Erdverkabelung im Höchstspannungsnetz

Transkript

1 Erdverkabelung im Höchstspannungsnetz Neue Technologien im Leitungsbau Für eine nachhaltige Schweizer Energiezukunft braucht es die Modernisierung und den Ausbau der Infrastruk tur. Dazu gehören insbesondere die Höchstspannungs leitungen, bei denen heute Freileitungen überwiegen. Der Einsatz von Erdkabeln im Übertragungsnetz ist ver gleichsweise neu. Bei der Projektierung, dem Bau sowie bei Betrieb und Instandhaltung haben Freileitungen und Erdkabel Vor- und Nachteile. Daher muss S wissgrid bei jedem Netzbauprojekt sowohl Freileitungs- als auch Verkabelungsvarianten prüfen. Die Erkenntnisse dienen den Entscheidungsgremien als Grundlage für die Korridor- sowie Technologieentscheide. DAS SCHWEIZER ÜBERTRAGUNGSNETZ 8 km Erdkabel Der Anteil Erdkabel im Übertragungsnetz von Swissgrid ist kleiner als 1 % (Stand 2016). Höchst spannungskabel 15 cm 6700 km Freileitung Grundlagen für Lösungen mit hoher Akzeptanz Da sich jede Ausgangssituation unterschiedlich gestal tet, werden anhand des «Bewertungsschema für Übertragungsleitungen» die Faktoren Raumentwicklung, Umwelt sowie technische und wirtschaftliche Aspekte stets aufs Neue analysiert. Dies macht Netzbauprojekte in der Planung sehr anspruchsvoll, komplex und auf wändig. Die Suche nach Lösungen mit hoher Akzeptanz ist ein Balanceakt, da viele unterschiedliche Aspekte und Interessen in Einklang zu bringen sind. Im Rahmen der ordentlichen Verfahren werden betroffene Kantone und Gemeinden, Umweltverbände und Interessen gruppen frühestmöglich in den Dialog eingebunden. Durchmesser Die Entfernung von Bern nach Washington D.C. entspricht der Länge des Schweizer Übertragungsnetzes. Fünfliber 3 cm Durchmesser Der Durchmesser eines Höchst spannungskabels 380 kv ( mm²) entspricht 5 dem Durchmesser eines Fünffrankenstücks. 60 t Das Gewicht einer Kabelrolle entspricht 1.5 Lastwagen. 40 t

2 Erdverkabelung im Überblick 2 Trasseebau Der Einsatz und der Betrieb von Erdkabeln im Übertragungsnetz sind vielschichtig und anspruchsvoll. 1 Technische Dimensionierung Eine wesentliche Rolle bei der technischen Dimensionierung spielen die Rahmenbedingungen (z.b. Übertragungsleistung, Trasseelänge, Leitungsauslastung, Bodenverhältnisse etc.), die wiederum die Anzahl Leiter, deren Querschnitt oder die Wahl des Leitermaterials beeinflussen. Zusätzlich fliessen in die Überlegungen die Ansprüche an Verfügbarkeit und Redundanz ein. Wie müssen Erdkabel dimensioniert werden, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten? Jeder Ausbau des Übertragungsnetzes muss entsprechend individuell abgeklärt und unter Berücksichtigung eines verlässlichen Betriebes beurteilt werden. Die Erdkabel selbst sind überirdisch nicht sichtbar. Ihre Verlegung hinterlässt aber deutliche Spuren zum Beispiel in Form von Schneisen im Wald, Zufahrtsstrassen oder Übergangsbauwerken. Bevor über die Linienführung und Bauweise des Trassees entschieden wird, sind detaillierte Abklärungen notwendig. Analysiert werden beispielsweise die geologische Bodenbeschaffenheit, bestehende Verkehrs- und Versorgungsinfrastrukturen ebenso wie Gewässer und Grundwasservorkommen und potentielle Bauvorhaben. Bauweisen Rohrblock Tunnelbau Gesteuerte Bohrung Betonrohrblöcke werden in offener Bauweise in ca. 1 2 m Tiefe verlegt. Die Breite des Kabelgrabens beträgt ca. 5 m. Für den Bau ist eine minimale Breite von ca. 25 m notwendig. Um Erdkabel grabenlos zu verlegen, werden im Stollenbau oder Pressvortrieb Tunnel von ca. 3 4 m Durchmesser gebaut. Die Kabel werden auf speziellen Kabelträgern geführt. Ein richtungsgesteuerter Bohrkopf untergräbt oberflächliche Hindernisse. Damit diese nicht einstürzen, wird stabilisierende Flüssigkeit hinter den Bohrkopf gepumpt und Leerrohre für die Kabel werden eingezogen. Diese Bauweise eignet sich für kurze Distanzen wie die Unterquerung von Gewässern oder Strassen Schematische Darstellung 3 Übergang Freileitung Kabelstrecke 4 Störungen Kommen unterschiedliche Technologien innerhalb einer Leitung zur Anwendung, gilt es zusätzliche Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehört, dass die Trasseeführung anspruchsvoller wird. Denn für die Verbindung der Erdkabel mit der Freileitung ist jeweils ein Übergangsbauwerk in der Grösse eines Eishockeyfeldes notwendig. Bei der Platzierung von Übergangsbauwerken sowie bei der Trasseeführung des Kabelgrabens stellen z.b. die Querung von bestehenden (Verkehrs-) Infrastrukturen beachtliche Herausforderungen für Projektierung und Umsetzung dar. Die Fehlerhäufigkeit ist bei Freileitungen höher als bei Erdkabeln, da diese Natureinflüssen (z.b. Blitzeinschlag, Eisbehang, umstürzende Bäume) stärker ausgesetzt sind. Es besteht jedoch ein erheblicher Unterschied bei den Reparaturzeiten, der sich auf die Verfügbarkeit auswirkt. Während Freileitungen innerhalb weniger Stunden wieder verfügbar sind, kann es bei Erdkabeln Wochen bis Monate dauern. Denn die Störung eines Erdkabels ist meist mit einer Beschädigung verbunden. Um die Störung zu lokalisieren, überwachen Messgeräte die einzelnen Kabelstrecken. Die Produktion eines neuen Kabels und der Austausch erfordern viel Zeit und grossen Aufwand.

3 Aushub 1.9 m 1.1 m Aushub Humus 1.5 m 1.55 m 1.5 m 7 m 5 m 5 m 8 m 25 m 5 Baulogistik und -infrastruktur Der Bau von Leitungen ist logistisch aufwändig. Zufahrtsstrassen müssen für den Transport erstellt und die Baustellen mit der notwendigen Infrastruktur ausgerüstet werden. Bei Erdkabeln beanspruchen temporäre Bauwerke, der Maschinenpark sowie Material und Erdaushub viel Fläche. Während der Bau phase beträgt die Breite des Trassees rund 25 m und reduziert sich auf ca. 5 m während der Betriebsphase. Logistisch wortwörtlich ins Gewicht fallen die Erdkabel der Höchstspannungsebene aufgrund ihres Leiterquerschnitts und der Kunststoffisolierung. Bei 380-kV-Leitungen wiegt 1 km Kabel bis zu 60 t. Um die Kabel für die Montage vor Ort zu bringen oder um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu ersetzen, müssen für die Schwertransporte geeignete Strassen erstellt werden. 7 Betriebsphase Freihaltezone zu hochstämmigen oder tiefwurzelnden Bäumen 6 Bodenbewirtschaftung Nach dem Bau des Trassees kann der Boden wieder landwirtschaftlich genutzt bzw. begrünt werden. Da Wurzeln das Erdkabel gefährden, gilt für hochstämmige oder tiefwurzelnde Bäume eine Freihaltezone. Je nach Stromlast erwärmen die elektrischen Verluste das Erdkabel sowie das umgebende Erdreich. Mit Hilfe von Messinstallationen wird die Bodentemperatur gemessen und überwacht. Zu einem Erdkabeltrassee gehören Übergangsbauwerke, die Kabel selbst und Muffenschächte. Letztere werden für die Verbindung der jeweils ca. 1 km langen Kabelabschnitte gebaut und bleiben in der Regel während der gesamten Betriebsphase zugänglich. Die Muffen verbinden die einzelnen Kabelstücke und gehören neben den Kabelendverschlüssen zu den komplexesten Bauteilen. Nach heutigen Einschätzungen beträgt die Lebensdauer für Erdkabel rund 40 Jahre. Erdkabel in einem Wechselstromsystem erhöhen die Spannung entlang der Leitung. Ab einer bestimmten Kabellänge (ca. 20 km) sind Kompensationsanlagen zwingend, damit die Spannung nicht zu hoch wird. Der Nachteil dieser Anlagen besteht darin, dass die elektrischen Verluste zunehmen. Es gilt: Je länger ein Erdkabel, desto grösser ist der Anteil der nicht nutzbaren elektrischen Energie.

4 Mensch, Umwelt, Landschaft Situation heute Erdkabel sind für die Energieübertragung in regionalen Verteilnetzen weit verbreitet und werden im überregionalen Verteilnetz bis 150 kv immer mehr eingesetzt. In diesen Bereichen sind Erdkabel technisch und betrieblich erprobt. Im Übertragungsnetz mit 380 kv und 220 kv kommen Erdkabelstrecken über 1 km Länge noch wenig zur Anwendung, so dass Erfahrungswerte aus langjährigem Betrieb fehlen. Erdkabel Freileitung Höchstspannung: 380 kv & 220 kv 8 km km Hochspannung: 36 kv bis 150 kv 2031 km km Mittelspannung: 1 kv bis 36 kv km km Niederspannung: 0.4 kv bis 1 kv km km Quelle: Tätigkeitsbericht der ElCom 2015 Landschaftsbild Erdkabel schneiden in Bezug auf das Landschaftsbild in der Regel besser ab als Freileitungen. Während im offenen Terrain das Kabeltrassee nicht sichtbar ist, bleibt sie in bewaldeten Flächen aufgrund einer einzuhaltenden Zone ohne tiefwurzelnden und hochstämmigen Baumwuchs deutlich erkennbar. In Moorlandschaften von nationaler Bedeutung, Grundwasserschutzzonen, Auen oder Biotopen können gemäss Vorgaben des Bundes keine Erdkabel verlegt werden. Wo möglich, kommen Freileitungen zum Einsatz oder die Trasseeführung umgeht diese Gebiete. Elektrische und magnetische Felder Das magnetische Feld ist abhängig von der Stromstärke (Ampere) sowie von der geometrischen Anordnung der Leiterseile. Das elektrische Feld ist durch die Spannung gegeben. Bei Erdkabeln hängen die Felder vom massgebenden Strom, der Verlegetiefe und der Kabelanordnung ab. Die räumliche Ausdehnung des Magnetfeldes ist geringer als bei Freileitungen, die Stärke direkt über dem Erdkabel ist aber deutlich höher als unter einer Freileitung. Der Grenzwert von 1 Mikrotesla wird bereits ab ca. 6 8 m Distanz zur Leitungsachse des Erdkabels eingehalten bei der Freileitung beträgt die entsprechen de Distanz ca m. 1 µt-wert 100 µt-linie m 6 8 m 6 8 m

5 Entscheidungsgrundlagen Jedes Netzbauprojekt wird in einem mehrstufigen Planungs- und Bewilligungsverfahren erarbeitet, in das Bundesämter, kantonale Behörden, Umweltverbände, Netzbetreiber und Direktbetroffene involviert sind. Während im Sachplanverfahren die Technologie und der Planungskorridor durch die Behörden festgelegt werden, können im Plangenehmigungsverfahren Direktbetroffene ihre Anliegen einbringen. Für die Entscheide wird das «Bewertungsschema für Übertragungsleitungen» angewendet, das von den Bundesämtern für Energie (BFE), Umwelt (BAFU) und Raumentwicklung (ARE) sowie der Elektrizitätskommission (ElCom) erarbeitet wurde. Ziel ist es, Lösungen mit hoher Akzeptanz zu gewährleisten. Bewertungsschema für Übertragungsleitungen Alle vier Bewertungskategorien fliessen gleichwertig in den Technologieentscheid mit ein. Raumentwicklung 1. Ressourcen schonen Bündelung mit anderen Infrastrukturen 2. Siedlungsraum schützen 3. Planungsziele der räumlichen Entwicklung berücksichtigen Technische Aspekte 1. Netzbetrieb Erhöhung der (n-1)-sicherheit 2. Zuverlässigkeit und Sicherheit 3. Lebenszyklus Energieverluste und Ökobilanz Umwelt 1. Immissionsschutz Elektromagnetische Strahlung und Lärm 2. Landschaftsschutz Wirtschaftliche Aspekte 1. Investitionsund Betriebskosten 2. Kosten-Nutzen-Analyse 3. Wald und Biotope 4. Grundwasser/Boden Kostenvergleich Die Kosten sind Teil der Entscheidungsgrundlagen. Berücksichtigt werden die Lebenszykluskosten. Diese beinhalten Bau, Betrieb, Instandhaltung und elektrische Energieverluste über die gesamte Lebensdauer. In Abhängigkeit von der Technologie und den örtlichen Gegebenheiten sind die Kosten einer Erdverkabelung um einen bestimmten Faktor höher als bei einer Freileitung. In Fällen mit günstigen Gegebenheiten für Erdkabel und ungünstigen Gegebenheiten für Freileitungen können Erdkabel ca. doppelt so teuer sein. Bei umgekehrten Gegebenheiten kann der Faktor bis zu 10 und mehr betragen. Jedes Netzprojekt von Swissgrid, ob Freileitung oder Erdkabel, muss durch den Regulator ElCom aus wirtschaftlicher Perspektive beurteilt werden, da die Kosten auf die Stromrechnung der Konsumenten übertragen werden. Swissgrid AG Werkstrasse 12 CH-5080 Laufenburg Dammstrasse 3 CH-5070 Frick Route des Flumeaux 41 CH-1008 Prilly Telefon Fax info@swissgrid.ch BRO5010_d1701 / Januar 2017