Enabling the Power of Wind ABB goes Offshore. Produkte und Lösungen für die Offshore-Windenergie

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1 Enabling the Power of Wind ABB goes Offshore Produkte und Lösungen für die Offshore-Windenergie

2 DAS PROJEKT NordE.ON 1 Offshore-Windenergie innovativ ins Stromnetz integriert ❶ ❷ ❸ ❻ Daten: Inbetriebnahme: 2009 Leistung: 400 MW AC Spannung: 170 kv (Offshore) 380 kv (UW Diele) DC Spannung: +/- 150 kv Landkabellänge: 2 x 75 km Seekabellänge: 2 x 128 km ❺ ❹ Für die Netzintegration des ersten kommerziellen, deutschen Offshore-Windparkgebiets Borkum 2, rund 130 km vor der Nordseeküste, liefert ABB mit HVDC Light ein innovatives System. Erstmals wird die auf hoher See erzeugte Windenergie mit einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) angeschlossen. Es handelt sich um eine selbstgeführte HGÜ, die auf modernen Leistungstransistoren (IGBT) basiert und den Einsatz von leichten, umweltfreundlichen Polymerkabeln ermöglicht. Im Vergleich zu einer Wechselstromanbindung des Windparks werden mit dieser modernen, umweltfreundlichen Technik mit neutralen elektromagnetischen Feldern, ölfreien Kabeln und kompakten Umrichterstationen 25 % der Übertragungsverluste eingespart. Diese Anbindung mit einer Leistung von zunächst 400 MW ist der Grundstein für die Nutzung der Offshore-Windenergie und damit ein wichtiger Beitrag zur, von der Bundesregierung angestrebten, Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien an der Stromproduktion von heute rund 15 % auf 25 bis 30 % im Jahre Bereits im September 2009 wird die Netzanbindung in Betrieb gehen. Damit wird dieses bisher einzigartige Projekt in einer Rekordbauzeit von nur 24 Monaten realisiert.

3 ❶ ❺ ❹ ❷ ❸ 1Zum Wechselspannungsbereich gehören die Transformatoren, Leistungsschalter und Oberschwingungsfilter. Die Transformatoren für HVDC Light benötigen nur geringfügige Design-Modifikationen gegenüber Standard- Leistungstransformatoren dieser Größe, da die Oberschwingungsfilter fast vollständig die nur geringen, elektrischen Störungen vom Umrichter entfernt. 2Die Glättungsdrosseln werden für die Filterung eingesetzt und sind außerdem wichtig als Reaktanz für die Regelung des HVDC Light Systems. 3 Mit Hilfe der HVDC Light Ventile wird der Wechselstrom gleichgerichtet. Für jede Phase gibt es zwei Ventilcontainer in denen die IGBT Ventile, DC Kondensatoren und die Durchführungen untergebracht sind. Die IGBT Module liefern dabei eine einfach zu kontrollierende Ausgangsspannung. Dies wird durch das hochentwickelte MACH 2 Leitsystem erreicht. Das gesamte MACH 2 Schutz- und Leittechniksystem hat in 2 Containern unter den Ventilen Platz. Dabei ist das System komplett redundant aufgebaut und garantiert damit eine hohe Zuverlässigkeit. 4Im Gleichstrombereich findet die Anbindung der Kabel statt. Von hier aus geht es über 128 km Seekabel und 74 km Landkabel zur anderen HVDC Light Umrichterstation. 5Die Kühlanlage dient der Sicherstellung der korrekten Betriebstemperatur der HVDC Light Ventile. 6Der Chopper-Widerstand kommt bei Fehlern im Wechselstromnetz zur schnellen Wirkleistungsreduktion zum Einsatz.

4 NETZANBINDUNG VON OFFSHORE-WINDPARKS Windenergie effizient und klimabewusst nutzen ABB - der weltweit größte Lieferant von elektrotechnischen Produkten, Systemen und Dienstleistungen für die Windenergie- Industrie. Erfahrung spielt eine wichtige Rolle, wenn Kunden ABB für Ihre Produkte, Systeme oder Dienstleistungen auswählen. Mehr als 100 Jahre Erfahrung und Zusammenarbeit mit Energieversorgungsunternehmen, der Prozess- und Automatisierungsindustrie und OEMs ermöglichen es ABB Know-how und Anwendungsverständnis in Produkte und Lösungen umzusetzen von denen die Windenergie-Industrie profitiert. Zukunftsfähige Lösungen und die Kenntnisse der Industriebedürfnisse, beispielsweise Netzverträglichkeit, haben ABB zum führenden Partner für Windenergie gemacht. Profitieren Sie vom Know-how eines soliden Partners und erfahren Sie, welche Produkte und Systeme Sie in Ihren Projekten einsetzen können. Systemberatung Für eine wirtschaftliche und energieeffiziente Netzanbindung von Offshore-Windparks müssen mehrere Randbedingungen betrachtet werden. Es sollten minimale Investitions- und Betriebskosten entstehen, Verluste minimiert und die Betriebszuverlässigkeit maximiert werden. Für diese komplexe Optimierungsaufgabe bietet die elektrische Systemberatung von ABB als weltweit operierendes Expertenteam mit einem umfassenden Wissen über Elektroenergiesysteme beste Voraussetzungen. Systemexperten für die Optimierung von Offshore-Windparks Durch vielfältige Berechnungen, zur Festlegung der windparkinternen Verkabelung und der Netzintegration, aus den Bereichen: Lastfluss Kurzschlussstrom Oberschwingungen Flicker und Spannungseinbrüche Blitz- und Überspannungen Erdungssystem wird eine Einhaltung des Grid Code der Übertragungsnetzbetreiber und ein optimiertes Systemdesign sichergestellt. Vor allem die technische Auslegung der windparkinternen Verkabelung der einzelnen Windenergieanlagen und deren Bündelung bieten enormes Optimierungspotenzial. Ähnliches gilt auch für die Netzanbindung eines Offshore-Windparks, für die es prinzipiell zwei verschiedene Möglichkeiten gibt: Drehstromanbindung für kleinere Offshore-Windparks in Küstennähe Gleichstromanbindung für große Offshore-Windparks und Windparks in größerer Entfernung zur Küste

5 Netzanbindung von Offshore-Windparks Eine systemverträgliche Integration von Offshore-Windparks kann über eine Drehstromanbindung mit VPE-isolierten Kabeln geschehen. Dies ist bei geringen Entfernungen des Offshore-Windparks zur Küste die wirtschaftlichste Lösung. Die Nachteile dieser Lösung liegen in der Limitierung der Übertragungsleistung pro Kabelsystem und der direkten Kopplung des Offshore-Netzes an das Übertragungsnetz, wodurch es zu Instabilitäten und Resonanzen kommen kann. Bei größeren Entfernungen wird zusätzlich eine Blindleistungskompensation des Kabels erforderlich. Je nach Leistung des Offshore-Windparks kann bereits bei geringeren Entfernungen eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) wirtschaftlich sinnvoll sein. ABB bietet dafür mit HVDC Light das modernste System zur Stromübertragung unter Wasser und unter der Erde und wird seit mehr als 10 Jahren eingesetzt. Drei Eigenschaften machen HVDC Light zur idealen Lösung für die Anbindung von Offshore-Windparks: 1 Uneingeschränkte Blindleistungsbereitstellung: Damit wird die Spannungsstabilität am Anschlusspunkt unterstützt. So können die großen Leistungen der Offshore-Windparks systemverträglich ins Netz eingespeist werden. 2 Schwarzstartfähigkeit: Das Übertragungssystem kann aus dem leistungslosen Zustand, z. B. wenn der Wind einmal nicht geweht hat, hochgefahren werden. 3 Entkopplung der Netze: Bei einer Gleichstromübertragung sind das Offshore-Netz des Windparks und das Stromnetz an Land durch den Gleichstromzwischenkreis entkoppelt. Resonanzen und Instabilitäten werden verhindert. Damit werden grundsätzliche Probleme der weit von der Küste entfernten deutschen Offshore-Windparks gelöst: Einerseits ist die Anbindung bei Entfernungen von mehr als 100 km mit Drehstrom-Seekabeln technisch und wirtschaftlich unattraktiv, andererseits ist die klassische HGÜ nicht geeignet, an schwache oder gar passive Netze angebunden zu werden. Darüber hinaus zeichnet sich HVDC Light durch eine einfach handhabbare Kabeltechnik und einen modularen, fabrikgefertigten Aufbau der HGÜ-Umrichter aus. So können die für die geplanten Offshore- Windparks benötigten Netzanbindungen ausreichend schnell realisiert werden. HVDC Light Ventile in einer Umrichterstation

6 PRODUKTE FÜR DIE WINDENERGIE Innovative und zuverlässige Lösungen für alle Leistungsklassen Generatoren ABB liefert Generatoren für stall- und pitchgeregelte Windenergieanlagen mit Leistungen bis zu 5 MW und darüber hinaus. Wir bieten Ihnen alle Hauptkonzepte an, von drehzahlfesten bis zu doppeltgespeisten Asynchronmaschinen. Unser traditionelles Stall-Konzept ist der drehzahlfeste Generator, wobei der Generator direkt mit dem Netz gekoppelt ist. Der doppeltgespeiste, halbdrehzahlvariable Generator ist ein populäres Konzept bei dem die Rotorwindung ebenfalls mit Hilfe eines kleineren Umrichters, mit dem Netz verbunden ist. Seit 1980 hat ABB mehr als Generatoren für Windenergieanlagen geliefert. Frequenzumrichter ABB nutzt Premium DTC (Direct Torque Control) Technologie, welche eine zuverlässige Regelung für verschiedene Windenergieanlagen-Konzepte bietet. ABB-Frequenzumrichter erfüllen die im Offshorebereich vorhandenen anspruchsvollen Bedingungen. Hervorzuheben sind hier speziell der servicefreundliche mechanische Aufbau, die kompakte, platzsparende Bauweise sowie die entsprechend hohe Schutzart der Gehäuseausführung. ABB kann optimierte Lösungspakete für verschiedene Windturbinenkonzepte bieten. Die fortschrittliche Designphilosophie von ABB minimiert die Verluste und ist nicht auf Sicherungen angewiesen. Dies führt zu zuverlässigen und hocheffizienten Frequenzumrichtern mit niedrigen Wartungsanforderungen. Transformatoren ABB bietet das komplette Produktportfolio an Transformatoren und dem passenden Zubehör für die Windenergie. Leistungstransformatoren für Umspannwerke haben Primärspannungen von bis zu 800 kv, ölisolierte Verteiltransformatoren bis zu 72,5 kv und Trockentransformatoren bis zu 52 kv. Wir haben weltweit mehr als zuverlässige und effiziente Transformatoren in Windenergieanlagen im Einsatz.

7 Schaltanlagen ABB entwickelt, produziert und liefert ein komplettes Spektrum an Mittelspannungsschaltanlagen für Windenergieanwendungen: Schaltanlagen zur Netzanbindung in Umspannwerken, Schaltanlagen mit eingebauter Umschaltung und Schutz des Windparknetzes, sowohl im Turm als Komplettlösung oder in einer Kompakt-Station nahe am Turm; und andere Schaltanlagen entwickelt und angepasst an die Kundenbedürfnisse. Das ABB Portfolio enthält sowohl luft- als auch gasisolierte Lösungen mit der Auswahl von Gas- oder Vakuumleistungsschaltern. Die Spannung reicht von 1 bis 40,5 kv und die Stromwerte decken alle möglichen Kombinationen von IEC- und ANSI-Anforderungen ab. Luft- und gasisolierte Schaltanlagen von ABB mit Leit-, Überwachungs- und Schutztechnik sind für den Betrieb in rauer Umgebung ausgelegt. Die Abmessungen sind optimiert und einfache Steckverbindungstechnologie wird für alle Mittelspannungsverbindungen eingesetzt. Mittelspannungsprodukte ABB bedient die Kundenanforderungen nach zuverlässigen Mittelspannungsprodukten unter anderem mit Schaltanlagen, Geräten, modularen Systemen und Schutz- und Steuerungstechnik für Verteilnetze. Dabei umfasst das Produktportfolio auch Leistungsschalter und Schütze, Sicherungen, Überspannungsableiter und Spannungsanzeiger. Eine breite Auswahl an Schaltern und Trennern, Messwandlern und Sensoren gehört ebenfalls zum Portfolio. Land- und Seekabel für HVDC Light Niederspannungsprodukte ABB bietet ein breites Sortiment an Niederspannungsprodukten für Windenergieanlagen an. Generatoren, Frequenzumrichter, Sanftanlasser und Motoren von ABB sorgen für eine effiziente Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie. Niederspannungs-Leistungsschalter, Schütze und Sicherungsautomaten unterstützen die sichere Weiterleitung der Energie. Gesteuert wird die Windenergieanlage von ihrem Gehirn, einer speicherprogrammierbaren Steuerung von ABB. Für die notwendige Personen-Sicherheit sorgen Fehlerstromschutzschalter und Not-Aus-Taster. Befehlsund Meldegeräte sowie Bediengeräte runden das Angebot ab. Kabel ABB ist einer der größten Hersteller von Landund Seekabeln. Das Wissen, das ABB mit der Installation dieser Kabel gesammelt hat, wird für die kommenden Offshore-Windpark Projekte sehr wichtig sein. ABB kann dabei Lösungen anbieten vom Design bis zur Inbetriebnahme, inklusive des kompletten Projektmanagements, AC Kabel zwischen den Windenergienanlagen, AC oder DC Kabel vom Offshore Windpark bis zur Landstation, Kabelzubehör inklusive Installation, Systemtests und Kabelverlegung.

8 DEABB D gedruckt in Deutschland ( SK) ABB AG Energietechnik Postfach Mannheim DEUTSCHLAND Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) powertech@de.abb.com Internet: Hinweis: Technische Änderungen der Produkte sowie Änderungen im Inhalt dieses Dokuments behalten wir uns jederzeit ohne Vorankündigung vor. Bei Bestellungen sind die jeweils vereinbarten Beschaffenheiten maßgebend. Die ABB AG übernimmt keinerlei Verantwortung für eventuelle Fehler oder Unvollständigkeiten in diesem Dokument. Wir behalten uns alle Rechte an diesem Dokument und den darin enthaltenen Gegenständen und Abbildungen vor. Vervielfältigung, Bekanntgabe an Dritte oder Verwertung seines Inhaltes- auch von Teilen - ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung durch die ABB AG verboten. Copyright 2008 ABB Alle Rechte vorbehalten