The challenge of combining technical forecast and longer term energy system planning.

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1 Günter Stark, ABB AG, Tel: , Hochspannungsnetzausbau in Deutschland The challenge of combining technical forecast and longer term energy system planning. May 4, 2012 Slide 1

2 Erneuerbare Energien in Mitteleuropa Neue Anforderungen an das Übertragungsnetz Neue Wasserkraft- und Pumpspeicherwerke in Skandinavien Mehr als 25 GW aus Windkraft in Nordund Ostsee Neue Wasser- und Pumpspeicherwerke in den Alpen Quelle: DG Energy, European Commission Winde Solar Wellen Bio Neue Solar Kraftwerke in Nordafrika und im mittleren Osten Erzeugung fern von Verbrauchszentren Wind Energie insb. Offshore Wasserkraftwerke Solar Kraftwerke (langfristig) Kleine dezentrale Erzeugungseinheiten Photovoltaik Blockheizkraftwerke Volatile Erzeugung Wind Energie Solar Enegrie Zentral Europa wird die Drehscheibe für Energieübertragung und Handel May 4, 2012 Slide 2

3 Die Entwicklung der elektrischen Übertragungsnetze Nach den ersten Schritten mit Gleichstrom setzte sich schließlich die Wechselstrom (Drehstrom) Technik durch Energieübertragung über große Entfernungen auf dem Hochspannungspegel von 750kV/400kV, um die Verluste gering zu halten Stromproduktion und Stromverbrauch in derselben geographischen Region. May 4, 2012 Slide 3

4 Übertragungsnetze der Zukunft Ferntransportkapazität Ultra-Höchstpannungs-Overlay-Netz HVDC-Systeme Lastflusssteuerung und Blindleistungskompensation: Flexible Alternating Current Systems (FACTS) Weitbereichsüberwachung neue Überwachungsqualität besseres Systemverständnis Unterstützung in Krisensituationen May 4, 2012 Slide 4

5 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung ist keine neue Technologie 1954 Erste kommerzielle HVDC mit Quecksilberdampfgleichrichter 1970 Erste Thyristor-Ventile für HVDC 1980 Die größte Leistung, Itaipu MW 1997 Erste kommerzielle HVDC Light Installation 2008 NorNed, das längste Seekabel geht in Betrieb 2009 BorWin1, erste Netzanbindung für einen Offshore Windpark kv HVDC Übertragung in Betrieb May 4, 2012 Slide 5

6 Anwendungsbereiche HGÜ Klassische Anwendungsbereiche Asynchrone Verbindung verschiedener Drehstromnetze Weiträumiger Leistungstransport Elektrische Seekabelverbindungen Neue Anwendungsbereiche Anbindung von Offshore-Windparks Verstärkung und Stabilisierung bestehender Drehstromnetze durch parallelen Betrieb von HGÜ-Systemen (hybride Netze) May 4, 2012 Slide 6

7 Netzverhalten HVDC HVDC Classic HVDC Light 600 MW, 80 x 180 m benötigt Blindleistung Kurzschlussleistung / stabiles Netz wird benötigt minimaler Leistungsfluss erforderlich Leistungsflussumkehr nur mit Verzögerung bei Kabelsystemen Filterschaltungen notwendig bei sich ändernder Wirkleistung 350 MW, Gebäude 24 x 90 m unabhängige Blindleistungsregelung benötigt keine Kurzschlussleistung jeder Wirkleistungsfluss einstellbar sofortige Leistungsflussumkehr keine Filterschaltungen notwendig Verwendung von Kunststoffkabeln möglich May 4, 2012 Slide 7

8 Xiangjiaba Shanghai, China Das längste und leistungsstärkste HVDC System Kunde: SGCC Übertragungsleistung: MW DC Spannung: ± 800 kv Länge der Freileitung: km Verluste: < 7 % AC Spannung: 525 kv Hauptgründe für HVDC: Stromtransport über große Distanz Geringer Flächenbedarf Geringe Verluste May 4, 2012 Slide 8

9 Longquan- Three Gorges MW May 4, 2012 Slide 9

10 ABB HVDC Systeme Light und Classic seit 1954 May 4, 2012 Slide 11 Nelson River 2 CU-project Vancouver Island Pole 1 Rapid City Square Butte Pacific Intertie Pacific Intertie Upgrading Pacific Intertie Expansion Intermountain IPP Upgrade Blackwater Highgate Châteauguay Outaouais Quebec- New England EWIP English Channel Dürnrohr Sardinia-Italy Sapei Cross Sound Eagle Pass Sharyland Hällsjön Hagfors Troll Rio Madeira Itaipu Inga-Shaba Caprivi Link Skagerrak 1-3 Valhall NorNed Konti-Skan Tjæreborg BorWin1 Apollo Upgrade Cahora Bassa Brazil-Argentina Interconnection I&II Italy-Greece ChaPad Vizag II Rihand-Delhi Vindhyachal 56 HVDC Classic Projekte seit HVDC Classic Upgrades seit HVDC Light Projekte seit 1997 FennoSkan 1&2 Estlink Gotland 1-3 Gotland Light SwePol Baltic Cable Kontek Hülünbeir- Liaoning Lingbao II Extension Three Gorges-Changzhou Three Gorges-Shanghai Sakuma Gezhouba-Shanghai Xiangjiaba-Shanghai Three Gorges-Guandong Leyte-Luzon Broken Hill New Zealand 1&2 Directlink Murraylink

11 Planned Future HVDC Projects by 2020 in China May 4, 2012 Slide 12 (The year means project in operation) Humeng Shandong 800kV, 6400 MW, 2015 Humeng - Tianjing Irkutsk (Russia) - Beijing 800kV, 6400 MW, kV, 6400 MW, 2015 Ningxia - Tianjing Russia 3000 MW, 2010 Hami C. China 800kV, 6400 MW, 2018 Xianjiaba Shanghai 800kV, 6400 MW, 2011 Xiluodu - Hanzhou 800kV, 6400 MW, 2015 Xiluodu - Hunan 800kV, 6400 MW, 2014 Jinsha River II East China 800kV, 6400 MW, 2016 Jingping East China 800kV, 6400 MW, 2012 Jinsha River II East China 800kV, 6400 MW, 2019 Jinsha River II - Fujian 800kV, 6400 MW, 2018 Nuozhadu-Guangdong 800kV, MW, 2015 (Indicative map) NW-Sichuan (Baoji Deyang) 3000 MW, 2011 Xinjiang Xizang Qinghai Bangkok Gansu NWPG SCPG Sichuan & Chongqing Yunnan NCPG Ningxia Inner Mongolia Shaanxi Guizhou Guangxi Shanxi Jinghong-Thailand 3000MW, 2013 Hainan Jiangsu Henan Anhui CCPG ECPG Shanghai Hubei Hunan Beijing Tianjin Hebei Shandong Jiangxi Fujian Guangdong Liaoning Zhejiang NEPG Heilongjiang Jilin Taiwan BtB Northeast-North (Gaoling) 1500 MW, 2008 North Shaanxi-Shandong 3000 MW, 2011 BtB Shandong - East 1200 MW, 2011 BtB North - Central 1000 MW, 2012 Lingbao BtB Expansion 750 MW, 2009 Goupitan - Guangdong 3000 MW, 2016 Yunnan - Guangdong 800kV, 5000 MW, 2009 BtB China-Russia (HeiHe) 750 MW, 2008 FarEast (Russia) NE China 3000 MW, 2010 Humeng - Liaoning 800kV, 6400 MW, 2018 Hulunbeir (Inner Mongolia) - Shenyang 3000 MW, 2010 Gezhouba-Shanghai Expansion 3000 MW, 2011

12 Offshore Windpark Cluster in der Nordsee Von der Vision zur Realität. Borwin Dolwin Sylwin Helwin Borwin Vergabejahr BorWin BorWin BorWin DolWin DolWin DolWin DolWin HelWin HelWin SylWin SylWin May 4, 2012 Slide 13

13 BorWin1 Die Plattform auf dem Weg zum Ziel May 4, 2012 Slide 14

14 BorWin1 Landkabelverlegung May 4, 2012 Slide 15

15 Offshore-Netzanschluss DolWin alpha Erste 320-kV-VPE-Gleichstromkabelverbindung Leistung: 800 MW DC-Spannung: ±320 kv Bemessungsstrom: A Länge Seekabel: 2 x 75 km Länge Landkabel: 2 x 90 km Geplante Inbetriebnahme: 2013 Seekabel (links) Leiter: mm 2 Cu Kabeldurchmesser: 125 mm Gewicht an der Luft: 44 kg/m Gewicht im Wasser: 32 kg/m Landkabel (rechts) Leiter: mm 2 Al Kabeldurchmesser: 114 mm Gewicht: 13 kg/m Quelle: transpower stromübertragungs gmbh 2010 May 4, 2012 Slide 16

16 High power transmission to load centers From small DC grid towards integrated DC grid? North Sea DK NL ~ = BE ~ = FR ~ = = ~ = ~ ~ = = ~ I ~ = I = ~ ~ = = ~ I = ~ ~ = Baltic Sea I = ~ ~ = = ~ ~ = CZ ~ = PL First stage Point-to-point transmission Second stage Radial multi-terminal Third stage Connect the different multiterminals through sectionalising DC Grid Breakers Overhead lines and/or cables, different ratings on converters Initial plan for all stages! CH = ~ = ~ AT May 4, 2012 Slide 17

17 Onshore DC Netze May 4, 2012 Slide 18

18 Transmission Capacity Entwicklungstrends Höhere Spannungen für höhere Leistungen MW Aluminum conductor 600 kv 400 kv 320 kv Conductor area mm 2 Entwicklungstreiber Stark wachsendes Interesse an Erdverkabelung als Alternative zur Freileitungslösung Substitution von vorhandenen 400- kv-freileitungen Forderung nach Übertragungsleistungen von bis MW pro System 500-kV-Kabel in Japan in Erprobung Für Spannungen von 800 kv und darüber eventuell neue Herstellungstechnologien May 4, 2012 Slide 19

19 Beispiel Entwicklungsschritte DC Kabel 1997 Hellsjön Prototype 95 mm 2 Al ± 10 kv 3 MW 2000 Directlink 390 km 630 mm 2 Al ± 80 kv 60 MW 2001 Murraylink 360 km mm 2 Al ± 150 kv 220 MW 2004 Estlink 200 km mm 2 Al ± 150 kv 350 MW 2007 Borkum km mm 2 Al ± 150 kv 400 MW 2008 Up to mm 2 Al ± 320 kv MW May 4, 2012 Slide 20

20 Ausblick Nächste Entwicklungsschritte Neues IGBT-Modul. Sperrspannung: 4,5 kv Stromtragfähigkeit: 2 ka Von der Punkt-zu- Punkt-Verbindung zum DC-Netz. Quelle: ABB VSC-HGÜ - HVDC Light : DC-Spannung: 640 kv Leistung: MW Verluste pro Konverter: < 0,9 % DC-Kabel DC-Spannung: 640 kv Wassertiefen bis m Aufbau von Gleichstromnetzen (z.b. OffshoreGrid) Zusammenwirken mit dem Drehstromnetz: Hybrides AC-/DC-Netz Überlagertes DC-Netz Standardisierung erforderlich Cigré (WG B4.52 HVDC Grid Feasibility study und weitere 5 neue WGs), CENELEC, IEC usw. May 4, 2012 Slide 21

21 May 4, 2012 Slide 22