlegung in Feuchtgebieten/Mooren 11

12 Tragmast einer 400-kV-Doppelfreileitung (Donaumastbild) 2 Drehstromsysteme mit jeweils 3 Phasen und 4er-Bündelleitern A Dauerstrom MVA thermische Bemessungsleistung 600 MW natürliche Leistung Quelle: E.ON Netz 12

13 In Deutschland bislang typische 400-kV-Drehstrom-Masten Quelle: 50Hertz Transmission 13

14 400-kV-Drehstrom-Kabelübergangsanlage Quelle: TenneT TSO 14

15 400-kV-Drehstrom-Kabelübergangsanlage Quelle: Amprion 15

16 400-kV-Drehstrom-Kabel: Tiefbauplanung Projekt Raesfeld Quelle: Amprion 16

17 3~AC 550 kv Hersteller: ABB Brugg Cables General Cable Nexans Prysmian Südkabel Europa =DC 320 kv Hersteller: ABB General Cable Prysmian =DC 550 kv Hersteller: ABB 17

18 400-kV-Drehstrom-Kabel: Tiefbau Projekt Raesfeld Quelle: Amprion 18

19 400-kV-Drehstrom-Kabel: Tiefbau Projekt Raesfeld 19

20 Tragmast einer 400-kV-Hybrid-Doppelfreileitung (Donaumastbild) Quelle: Amprion 1 Drehstromsystem mit 3 Phasen und 4er-Bündelleitern MW HDÜ- Übertragungsleistung 1 Gleichstromsystem mit 3 Phasen und 4er-Bündelleitern A Dauerstrom MW HGÜ- Übertragungsleistung 20

21 ±300-kV-Gleichstrom-Kabel:1Tiefbau Projekt BorWin1 Quelle: ABB 21

22 ±300-kV-Gleichstrom-Kabel:1Tiefbau Projekt BorWin1 Quelle: ABB 22

23 HGÜ-Konverterstation Dörpen/West DolWin1 800 MW + DolWin2 900 MW + DolWin3 900 MW (im Bau) Quelle: ABB Quelle: Sonne Wind & Wärme : Heinz Rolfes; Matthäi 23

24 Wirtschaftlichkeit HDÜ versus HGÜ Quelle: SIEMENS 24

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Für weitere Fragen wenden Sie sich bitte an: Dr.-Ing. Jürgen Wilms BET Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH Alfonsstraße 44 DE Aachen Germany Telefon + 49 ( 0 ) 241 / Telefax + 49 ( 0 ) 241 / Mobil + 49 ( 0 ) 173 /

26 Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH BET GmbH BET Dynamo Suisse AG Aachen Leipzig Hamm Zofingen Puidoux Alfonsstraße Aachen Karl-Liebknecht-Straße Leipzig Rotdornschleife Hamm Junkerbifangstrasse Zofingen Route du Vergnolet Puidoux Telefon Telefax Telefon Telefax Telefon Telefax Telefon Telefax Telefon Telefax

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