HGÜ-Erdkabel. Erdverkabelung bei Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)
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- Timo Straub
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1 HGÜ-Erdkabel Erdverkabelung bei Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)
2 Einsatz von HGÜ-Erdkabeln Die Diskussionen um den Netzausbau machen eines deutlich: Viele Bürger wollen, dass neue Stromleitungen so wenig wie möglich auffallen. Erdkabel bieten hier eine interessante zusätzliche Option für den erforderlichen Netzausbau im Zusammenhang mit der Energiewende. Doch es gilt grundsätzlich, zwischen der Erdverkabelung bei Wechsel- und Gleichstrom zu unterscheiden. Mit dieser Broschüre geben wir Ihnen einen Überblick über die Erdkabeltechnik bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). Gleichstromverbindungen werden eingesetzt, wenn große Strommengen über weite Strecken von Punkt zu Punkt übertragen werden müssen. Insbesondere für den zunehmenden Nord-Süd-Transport bietet sich die Gleichstromtechnik an und wird so auch zu einer Entlastung des eng vermaschten Wechselstromnetzes beitragen. Der Einsatz von Erdkabeln ist bei HGÜ-Leitungen weltweit gut erprobt. Ein Beispiel ist hierfür die rund 65 Kilometer lange HGÜ-Erdkabelverbindung zwischen Frankreich und Spanien mit einer Spannung von 320 Kilovolt (kv). In Deutschland werden Offshore Windparks vorwiegend per HGÜ über See- und Erd kabel angebunden. TenneT hat mehrere tausend Kilometer zu diesem Zweck in der Nordsee installiert und auch an Land bereits mehr als Kilometer HGÜ-Erdkabel in Schleswig-Holstein und Niedersachsen unterirdisch verlegt. Diese Erfahrungen werden auch in die Planungen und den Bau der großen Onshore-Verbindungen einfließen.
3 Offshore-Windparks: geplant im Bau in Betrieb Offshore-Netzanbindungen: im Bau in Betrieb Übertragungsnetz Offshore-Konverterstation Onshore-Konverterstation Umspannwerk Offshore-Windpark Onshore-Umspannwerk Sandbank DanTysk SylWin alpha SylWin1 Butendiek Sylt DK EnBW Hohe See 500 MW Veja Mate 400 MW Deutsche Bucht 252 MW BARD Offshore MW Merkur Offshore 400 MW Borkum Riffgrund MW Borkum Riffgrund MW Riffgat 113 MW BorWin alpha Trianel Windpark Borkum 450 MW davon 1. Ausbaustufe = 200 MW in Betrieb davon 2. Ausbaustufe = 250 MW geplant BorWin beta BorWin2 DolWin alpha DolWin gamma BorWin gamma BorWin3 BorWin1 Gode Wind MW DolWin beta Gode Wind 1 DolWin1 332 MW alpha DolWin2 ventus 62 MW alpha ventus DolWin3 Norderney Riffgat Hagermarsch Borkum Albatros 117 MW Global Tech I* 400 MW Amrumbank West 303 MW HelWin beta Nordsee Ost Meerwind Süd Ost Nordsee One 332 MW HelWin alpha HelWin1 Helgoland Inhausen HelWin2 Nordergründe 111 MW Nordergründe Büttel Emden/Ost Emden/Borssum DE NL Diele Dörpen West Stand: Mai 2016 Einsatz von HGÜ-Kabeln bei Offshore-Verbindungen HGÜ-Trassen der Offshore-Verbindungen: Projekt Gesamtlänge Verbindung 1 Spannungsebene BorWin1 200 km (onshore: 75 km Landkabel, offshore: 125 km Seekabel) 150 kv BorWin2 200 km (onshore: 75 km Landkabel, offshore: 125 km Seekabel) 320 kv BorWin3 160 km (onshore: 30 km Landkabel, offshore: 130 km Seekabel) 320 kv DolWin1 165 km (onshore: 90 km Landkabel, offshore: 75 km Seekabel) 320 kv DolWin2 135 km (onshore: 90 km Landkabel, offshore: 45 km Seekabel) 320 kv DolWin3 160 km (onshore: 80 km Landkabel, offshore: 80 km Seekabel) 320 kv HelWin1 130 km (onshore: 45 km Landkabel, offshore: 85 km Seekabel) 320 kv HelWin2 130 km (onshore: 45 km Landkabel, offshore: 85 km Seekabel) 320 kv SylWin1 205 km (onshore: 45 km Landkabel, offshore: 160 km Seekabel) 320 kv 1 Jede Gesamtverbindung besteht aus zwei einzelnen Kabeln. Einem positiven und einem negativen Pol. Weitere Informationen und Downloads zum Thema Offshore-Verbindungen finden Sie hier:
4 HGÜ-Erdkabel im Bau und im Betrieb Vorbereitung Landkabelverlegung für ein 320-kV-HGÜ-System Projekt BorWin3 (Übertragungskapazität 900 MW) Die Bauphase Beispiel einer landseitigen Offshore-Verbindung mit einer Übertragungskapazität von 800 Megawatt (MW) Um auf der 320-kV-Ebene mit HGÜ-Kabeln eine Übertragungskapazität von 800 MW zu erreichen, muss ein System mit zwei Kabeladern verlegt werden. Dieses Kabelsystem ergibt sich somit aus zwei einzelnen Kabeln, einem positiven und einem negativen Pol. Im Durchmesser beträgt ein Kabel etwa zwischen elf und zwölf Zentimeter und besteht aus einem Aluminiumkern, Polymer-Isolierung und einem Kunststoffmantel. Ein Meter des Kabels für BorWin2 beispielsweise wiegt bei einem Querschnitt von mm² knapp 16 Kilogramm. Die Kabel werden mit einer Bodenüberdeckung von mindestens 1,30 Meter in die Tiefe eingegraben, je nach örtlichen Gegebenheiten auch tiefer (z. B. Kabelkreuzungen). Verlegt wird das Kabel in normaler, offener Bauweise, d. h. ein Kabelgraben wird erstellt, das Kabel in eine Sandschicht hineingelegt und der Graben wieder zugeschüttet. Da längenund gewichtsbedingt aktuell nur Kabelabschnitte von etwa Meter transportiert werden können, werden die einzelnen Kabelabschnitte vor dem Zuschütten des Grabens mittels Muffen verbunden. Bei der Querung anderer Infrastrukturen (z. B. Straßen, Bahngleise, Flüsse, Gas- und Wasserleitungen) kann eine Dükerung (Bohrung) zum Einsatz kommen. Die geschieht wahlweise mit einem Schutzrohr oder mithilfe eines Tunnels. Zur Steuerung der Verbindungen wird neben den stromführenden Kabeln noch ein Leerrohr für ein Kommunikationskabel verlegt. Vorbereitung eines Kabelgrabens für ein 320-kV-HGÜ-System Projekt BorWin2 (Übertragungskapazität 800 MW)
5 5 Für die Verlegung eines 800-MW-HGÜ-Kabelsystems wird in der Bauphase ein ca. 20 Meter breiter Streifen für die Baulogistik benötigt. Auf dieser Fläche wird auch die getrennte Lagerung von Mutterboden und Bodenaushub gewährleistet. Je nach Ausführungsplanung und der örtlichen Situation können die Trassenbreiten auch variieren. Erdkabelbaustellen stellen immer einen Eingriff in den Boden und die angrenzende Landschaft dar. Um die Auswirkungen zu minimieren, gibt es strenge Vorgaben für die Bau firmen. Über eine naturschutzfachliche, bodenkundliche und archäologische Baubegleitung wird sichergestellt, dass die Vorgaben auch eingehalten werden. Die Betriebsphase Die Trassenbreite inklusive Schutzstreifen beträgt bei einem 320-kV-HGÜ-Kabelsystem für 800 MW in der Betriebsphase rund sieben Meter. Auch dieser Bereich kann im Anschluss an die Bauphase wieder landwirtschaftlich genutzt oder begrünt werden. Er muss jedoch von tiefwurzelnden Gehölzen frei gehalten werden. Daher verbleibt auch nach Abschluss der Bauphase in Gebüschen und Wäldern eine Schneise mit der entsprechenden Breite. Im Offenland ist die Kabeltrasse nur durch kleine Markierungspfähle an den Endpunkten von Bohrungen oder Hindernissen sichtbar. Alle Anlagen, die zur Errichtung der Kabeltrasse erforderlich sind, werden nach Abschluss der Bauphase entfernt. Rad- und Wanderwege werden wieder hergestellt und können auch in der Betriebs phase im Bereich der Trasse verlaufen oder diese queren. Verbindung der Kabelstränge mit Muffen für ein 320-kV-HGÜ-System Projekt BorWin2 (Übertragungskapazität 800 MW) Verfüllung des Kabelgrabens für ein 320-kV-HGÜ-System Projekt BorWin3 (Übertragungskapazität 900 MW). Im Vordergrund sind noch die Warnbänder über den zwei Kabeladern zu sehen.
6 6 HGÜ-Erdkabel im Profil Der Netzausbau in Deutschland ist gesetzlich geregelt. In welchem Umfang eine Erdverkabelung zum Einsatz kommen kann, ist deshalb auch von den rechtlichen Rahmenbedingungen abhängig. Jedes einzelne Projekt muss gesondert betrachtet werden, denn die notwendigen Übertragungskapazitäten können sehr unterschiedlich sein: Während die Offshore Verbindungen bis zu 900 MW übertragen, sollen die HGÜ-Onshore-Verbindungen bis MW übertragen können. 2 Mit Blick auf die Netzsicherheit gibt es bei der Länge von HGÜ-Erdkabelleitungen keine Einschränkungen. Kabel sind witterungsbedingten Einflüssen wie z. B. Schnee und Eis nur begrenzt ausgesetzt, allerdings ist die Reparatur und Instandhaltung von Kabelsystemen komplexer und langwieriger als bei Freileitungen. Aufgrund der bisherigen Erfahrungen mit den landseitigen Offshore Kabeln ist davon auszugehen, dass der Bau und auch der Betrieb einer langen HGÜ-Erdkabelverbindung Mehrkosten gegenüber der Freileitungstechnik bedeutet. Die Mehrkosten sind abhängig von der Kabeltechnik und der Trassenlänge sowie von der jeweiligen Topographie und den Bodenverhältnissen. Insbesondere die Querung von Mittelgebirgen stellt in der Planung und beim Bau einer Kabeltrasse eine große Herausforderung dar. Im Unterschied zum Freileitungsbau, wo im Schnitt alle 400 Meter ein Mastfundament entsteht, ist die Bodenbeschaffenheit und Topographie bei der Verkabelung naturgemäß von größerer Bedeutung. Schematische Darstellungen einer möglichen HGÜ-Erdkabeltrasse in der Bau- und in der Betriebsphase Übertragungskapazität 2 Gigawatt (GW): Bauphase Abstand Kabelgraben ca. 5,0 8,0 m Bodenaushub Mutterboden Nachrichtenkabel Warnband Mutterboden Erdreich Baustraße Kabel Pluspol Minuspol Verlegungstiefe ca. 1,5 2,0 m Abdeckplatte thermische Bettung (z.b. Sandbett mit einer Körnung von 0 2 mm) ca. 0,7 1,0 m ca m temporäre Flächeninanspruchnahme in der Bauphase 2 Die bestehenden und geplanten HGÜ-Verbindungen haben unterschiedliche Anforderungen: Bei der Anbindung von Offshore-Windparks wird für die Übertragungskapazität von bis zu 900 MW ein Kabelsystem mit zwei Kabeln benötigt. Dies wird in einem Kabel graben verlegt. Für größere Übertragungsleistungen von zwei oder vier GW, also MW oder MW, werden mehrere Kabelsysteme und dementsprechend mehrere Kabelgräben benötigt. Je nach Spannungsebene und Kabeltyp kann die Anzahl der einzelnen Kabelstränge variieren. Folglich auch die Anzahl der Kabelgräben und somit auch die Breite der Trasse in der Bau- und Betriebsphase.
7 7 Technische Entwicklungen 320-kV-VPE-Kabel (Kunststoffkabel mit einer Isolation aus vernetztem Polyethylen) für HGÜ-Technik sind mittlerweile etabliert und werden als Stand der Technik betrachtet. Aktuell werden seitens der Kabelhersteller Kunststoffkabel für Spannungsebenen bis 525 kv entwickelt. Diese sollen mittelfristig die bislang verwendeten masseimprägnierten Kabel ersetzen. Ein Vorteil ist, dass die kunststoffisolierten Kabel eine höhere Übertragungskapazität haben. Dadurch werden weniger Kabeladern benötigt und die Kabeltrassen schmaler. TenneT ist beim Einsatz von Erd kabeln offen für neue Technologien und Weiter entwicklungen, wenn dies den Eingriff in die Landschaft minimiert und somit zu mehr Akzeptanz bei Grundstückseigentümern, Landwirten sowie Trägern öffentlicher Belange beiträgt. Vor dem Einsatz neuer Kabeltechnologien müssen jedoch Präqualifikationstests unter realistischen Verlegebedingungen die Langzeittauglichkeit der Kabel unter Beweis stellen. Betriebsphase Land- und Viehwirtschaft möglich, keine tiefwurzelnden Gehölze (Bewirtschaftung mit Ackerpflanzen möglich: z.b. Mais mit einer Wurzeltiefe von ca. 1,20 m) Schutzstreifen im Betrieb 2,5 m Bereich für ein HGÜ-Kabelsystem mit 2 GW Übertragungskapazität: ca m (inkl. Schutzstreifen)
8 TenneT ist einer der führenden Übertragungsnetzbetreiber in Europa. Mit rund Kilometern Hoch- und Höchstspannungsleitungen in den Niederlanden und in Deutschland bieten wir 41 Millionen Endverbrauchern rund um die Uhr eine zuverlässige und sichere Stromversorgung. TenneT entwickelt mit etwa Mitarbeitern als verantwortungsbewusster Vorreiter den nordwesteuropäischen Energiemarkt weiter und integriert im Rahmen der nachhaltigen Energieversorgung vermehrt erneuerbare Energien. Taking power further TenneT TSO GmbH Bernecker Straße Bayreuth Deutschland Telefon + 49 (0) Fax + 49 (0) info@tennet.eu TenneT TSO GmbH Mai 2016 Nichts aus dieser Ausgabe darf ohne ausdrückliche Zustimmung der TenneT TSO GmbH vervielfältigt oder auf irgendeine andere Weise veröffentlicht werden. Aus dem Inhalt des vorliegenden Dokuments können keine Rechte abgeleitet werden. HGÜ-Erdkabeltrasse in der Betriebsphase. Hier zu sehen, die Projekte HelWin1 (576 MW), HelWin2 (690 MW) und SylWin1 (864 MW). Die Holzpflöcke markieren einen Teil der Kabelgräben TH
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