Übertragungstechnologien im Kosten- und Technikvergleich

Transkript

1 Energy -Transport and -Storage Universität Duisburg-Essen Übertragungstechnologien im Kosten- und Technikvergleich Heiner Brakelmann Universität Duisburg-Essen DUH, Berlin,..2 Übermorgen: HVDC VSC mit U > 3 kv und verringerten Verlusten??...? 2

2 Erforderlicher Netz-Ausbau: Freileitung und/oder Kabel? HVAC oder HVDC? HVDC classic oder VSC HVAC 5 Hz oder 6,7 Hz? Drehstrom-Kabeltechnik: neue Möglichkeiten neue Materialien neue Tunneltechnologien Bodenerwärmung Monitoring Kühlung Magnetfeld-Schirmung 3 4 kv XLPE Cable Route Copenhagen Southern Route (first phase) 22 km route length 66 km 4 kv XLPE cable 72 prefabricated joints 9 GIS sealing ends 3 outdoor sealing ends in service since Oct. 997 Northern Route (second phase) 2 km route length 36 km 4 kv XLPE cable 42 prefabricated joints 9 GIS sealing ends 3 outdoor sealing ends in service since Dec. 999 Stand der Technik: VPE-Kabel bis U = 5 kv 4 2

3 Experiment Kontrolle Tiefe W69 W64 W7 W7 W72 W73 W4 W47 W53 W58 W8 W68 W63 W29 W3 W3 W32 W39 W46 W52 W57 W79 2 W67 T W62 W25 T2 W26 T3 W27 W28 W38 T4 W45 T5 W5 T6 W56 W78 4 W66 W6 W2 W22 W23 W24 W37 W44 W5 W55 W77 65 T3 T9 T T8 95 W65 W6 W7 W8 W9 W2 W36 W43 W49 W54 W76 5 W59 T4 W3 W4 T5 W5 T6 W6 W35 T7 W42 W W9 W W W2 W34 W4 W W5 W6 W7 W8 W33 W74 6 W T W2 T W3 W mm C W 4, 26, Simulation 55 Kontrolle ungestörter Boden Sandbett W 4, 26, M essung Verfüllung mit Aushub 5 Heizrohr Wärmesensor Theta-Sonde ϑ Zeit Auswirkungen wärmeemittierender Hoch- und Höchstspannungskabel auf den Boden D. Uther P. Trüby, E. Aldinger H. Brakelmann, J. Stammen RWE Transportnetz Institut für Bodenkunde und Energietransport und -Speicherung Strom GmbH, Waldernährungslehre Universität Duisburg-Essen Dortmund Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg h 6 + RTE-Ergebnisse!! 5 6 W K m 5 Powercrete λ sandiger Boden Magerbeton gestufte Sande Flüssigboden CableCem..4 dry Powercrete + CableCem 6 3

4 sand/soil Powercrete 22-kV-XLPE-cable (6 RMS/25) 5,4 W/(K m) 3,85 W/(K m) 7 8 4

5 Pflug-Verlegung von Leerrohren für Hoch/Höchstspannungskabel Quelle: IFK sqmm Segmentleiter oder 2.5 sqmm mit isolierten Drähten Quelle: Nexans, 26 5

6 Power-Tube im Infrastrukturkanal 35 Kabel Muffe gesamt /* /S-km*a 3 25 r 2 5 gesamt intern 5 Lieferlängen bis zu 3 km l = 77 m m l = ohne 2 SF 5 mit qmm 2 qmm 25 qmm 4 qmm 2 qmm 25 qmm AS Kabel mit integrierter elektromagnetischer Schirmung IES Cable 2 6

7 Power-Tubes Beeinflussungsarme Kabel mit minimalem Trassenbedarf und maximaler Zuverlässigkeit 3 Power-Tubes Quelle: Stein&Partner Kabel ohne zusätzlichen Trassenbedarf 4 7

8 no field no fire no arc no shock no coupling Tunnel mit vier Kabelsystemen und zwei Reserveadern Leiterstrom Rückstrom 5 Kabelsystem Freileitung Leistungsschalter Reserve-Ader Kabelsystem 2 Störungen bei Ader-Redundanz

9 RA OHL ca. 4 m KW KW KW KW KW KW Rohr-SS Traverse ÜA Rohr-SS ca. 4 m RA Kombi- Wandler ca. 5 m OHL ca. 35 m RA Traverse ÜA Wandler DF Wandler SS DF SS RA ca. 35 m Kabel ca. 35 m Wandler Kabel 7 Verfügbarkeit,4 h/( km*a) tv,3,2, 22,7 a OHL,22*/ 8 h,45* 6 h 4.2 a,45* h,42*/ 5 min 2 h,45* 5 min Cigré: 6 h 687 a,3*/ 5 min 2 h,2*/ 5 min 9 h 463 a a 8 9

10 Vorteile der Power-Tube-Systeme Grabenlose Verlegung möglich mechanisch geschützt; thermisch günstig geringste Umweltbeeinflussungen (thermisch; magnetisch) Wärmerückgewinnung und Vorkühlung möglich schmale Trassen; ggfs. ohne zusätzlichen Trassenbedarf Tunnelvorteile nutzbar; Tunnelprobleme entschärft Entkopplung der Kabeladern; kleinstmögliche Reaktanzen kein Cross-Bonding; keine Wartung; keine Längsspannungen mit Reserveadern höchste Verfügbarkeit 9 allgemeine Folgerungen: 2

11 Riniken/Schweiz 2er-Bündel 2x635 Al; Umwegfaktor,37 3er-Bündel 3x635 Al; Umwegfaktor,2 Chamoson-Chippis / Wallis 8 Mio.SFr. 7 3,76 8 Mio.SFr. 7 5, 6 6 K ,,4,95 2,22 K ,,63 2,37 2,95 l Kabel = km UG OG UG OG km 3 km l Kabel = km UG OG UG OG km 3 km 3er-Bündel 3x49;, SFr/kWh 4er-Bündel 4x65;, SFr/kWh 22

12 3 MVA; l = 5 km; ka =.27; c =.66 /kwh 5 Mrd. 4 3 MW / 5 km k A =.27 3 /kva investment losses c E= 6.6 ct/kwh 2*,7 % 38 kv unipolar: cable: 4*2 Al OHL: 2*684/85 unipolar mit Redundanz n = z 5 Mrd. 4 3 MW / 5 km k A =.27 3 /kva investment losses c E= 6.6 ct/kwh 2*,7 % 38 kv unipolar: cable: 4*2 Al OHL: 2*684/85 unipolar mit Redundanz n = 2 z 3 3 c 2 OHL % cab/ohl % cab/ohl 5 % cab/ohl 2 % cab % HVDC VSC OHL % HVDC VSC c 2 OHL % cab/ohl % cab/ohl 5 % cab/ohl 2 % cab % HVDC VSC OHL % HVDC VSC Kostenvergleich 38 kv SRU-Studie: Teilverkabeltes Overlay-Netz

13 5 Hz/ 6,7 Hz 5 kv Küste 2 5 kv bipolar 245 kv 2 MW km 3 38 kv 2 bipolar 245 kv 2 MW 5 km Overlay-Netz 6,7 Hz? HVAC > 5 kv? bipolar? bipolar 38 kv 4 MW 38 kv 5 km 38 kv Verbundnetz 4 38 kv 25 Vorteile eines 6,7 Hz -Overlay-Netzes: Drehstromtechnik weitgehend verfügbar 5 kv-kabel verfügbar; 75 kv-kabel machbar uneingeschränkte Vernetzbarkeit extreme Übertragungslängen möglich Kabelverluste ähnlich wie HVDC-Kabel Regeleigenschaften wie bei HVDC keine zentralen offshore-umrichteranlagen (Verluste entfallen) verlustarme Windpark-Verkabelung Einspeisung ins DB-Netz möglich 26 3

14 Innovationen nutzen!! Leiterstrom Rückstrom OHL OHL Rohr-SS Traverse ÜA Rohr-SS Traverse ÜA SS DF SS Kombi- Wandler ca. 5 m Kabel ca. 35 m Wandler Kabel 27 4