HuH-Kabel Ein Vergleich unterschiedlicher Kabeltechnologien

Transkript

1 HuH-Kabel Ein Vergleich unterschiedlicher Kabeltechnologien Heiner Brakelmann Forum NuN, Frankfurt, 08. Mai 2015, 08:30 1

2 Zielsetzung: HVAC-Teilverkabelungen mit verbesserten Eigenschaften heute keine: Stromautobahnen (mit Polymerbeton-Isolierung) Strom-Super-Highways (mit SF6/N2-Isolierung) 2

3 Freileitungen (OHL) klassische Lösung für den Netzausbau für alle Spannungsebenen verfügbar lange Erfahrung mit Errichtung und Unterhalt geringe Investitionskosten aber: Beeinflussung des Landschaftsbildes elektrische und magnetische Felder geringe Akzeptanz Verzögerungen in Genehmigungsverfahren Unterirdische HuH-Kabel (UGC) klassische Lösung für städtischen Netzausbau und für Teilverkabelungen > 20 Jahre Erfahrung mit XLPE-Kabeln 380kV verfügbar bis 500 kv höhere Akzeptanz aber: reduzierte Verfügbarkeit magnetische Felder und thermische Einflüsse signifikante Tiefbauarbeiten und Korridore weniger Erfahrungen im Vergleich zur OHL

4 Trassenbeispiele 4

5 PowerTubes-Prinzipien (HVAC + HVDC) Erhöhte Verfügbarkeit durch Reservekabel und Umschaltmöglichkeiten umweltfreundliche Baumethoden Reduktionsmaßnahmen für magnetische und thermische Felder Zugänglichkeit bzw. leichte Reparierbarkeit und Austauschbarkeit geringe Landinanspruchnahme; kleine Übergangsbereiche günstige Trassenführung; Nutzen von Infrastrukturen Erleichterung der Genehmigungsverfahren

6 Nichtverfügbarkeiten von 380-kV-Systemen (mit externen Einwirkungen) 1 System OHL; 2 Systeme UGC mit 0/1 Reservekabel (RA)

7 Quelle: Dupré-Bau, Speyer offene Bauweise

8 Vortriebslängen: > 1250 m geschlossenes Bohrverfahren

9 Kosten: 30 %? bis zu 800 m/tag keine Wasserhaltung PipeExpress Herrenknecht halboffene Bohrverfahren Kosten: % bis zu 100 m/tag S&P Consult Anwendung: PowerTubes im Stahlrohr 9

10 mit Kühlung: A Legetiefe 1,5 m; a = 350 mm; I = A Anwendung: PowerTubes im Stahlrohr

11 A, CH: B < 500 mt I = 2x3600 A PowerTubes im Leitungsgang: in Al-Rohren

12 PowerTubes im Leitungsgang: mit schaltbaren Kompensationsleitern und Kapselung im Muffenbereich

13 PowerTubes im Leitungsgang: Maximale magnetische Induktion (I = 2x3.600 A) im Durchgang von 1,0 m mit und ohne Kompensationsleiter, als Funktion des Fehlerfalls (1 6) und der Phasenfolge: blau: 1-6/1-6; gelb: 1-1/1-1; rot: 1-3/1-3 1 = L1-L2-L3; 6 = L3-L2-L1; 3 = L2-L3-L1

14 Leiter-Erde-Spannungen beim Wiedereinschalten Schirmspannungen beim Wiedereinschalten 14 Kabel mit Kompensationsleitern: 42 el.magnetisch verkoppelte Leiter Schirmspannungen beim einpoligen Erdschluss

15 Übergangsfeld für 4 Kabelsysteme mit zwei Reservekabeln Flächenbedarf etwa 1600 m 2 ; KEV = Kabelendverschluss; ÜA = Überspannungsableiter; KW = Kombiwandler ; SS = Sammelschiene; RA Reservekabel rechts: Südring Amsterdam (ohne Reservekabel)

16 Übergangsfeld mit Trennschaltern (hier für 1 Kabel-Doppelsystem mit RA) rechts unten: Seitenansicht bei gekapselter Ausführung

17 Kosten (Kosten???) 17

18 LG = Leitungsgang (3,0 m) ISK = zweizügiger Infrastrukturkanal Vollkostenvergleich Normaltrasse (NT) und PowerTubes-Ausführung

19 Beispiel 1: Riniken Trassee/Bilder: Bereich Gäbihügel Schutz einer Landschaft von nur mittlerer Bedeutung

20 2er-Bündel 2x635 Al; Umwegfaktor 1,37 p = 3,75 %; t =1,7 %; 0,0633 /kwh 2er-Bündel 2x635 Al; Umwegfaktor 1,37 3er-Bündel 3x635 Al; Umwegfaktor 1,0 reduzierter Verlust-Mittelwert Einflussfaktoren bei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 20

21 Kostenfaktor 15 Investitionskostenfaktor 5,7 6,8 Vollkostenfaktor 0,9 1,8 2 statt 4 Kabelsysteme (+ 1 RA) Lieferlängen > 1000 m statt < 500 m keine Muffen Zweierbündel 2x635 (hohe Verluste) Umwegfaktor 1,37 2*1920 A niedriger interner Zinsfuss p = 3,75 % Inflationsrate 1,7 %/ 3,5 % niedrigere Tunnelkosten niedrigere Kabelkosten Kenngrössen der Vorstudien 21

22 Abweichungen der aktuellen Trasse gegenüber der Gerichtstrasse : 1. Anhebung des Höchststroms von 2x1.920 A auf 2x2.530 A Folge: Vier statt zwei Kabelsysteme 2. Senkung der Strom-Mittelwerte von 2x1000 A (52,1 %; ka = 27 %) bzw. 2x850 A (44,3 %) auf 800 A/500 A (31,6 %/19,8 %; ka = 10 %/4 %) Folge: Minderung der Verlustmittelwerte und Verlustkosten um > 60 % 3. Südliches Übergangsfeld verlagert Folge: Trassenverlängerung um rd. 30 % und Bohrungsbereich unter SBB 4. Anschlussabschnitte der Freileitung mit berücksichtigt 5. Mindest-Legetiefe von auf 1,2 m vergrößert 6. Belastungsgrad m < 1,0 7. Keine Re-Investitionen bei der OHL nach 40 a; bei den Kabeln: Metall-Restwerte berücksichtigt a) aktuelle Trasse (1.120 m+hdd) mit 800 A/500 A: VKF 2,34 b) aktuelle Trasse mit 850 A/850 A: VKF 1,74 c) Gerichtstrasse (950 m) mit 850 A/850 A: VKF 1,13

23 Beispiel 2: Gommerleitung

24

25 offener Graben: phase splitting-anordnung NISV: IGW = 100 mt AGW =1 mt

26 Vorhandener Wasserstollen (l = 3 km) (Kompensationsleiter nicht eingezeichnet) PowerTubes im Leitungsgang: mit schaltbaren Kompensationsleitern

27 Querung des Binnatals mit Fussgängerbrücke Schirmung mit obenliegender Al-Platte oder mit Stahlkasten

28 2,9 3,9 4,2 4,3 5,6 5,8 bei 90 km OHL + 10 km Kabel: VKF : (90x4,8+10x18,7)/(100x4,8) = 1,3

29 Treibhausgasemission kumulierterenergieaufwand (KEA) Ökologische Bewertung aber: Freileitung hat noch Potential (Leiterseile)!

30 Noch etwas Technik? R3 1,00 m R4 oder Schluss??? - 0,50 m 1,30 m 2,00 m Fernheizleitung R1 R2 4,30 m 4,65 m Beseitigung thermischer Engpässe durch eine Gravitationskühlung h u 5,00 m 0,0 m 0,2 m 0,6 m 0,8 m

31 160 C c 90 C mit Kühlung, mit FWQ ohne Kühlung, mit FWQ ohne Kühlung, ohne FWQ mit Kühlung, ohne FWQ Ertüchtigung thermischer Engpassbereiche durch eine Gravitationskühlung H. Brakelmann, V. Waschk ew, 2015 H2, pp I = 3467 A; m = 0,80 l 0 = 50 m l 0 = 1000 m h u

32 220-kV-ductbank MS-ductbank Dampfleitung (180 C) 220-kV-VPE-Kabel Geplante Anlage in Kanada A novel cooling solution for an intersection of a 2x2 duct bank with hv cables crossed by a steam pipe H. Brakelmann, G. Anders, S. Cherukapalli Jicable, Versailles, June 2015