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1 Energietechnische Gesellschaft von Electrosuisse Société pour les techniques de l énergie d Electrosuisse Società per le tecniche dell energia di Electrosuisse Power Engineering Society of Electrosuisse Le CD-ROM du séminaire ETG "Lignes aériennes et câbles" est publié par la Société pour les techniques de l'énergie ETG d'electrosuisse. Il peut être commandé dans la limite des stocks disponibles sous la référence ETG vol. 135 auprès de Die CD-ROM zur ETG-Fachtagung "Freileitungen und Kabel" wird durch die Energietechnische Gesellschaft ETG von Electrosuisse veröffentlicht und ist, solange Vorrat, unter folgender Referenznummer erhältlich ETG Band 135 bei Electrosuisse ETG-Sekretariat Luppmenstrasse Fehraltorf Tel Fax Internet etg@electrosuisse.ch Copyright by Energietechnische Gesellschaft ETG von Electrosuisse XBS/tg

2 ETG/Freileitungen und Kabel 2. April 2009 Programm Empfang und Willkommenskaffee Begrüssung und Einführung Prof. Göran Andersson, ETH Zürich, Tagungsleiter Transport elektrischer Energie mit Höchstspannungen Prof. Klaus Fröhlich, Hochspannungstechnologie, ETH Zürich Verkabelung von Höchstspannungsleitungen: Was kann und darf die Politik dazu beitragen? Hans Killer, Nationalrat, Untersiggenthal AG Kaffeepause Solutions alternatives dans la construction de lignes terrestres HT Alternativlösungen im Hochspannungs-Kabelleitungsbau Referat Franz./Folien Deutsch Alessandro Magri, Nexans Suisse SA, Winterthur Die Problematik aus Sicht eines Netzbetreibers Matthias Zwicky, Atel Netz AG, Niedergösgen Vorschau auf die nächsten Veranstaltungen der ETG Beat Müller, ETG von Electrosuisse Stehlunch Erfahrungen eines österreich. Verbundunternehmens Herbert Lugschitz, Verbund-Austrian Power Grid, Wien/A HGÜ - Eine Technologie zur Lösung der Herausforderungen im europ. Verbundnetz Prof. Jochen Kreusel, ABB AG, Mannheim/D Kaffeepause Podiumsdiskussion mit allen Referenten des Tages; Moderation durch Prof. Andersson Schlusswort Prof. Göran Andersson, Tagungsleiter Weiterer Gedankenaustausch beim Apéro Herzlichen Dank unserem Sponsor:

3 ETG/Freileitungen und Kabel 2. April DJXQJVOHLWHU 0RGpUDWHXU Göran Andersson Professor ETH Zürich Inst. El. Energieübertragung Physikstrasse Zürich andersson@eeh.ee.ethz.ch 5HIHUHQWHQ &RQIpUHQFLHUV Alessandro Magri Nexans Suisse SA Projektleiter Stegackerstrasse Winterthur alessandro.magri@nexans.com Klaus Fröhlich Professor ETH Zürich Inst. El. Energieübertragung Physikstrasse Zürich froehlich@eeh.ee.ethz.ch Matthias Zwicky Atel Netz AG Geschäftsführer Oltnerstrasse Niedergösgen matthias.zwicky@atel.ch Hans Killer Lierenstrasse 62B Nationalrat 5417 Untersiggenthal hans.killer@parl.ch Herbert Lugschitz Verbund-Austrian Power Grid Wagramerstrasse 19 AT-1220 Wien herbert.lugschitz@verbund.at Jochen Kreusel ABB AG Vertrieb Energietechnik Kallstadter Strasse 1 DE Mannheim jochen.kreusel@de.abb.com (7*6HNUHWlU 6HFUpWDLUHGHO(7* Beat A. Müller Electrosuisse ETG-Sekretär Luppmenstrasse Fehraltorf beat.mueller@electrosuisse.ch

4 Transport elektrischer Energie mit Höchstspannungen Klaus Fröhlich ETH Zürich ETG Tagung, 2.April 2009

5 Inhalt Grundlegende Technologien und Systeme Grundlegende theoretische Begriffe Betriebsart AC, DC Umweltaspekte Kostenbetrachtung Schlussfolgerungen 2 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

6 Die Freileitung Zweier - Bündel Vierer - Bündel 3 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

7 Das isolierte Kabel Isolierung für Höchstspannung: Öl Papier XLPE (vernetztes Polyäthylen) 4 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

8 Die gasisolierte Leitung (GIL) Isolierung: 80% Stickstoff (N2) 20 % Schwefelhexafluoris (SF 6 ) Stützer aus Epoxidharz 5 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

9 Milestones in Transmission Voltage 1200 transmission voltage [kv] AC DC 1000 kvac +/-800 kvdc year 6 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

10 1000 kvac Transmission Line (China) SB1 SB1 meeting meeting 2009/02/03/ 2009/02/03/ New New Delhi Delhi 8 Leiter Bündel 1,284 Tower s 359km+281km Quelle: Dr. Jianbin FAN, CERPI 7 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

11 Strombelastbarkeit der einzelnen Prinzipien Wieviel Strom ist zulässig? Wieviel Leistung bei gegebener Übertragungsspannung? Balance zwischen: Zugeführter Wärmeenergie (Ohmsche Wärme) P w = I 2 x R und Abgeführter Wärmemenge über die Isolierstrecke 8 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

12 Unterschiedliche Wärmeableitung für die einzelnen Prinzipien Fr eileitung: Regen Str ahlung Wind, Luftemperatur Konvektion Erdreich Kabel: Wär meleitung Str ahlung, (Tunnel) Konvektion Eventl. Zwangskühlung GIL: Ähnlich wie Kabel, aber Wärmetransport innen durch Strahlung und Konvektion Mehr Freiheit mit dem Leiterquerschnitt 9 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

13 Grobe Abschätzung der thermischen Grenzleistung bei 400 kvac - Beispiel Freileitung: Luft 40 C, 2-er Bündel, 2 x 560 mm A 1370 MW (Kiessling et al) Kabel: 1600 mm 2, erdverlegt 1000 MW (Dänemark) CIGRE TB mm 2 Tunnel 1100 MW (Berlin) CIGRE TB mm2 Tunnel 2200 A 1500 MW (Herstellerangabe) GIL: bis 4000 A (Herstellerangabe) 2800 MW Fazit: der Querschnitt eines Kabels für eine vergleichbare Leistung muss etwa doppelt so hoch sein wie jener einer FL halbiert die ohmschen Verluste 10 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

14 Impedanz und Natürliche Leistung Vereinfachtes Ersatzschaltbild einer Drehstromleitung I I L I C U n Gesamtstrom I l bei reiner Wirkleistungsbelastung P I L I I C P 3U n Un j C 3 b L C HFL 1 1 Kabel 1/3 x 20 GIL 1/5 x 5 P nat U Z 2 n W U 2 n L' C' Q 0 11 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

15 Blindleistungsbedarf von Drehstromleitungen Richtwerte bei 400 kv ac P n Thermische Grenze FL 2x560 mm 2 Thermische Grenze GIL induktiv P n P n U n =400kV 1600 mm2 Thermische Grenze Kabel 2500 mm2 kapazitiv 12 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

16 Ungefährer Blindleistungsbedarf bei 1000 MW und 100 km Länge FL: 200 MVAr (Induktiv - übernatürlich) Kabel: 800 MVAr (kapazitiv- unternatürlich) GIL: 250 MVAr (kapazitiv unternatürlich) 13 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

17 Übertragbare Leistung Kurze Leitungen thermische Grenzleistung Lange Leitungen natürliche Leistung 14 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

18 Kompensation Lange Freileitung ab einigen 100 km (je nach Last Serie- oder Parallelkompensation) GIL ca. ab 100 km Parallelkompensation Kabel ca. alle km Parallelkompensation 15 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

19 Kompensation am Anfang und am Ende einer Kabelstrecke - Beispiel o U max Kabel 50 km I U 1 B o o o S k Q Q E 16 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

20 SwePol Link, Shunt r eactor bay at Slupsk Beispiel: 400 kv Kompensationsdrosseln 400 KV, 160 MVAr 17 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

21 Hochspannungsgleichstromübertragung - monopolar Rectifier station I d Inverter station R d U da U db Übertragene Leistung = U db x I d 18 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

22 Hochspannungsgleichstromübertragung - bipolar Rectifier station Inverter station I d R d U d a U d b U d a R d U d b I d Übertragene Leistung = 2 x U db x I d 19 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

23 Übertragene Leistung mit AC und mit DC bei vergleichbarem Strom und gleichem Isolationsniveau (BIL) Annahme: 1400 A pro System mit 400 kv ac oder 420 kv dc AC Betrieb: P ac = 400 kv eff x 1400A X 3 = 969 MW DC Betrieb monopolar: P ac = 420 kv dc x 1400A = 588 MW DC Betrieb bipolar: P ac = 420 kv dc x 1400A x 2 = 1176 MW Fazit: Für vergleichbares Isolationsniveau (BIL) und - Strombelastbarkeit ist die DC Leistung ca. 20% höher bei etwa 20% niedrigerem Platbedarf 20 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

24 HGÜ Technologien LCC Technik (Line comutated Converter) VSC Technik (Voltage Source Converter) Technologie Thyristoren IGTB Leistung bis 6000 MW Heute: 400 MW Trend: 1200 MW Spannung bis +/- 800 kv Heute: +/- 150 kv Trend: +/- 300 kv Verluste ca. 0,7% ca. 1,4 % (Tendenz abnehmend) Platzbedarf 100% 30-40% Änderung der Flussrichtung Umpolung Keine Umpolung nötig Vernetzbarkeit nein Wird studiert (CIGRE WG B4.52) Übertragung Freileitung oder Kabel Kosten vergleichbar 21 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

25 AC filters for LCC technology (Tjele - AC filters & valve hall) 22 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

26 Converter Transformer: 500 kv Valve hall with suspended water-cooled valves 23 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

27 Converter station, Brazil Argentine (1000 MW) back to back 24 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

28 VSC Konverterstation, 350 MW, +/- 150 kv 25 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

29 Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit Verfügbarkeit von Kabel und FL etwa gleich (wenig Erfahrung mit GIL) Unterschiedliche Fehlerquellen: Kabel: Isolationsfehler, Muffen, äussere Einwirkung (Bagger, Erdrutsch,etc.) FL: Eislast, Sturm, Lawinen, Bäume Unterschiedliche Reparaturzeit: Kabel, GIL: 2-4 Wochen FL: 1 Tag (z.b.reservemast) 26 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

30 Joint design for polymer cables Principle design of a polymer joint Internal life of a polymer joint 27 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

31 Temporärer Mastersatz 28 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

32 Folge des Sturmtiefs Kyrill (Jan. 07) 29 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

33 Erfüllung des n-1 Kriteriums Anforderung: Nach einem Ausfall ist die n-1 Sicherheit innerhalb Stunden wieder herzustellen FL: In der Regel möglich bei einfachem Fehler (Mastumbruch, Seilriss, etc.) Kabel, GIL: Redundanz erforderlich durch Umschaltbarkeit auf ein Reservekabel 30 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

34 Option mit Umhängen zwecks Wiederherstellung innert Stunden im ac System (Beispiel) GIL mit 3 Phasenleitern X 4. GIL-Leiter Trenner B. o o o o o o.. o o o o o o Schalter. o o o o. o o o o. o o o o Trenner A Trenner C Sammelschiene 31 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

35 Möglichkeit einer schnellen Umschaltung auf einen Reservestrang bei Wechselspannung (Beispiel) bisher nicht praktiziert GIL mit 3 Phasenleitern X 4. GIL-Leiter Trenner B. o o o o o o.. o o o o o o Schalter. o o o o. o o o o. o o o o Trenner A Trenner C Sammelschiene 32 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

36 Redundanz bei Gleichspannung Umschaltung von Bipolarem- auf Monopolaren Betrieb (halbe Leistung) Reservekabel mit Umhängen innert einiger Stunden 33 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

37 Umweltaspekte Elektromagnetische Felder Tonale Emission Platzbedarf 34 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

38 Magnetische Flussdichte [ T] Magnetischen Flussdichte auf einer Höhe vom 1 m über dem Erdboden Quelle: FKH GIL 1 x 2000 A Kabel 2 x 1000 A Freileitung 2 x 1000 A Position bezogen auf die Leitungsachse [m] Beim Kabel und bei der Freileitung ist der Strom aufgeteilt auf zwei Systeme (je 1000 A) mit optimaler Phasenanordnung Phasenabstände GIL: 1.5 m Kabel: 0.4 m Freileitung: 8.9 m 35 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

39 Schematische Darstellung der Abhängigkeit der Geräuschemission von der Bündelgeometrie der Hydrophilie Netzfrequenz (AC/DC) Pegel [db(a)] 60 HVAC, neues 4er Bündel HVAC, neues 2er Bündel HVDC Umgebung 30 HVAC, hydrophiles 4er Bündel trocken Regen Abtrocknung Zeit 36 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

40 Platzbedarf einer Kompaktleitung Picture: SEFAG-Switzerland 420 kv lines, 2.6 GW, Dubai 37 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

41 Aarhus-Aalborg, 400 kv, 2 x 500MVA 38 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

42 Nunthorpe Newby 400 kv, 2 x 2030 MVA 39 EETTG ETG Tagung, 2.April 2.April , ETH Zürich

43 Madrid, 400 kv AC - 2x 1390 MVA 40 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

44 Sayreville Nassau, 500 kv DC, > 600 MW (unipolar) 41 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

45 Beispiele von Übertragungsszenarien für 2GW, 60 km Freileitung AC Freileitung DC Kabel AC Kabel DC GIL AC Doppelleitung 400 kv 2. Systeme übernat.betrieb 2-er Bündel Bipolar 500kV Doppelleitung 2 Systeme,400kV 25000mm 2 2 Systeme 2500 mm 2 LCC: +/- 500kV oder VSC: +/-300kV 1 System mit Reserveleiter oder 2 Systeme Platz für: Unterwerk Unterwerk + Konverterstat. Unterwerk, + Abspannstationen + 3 mal Kompensation + Muffenschächte Unterwerk + Konv. wie FL für LCC 40 % für VSC Muffenschächte Unterwerk (Komp. unnötig) Flanschschächte Gesamt- Verluste kw/km Grobe Abschätzung 370 kw/km 2. Syst.: Freileitung: Aldrey600 2 er Bündel, 60 C, 1200 mm2 (ohmscher kw/km Kabel 2500 mm2 Verlust + 3% (je 1000A) fürblindstrom) + 14 MW Konv. Ca. 180kW/ km + 30 % Blindleistung LCC: 60kW/ km + 0,7 %(14 MW) VSC: 166 kw /km % Konv. (30 MW) 215 kw/km* (1System) 53kW/km (2 Systeme) *..Widerstandswerte aus CIGRE WG B3/B EETTG ETG Tagung, 2.April 2.April , ETH Zürich

46 Profile FL- AC FL- DC Kabel AC Kabel DC GIL (mit Reserve -leiter) ca. 6 8m ca. 6 8m ca. 4m 43 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

47 Unterquerung von Flüssen, Strassen durch horizontal Quelle: CIGRE TB 238 drilling (Beispiel) 44 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

48 Flussüberquerung unter einer Brücke Quelle: CIGRE TB EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

49 Vergleich: Freileitung - Untergrundübertragung Qualitative Kriterien (schwer oder gar nicht quantifizierbar) Ästhetik Umweltaspekte Kommunale Interessen Versorgungssicherheit Quantifizierbare Kriterien (Kosten in SFr) Investition Betrieb Verluste 46 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

50 Wesentlichste Kostenfaktoren: Platzbedarf/Trasse Technologievariante Redundanz/Gewährleistung von n-1(eventl.-2) Betriebliche Aspekte: Schnellwiedereinschaltung/Schutzregime Reparaturdauer (Ausgleich durch erhöhte Redundanz) Verluste Wartung 47 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

51 Einflussgebende Randbedingungen Übertragungsleistung Übertragungslänge Strategische Bedeutung des Abschnitts (im 400kV in der Regel hoch) Gemeinsame Führung zweier oder mehrer Systemteile (z.b. gemeinsam mit SBB) 48 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

52 Aspekte bei Teilverkabelung Grundsätzlich keine nicht lösbaren Probleme Wird in etlichen Ländern praktiziert Überspannungsschutz an den Abspannstellen erforderlich ( bei Blitzeinschlag können Überspannungswellen bis zu mehrere pu auf treten) Genaue Fehlerlokalisierung für Schnellwidereinschaltung erforderlich erhöht betrieblichen Aufwand, komplexeres Schutzregime Studie im Gang: CIGRE WG C EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

53 400 kv Teilverkabelung in Berlin (Bild: CIGRE TB 238) erlaubt Schnellwiedereinschaltung Schnellwiedereinschaltung nicht sinnvoll 50 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

54 Kombination von AC und DC auf einer Leitung In Europa angedacht ( dena - Studie) Höhere Transportkapazität auf der gleichen Trasse Soll die Problematik der ROW entschärfen Verschiedenste Studien in Arbeit 51 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

55 Schlussfolgerungen Die Mannigfaltigkeit der Ausführungsmöglichkeiten verunmöglicht allgemein gültiger Kriterien Aus technischer Sicht bestimmen Leistung, Übertragungslänge und Topographie entscheidend die Ausführungsform und damit die Kosten Allgemein gültige Entscheidungskriterien sind wegen der Mannigfaltigkeit der einflussgebenden Parameter praktisch unmöglich Für den Entscheid - Freileitung oder Untergrund - ist jeweils eine Abwägung zwischen den Kosten und den nicht monetisierbaren Kriterien zu treffen Die Wahl der Betriebsart - AC oder DC hat im Wesentlichen technische Aspekte, sie spielt aber für die nicht monetisierbaren Kriterien eine untergeordnete Rolle 52 EETTG Tagung, 2.April 2009 ETG Tagung, 2.April 2009, ETH Zürich

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57 Hans Killer Nationalrat Kommission UREK

67 Alternativlösungen im Hochspannungs-Kabelleitungsbau Alessandro Magri Nexans Suisse SA Projektleiter Hochspannungskabelanlagen ETG-Fachtagung Page 1

68 Alternativlösungen im Hochspannungs-Kabelleitungsbau Agenda 1. Einleitung 2. Verbesserung bestehender Verbindungen 3. Kabel und Freileitung 4. Partial undergrounding 5. Beispiel eines 380-kV-Kabelprojektes in der Schweiz ETG-Fachtagung Page 2

69 Alternativlösungen im Hochspannungs-Kabelleitungsbau Ansatz Energieversorgungsunternehmen suchen Lösungen: Zur Zufriedenstellung der erhöhten Nachfrage Zur Erhöhung der Netzzuverlässigkeit Zur Einbindung von erneuerbaren Energiequellen Zur Diversifizierung Ihrer Einkaufs/Verkaufs- Partner (Stromliberalisierung) ETG-Fachtagung Page 3

70 Alternativlösungen im Hochspannungs-Kabelleitungsbau Lösungen Zur Steigerung der Übertragsleistung stehen folgende Lösungen zur Verfügung Verstärkung bestehender Leitungen (grössere Querschnitte) Bessere Ausnutzung bestehender Leitungen (Monitoring) Optimierung der Verbraucherlast (Smart-Grid) Bau neuer Verbindungen ETG-Fachtagung Page 4

71 AAAC: leichtere Seile, längere Abspannungen, höhere Kapazität ACCC (Karbonfaserkern): sehr leicht, längere Abspannungen Hochtemperatur-Leiter: T-ACSR, (H) STACIR, ACSS, T-ACCC Kompaktbauweise für alle Typen: Aero-Z, TW HS-Freileitung Verstärkung durch High-Tech Produkten AAAC - AERO-Z ACSS/TW T-ACSR (H)STACIR/AW ACSS Aero-Z (T)ACCC Aero-Z ETG-Fachtagung Page 5

72 HS-Freileitung Verstärkung durch High-Tech Produkte Spitzen-LEITER ACSS/TW oder ZW (EHS) (H)STACIR/TW (T)ACCC/TW oder ZW T-ACSR AACSR-Z AAAC-Z BEZEICHNUNG Aluminiumleiter-Stahl verstärkt (Dehnbare Extrastärke) (Super) thermischer Aluminium- Leiter (ZTAL) Invar verstärkt Aluminiumleiter- Zusammensetzung-Kern (Karbonfaserkern) Thermischer Aluminium- (TAL) Leiter, Stahl verstärkt Max. Temperatur 250 C 210 C C 150 C Alle Aluminiumlegierung-Stahl C Leiter verstärkt Alle Aluminiumlegierung-Leiter Kapazitäts ts-zunahme Kunden-Anwendungen Hochtemperatur Mittlere Durchhänge Mittleres Gewicht Hochtemperatur Niedrige Durchhänge Hohes Gewicht Mittle-Hohe Temperatur Niedriger Durchhang Niedriges Gewicht Völliger Ersatz von IRGENDEINEM anderen Mittlere Temperatur Hoher Durchhang Hohes Gewicht Standardtemperatur / Standard-Durchhang / weniger Korrosion / weniger Wartung ETG-Fachtagung Page 6

73 HS-Freileitung Monitoring Überwachungsanlagen CAT-1 Messung der mechanischen Leiter-Spannung mit dem System CAT-1 und der Netz-Strahlungs-Temperatur, dann Übermittlung der Daten an das EMS/SCADA System. EMS/SCADA berechnet Leitertemperaturen, Durchhängen und Linien-Kapazitäten und stellt den Operatoren Informationen und Warnungen zur Verfügung. Echtzeitauswertungen liefern Zuverlässigkeit und Markt-Vorteile. Systeme liefern % zusätzliche Kapazität mit nur 5-10 % der Kosten einer Aufrüstung oder einer neuen Linie. Mehr als 300 Monitoring-Einheiten weltweit auf Linien-Spannungen bis 500 KV Um in der Echtzeit zu wissen, was die Kapazität-Marge ist. Um einen Engpass vorwegzunehmen, um ihn zu vermeiden. ETG-Fachtagung Page 7

74 HS-Freileitung TCO Analyse Kosten (K ) Leiter Zusätze Optimierte vorgeschlagene Lösung Kleiner Durchmesser, leichter längere Abspannungen bis 10% weniger Masten Mit gleichem Ø Hochtemperatur Polen/Masten Material +8-15% A + 100% A Vertragsvergabe Umgebungskosten Installation Engineering / Bauleitung Wahl CAT-1 bis 30% mehr Kapazität bessere Sicherheit Gesamt-Einkaufpreis Monitoring / Überwachung Verarbeitungs- und Service-Kosten Kompakter z-typ 15% Einsparungen Übertragungsverluste Wartung Versteckte Kosten Kleiner Niedriger TCO Kauf + versteckt = TCO ETG-Fachtagung Page 8

75 Kabel und Freileitung Vergleich Eine unabhängige Studie (4Wind) hat Verluste für ein Projekt festgestellt: Erdkabel haben niedrigere Übertragungsverluste als Freileitungen unter spezifischen Parametern, weil aus thermischen Gründen Erdkabel einen größeren Leiter haben «Erdkabel strahlen kein elektrisches Feld aus und können installiert werden, um ein kleineres magnetisches Feld als eine Freileitung auszustrahlen Erdkabel verursachen keine Klimabelastung durch Rauschen. Erdkabel-Störungen treten weniger häufig als für Freileitungen auf - Erdkabel werden nicht durch schlechtes Wetter beeinflusst Kostenvergleiche adressieren häufig nur Installations-Kosten und ignorieren weitere Anteile der Lebenszykluskosten wie Verluste, Störungskosten, Wartung, Stilllegung, Kosten der Baubewilligung-Verzögerung, und weitere Kosten für die Einflüsse über Dritte (z.b. Sichttunannehmlichkeit, Liegenschaftswert-Minderung) Eine komplette Lebenszyklusanalyse sollte dies in Erwägung ziehen ETG-Fachtagung Page 9

76 Kabel und Freileitung Europäischer Kontext Bei längeren oder stärkeren Verbindungen ist der Bau einer reinen Kabelanlage nur in seltenen Fällen wirtschaftlich realisierbar In Fällen, wo eine reine Freileitungverbingung inakzektabel ist (z.b. in Wohngebieten), sind Kabel die geeignete Lösung, um das Projekt freizugeben. Die Kombination von Freilleitung mit Kabel «partial undergroundig» stellt einen geeigneten Kompromiss dar und ermöglicht, ein Projekt ohne jahrzehntelange Einsprachen zu starten. ETG-Fachtagung Page 10

77 Kabel und Freileitung Italien: Project 400 kv Turbigo-Rho Centrale 2560 MW MILAN 20 km 8.4 km 12 km Quelle : CIGRE B1-302, 2006 Zeitachse: 1991 Anfang der Diskussionen 1994 Erste Stufe der Freileitung-Zustimmung 2004 Juni 2004 März 2005 Juni 2006 Zustimmung der Freileitung blockiert Entscheidung über die teilhafte Verkabelung Aufbau des Kabels (8 Monate) Aktivierung der Linie/des Kabels ETG-Fachtagung Page 11

78 Kabel und Freileitung TenneT 22 km lange Verbindung 380 kv Randstad Zuidring Minimum 2 km, Maximum 17 km Erdkabellänge (Partial undergrounding). Tatsächlich praktizierbare Länge 4,8 km ETG-Fachtagung Page 12

79 Studie für das Energie-Ministerium in den Niederlanden : TenneT Randstad Projekt 380kV MW 22 km Verlegelänge Erdkabellösung: - Doppelter Stromkreis, 2 Kabel pro Phase XLPE (Gesamtmenge = 264 km) mm ² XLPE isolierte 400-kV-Leiter mit liertem Kupfer Freileitung (AAAC kompaktes Aero-z ): - Doppelter Stromkreis, 4 Leiter pro Phase (Gesamtmenge = 540 km) - Aero-z 707 mm ² - 2Z 400 kv Kabel und Freileitung TenneT GW.h Teilhafte Verkabelung - Mischung von XLPE-Kabel und AAAC-Freileitung gegebenenfalls 60 Verlustenergie 50 AAAC 620mm² 40 Aero-Z 707mm²-2Z Jahren Ersparniss Aero-Z CuMil XLPE ETG-Fachtagung Page 13

80 Kabel und Freileitung TenneT Kraftwerk Bestehende Freileitung Schaltfeld 5 km XLPE-Erdkabel Schaltfeld 17 km neuer Freileitung Unterwerk Kostenvergleich mit 40 Jahren Betrieb Nur Kabel 22 km Nur OHL 22 km Teilweise 17km + 5km Material-Kosten 242 M 51 M 94 M Neue Gesetzgebung Preiswertere Lösung als eine volle Erdkabellösung. Beschleunigung des Bewilligungs- Verfahrens für die dicht bewohnten Bereiche. Übertragungs- Verluste 23 M 60 M 52 M GESAMTKOSTEN 265 M 111 M 146 M ETG-Fachtagung Page 14

81 Kabel und Freileitung Wirschaftliche Querschnitt Beispiel: 110-kV-Verbindung erdverlegt 140 MVA 400 mm 2 Cu 630 mm 2 Cu Zu übertragender Strom Trasselänge Energiepreis Teuerung des Energiepreises pro Jahr Betriebsstunde pro Jahr Kreditzins Investitionskosten Kabel 400 mm 2 Investitionskosten Kabel 630 mm A m Cts/ kwh % Std. % kchf kchf Gesamtkosten kchf 4'500 4'000 3'500 3'000 2'500 2'000 1'500 1' mm2 630 mm Jahren ETG-Fachtagung Page 15

82 Beispiel AET: Kabelverbindung 380kV Einführung Beispiel einer 380-kV-Kabelverbindung AET: Mendrisio Cagno 380 kv ETG-Fachtagung Page 16

83 Beispiel AET: Kabelverbindung 380kV Übersicht Projekt-Begründung: Versorgungssicherheit für die Region südlich vom Luganersee Grenzüberschreitende Verbindung zwischen der Schweiz und Italien, die als «Merchant line» betrieben werden kann. ETG-Fachtagung Page 17

84 Beispiel AET: Kabelverbindung 380kV Technische Charakteristik Kabeltyp: XAluWT T-Sc 1x630 mm 2 Cu rm 380 kv -Isolationsdicke 26 mm -Gesamtdurchmesser 124 mm -Gewicht ca. 17 Kg/m Übertragsleistung Kabelanlage: 560 MVA Gesamtlänge: 9.1 km (4.7 Km CH; 4.4 Km IT) 14 Muffenkammern 45 Einzellängen (zwischen 570 m und 700 m ) 42 Muffen; 3 GIS EV; 3 FL EV Rohrblock für 6 Kabel und 4 LWL-Rohre Muffenkammergrösse: 13x2x2 m ETG-Fachtagung Page 18

85 Beispiel AET: Kabelverbindung 380 kv Geographische Lage CH I ETG-Fachtagung Page 19

86 Beispiel AET: Kabelverbindung 380kV Linienschema Die Kabelanlage ist in 3 Crossbonding-Abschnitte geteilt. Zwischen jedem Crossbondingsystem sind die Kabelschirme starr geerdet. X X X X 1 CB System 2 CB System X X 3 CB System ETG-Fachtagung Page 20

87 Durch die im Leiter und im danebenliegenden Kabel fliessenden Ströme wird eine Spannung im Schirm erzeugt, die proportional zu der Kabellänge und zu dem fliessenden Strom ist. Crossbonding besteht in einer Unterteilung der Leitung in drei Abschnitte gleicher Länge mittels Kabelmuffen mit Längsisolierung der Schirme. Durch Auskreuzen der Schirme sind die induzierten Spannungen identisch und um 120 phasenverschoben. Da die Vektorsumme dieser Spannungen null ist, fliesst in den Schirmen der Kabel kein Strom. ETG-Fachtagung Page 21

88 Beispiel AET: Kabelverbindung 380 kv Crossbonding Funktionsprinzip U1 3 U2 2 U3 1 U1 2 U2 1 U3 3 U 2 = U1 2 + U2 2 + U3 2 U1 1 U2 3 U3 2 R R R S S S U 3 = U1 3 + U2 3 + U3 3 T T T ETG-Fachtagung Page 22

89 Beispiel AET: Kabelverbindung 380 kv Besonderheit Die Hochspannungsprüfung wurde mit TE-Messungen durchgeführt. Kapazitive Sensoren wurden für diesen Zweck in jeder Muffe eingebaut. ETG-Fachtagung Page 23

90 Beispiel AET: Kabelverbindung 380kV Besonderheit Milestones des Projektes: 2001 Absichterklärung zwischen AET et FNM 2002 Absichterklärung zwischen schweizerischen und italienischen Behörden 2004 Genehmigung der Hochspannungsverbindung 2005 Beginn der Bauarbeiten Bestellung beim Kabellieferant Beginn der Montage Hochspannungsprüfung der Kabel ETG-Fachtagung Page 24

91 Zusammenfassung XLPE-Kabel sind eine moderne, zuverlässige Energietransport- Technologie Die Wirschaftlichkeitsbetrachtung von solchen Anlagen soll mit TCO Analysen durchgeführt werden Die teilhafte Verkabelung ist eine Alternative für: Die Landschaften mit außerordentlichem oder natürlichem Erbe oder die empfindlichen Ökosysteme Die Bereiche mit unanwendbarem Gelände oder wenn eine Bewilligung innerhalb eines annehmbaren Zeitrahmens unerhältlich ist Das Beispiel der 380-kV-Verbindung Mendrisio-Cagno zeigt, dass solche Anlagen auch in der Schweiz innert kürzester Zeit realisiert werden können. ETG-Fachtagung Page 25

92 Transport von elektrischer Energie m it Freileitungen und Kabeln: Erfahrungen beim Ausbau des Schweizer Höchst spannungsnet zes ETG Fachtagung ETH Zürich, Atel Netz AG, Matthias Zwicky, Geschäftsführer

93 Ein Auftrag im Dienst der Öffentlichkeit Höchstspannungsleitungen sichern die Schweizer St rom versorgung

94 Die Not wendigkeit ist nachgewiesen Der Bundesrat hat 63 Projekte, welche für die Sicherung der Strom versorgung in der Schweiz bis 2015 gebaut werden m üssen, am 6. März 2009 in den Sachplan Übert ragungsleit ungen ( SÜL) aufgenom m en. Die Notwendigkeit dieser Projekte wurde von der vom UVEK im Nachgang zu den Strom -Blackouts in der Schweiz und Europa geschaffenen Arbeitsgruppe «Leitungen und Versorgungssicherheit» nachgewiesen. Unabhängige Gutachten, welche im Auftrag des Bundes durchgeführt wurden, bestätigen die Ausbauvorhaben, deren Dim ensionierung und die Dringlichkeit. At el Net z AG

95 I nhalt 1. Warum m uss das Höchstspannungsnetz in der Schweiz erneuert und ausgebaut werden? 2. Ausbauvorhaben im schweizerischen Höchst spannungsnet z und Rahm enbedingungen 3. Plangenehm igungsverfahren 4. Problem atik der Verkabelung gezeigt am Beispiel der geplant en Leit ung Cham oson- Chippis 5. Überlegungen zu Netzkosten und zur Verhält nism ässigkeit 6. Schlussfolgerungen At el Net z AG

96 1. Warum m uss das Höchstspannungsnetz in der Schweiz erneuert und ausgebaut werden? 2. Ausbauvorhaben im schweizerischen Höchst spannungsnet z und Rahm enbedingungen 3. Plangenehm igungsverfahren 4. Problem at ik der Verkabelung: Beispiel Cham oson- Chippis 5. Überlegungen zu Net zkost en und Verhält nism ässigkeit 6. Schlussfolgerungen At el Net z AG

97 1. Ausbaubedarf: Wachst um Massiver Ausbau der Windproduktion an der Nordsee Liberalisierung der Märkte, Ausbau des Handels Verbrauchswachstum 1-2% / Jahr Ausbau der Wasserkraft werke: Beispiel Wallis I nstallierte Leistung heute ca MW 2010 Wiederinbetriebnahm e Bieudron 1200 MW 2015 I nbetriebnahm e PSW Nant de Drance 600 MW Total installierte Leistung 2015 > 5000 MW At el Net z AG