ABB Group April 4, 2011 Slide 1

Transkript

1 Raphael Görner, ABB AG, Tel: , Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung nicht nur für die Netzanbindung von Offshore Windparks April 4, 2011 Slide 1

2 Zubau in MW installierte Leistung in MW Zubau in MW installierte Leistung in MW Elektrische Energieversorgung und Klimaschutz Gegenwart und Ziele in Deutschland Zubau installierte Leistung Quelle: Bundesverband Windenergie e.v Zubau installierte Leistung Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft e.v. Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft e.v., 2010 geschätzt 0 Inst. Leistung Wind und Sonne Ende 2010: rund MW Lastspitze: MW Ziel: über 30 % aus erneuerbaren Quellen im Jahr 2020 Stand Ende 2010: 17 % (Wind: 6,2 %, Photovoltaik: 2,0 %) April 4, 2011 Slide 2

3 Umgestaltung des Erzeugungssektors Grundlegende Änderungen Lastferne Erzeugung in großen Anlagen Windenergie, vor allem offshore Wasserkraft Alpen, Skandinavien Wegfall der Erzeugung großer Kernkraftwerksblöcke im Süden Deutschlands Dezentrale Erzeugung in kleinen Anlagen Photovoltaik Kraft-Wärme-Kopplung Volatile Erzeugung Windenergie Sonnenenergie April 4, 2011 Slide 3

4 Umgestaltung des Erzeugungssektors Auswirkungen Treiber konv. Erzeugung Übertragung Verteilung Betriebsführung Anwendung Lastferne Erzeugung Ferntransporte Overlay- Netz/HGÜ Dezentrale Erzeugung Fernüberwachbarkeit und steuerung der Verteilnetze Kommunikationsanbindung Steuerung Volatile Erzeugung Teillastfähigkeit Flexibilität überregionaler Ausgleich Overlay- Netz/HGÜ Einbeziehung der Verbrauchsseite in die Steuerung Speicher Lastbeeinflussung April 4, 2011 Slide 4

5 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung ist keine neue Technologie Erste kommerzielle HGÜ Verbindung wurde 1954 in Betrieb genommen (100 kvdc, 20 MW) April 4, 2011 Slide 5

6 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 April 4, 2011 Slide 6

7 HVDC Light Projects 11 systems installed 5 projects under construction Tjäreborg 2000,7 MW Valhall 2011, 78 MW Troll 2004, 80 MW Estlink 2006, 350 MW EWIP 2012, 500 MW Gotland 1999, 50 MW Eagle Pass 2000, 36 MW Cross Sound 2002, 330 MW BorWin , 400 MW Caprivi Link 2010, 300 MW DolWin , 800 MW Skagerrak , 700 MW NordBalt 2015, 700 MW Hällsjön 1997, 3 MW Directlink 2000, 180 MW Murraylink 2002, 220 MW April 4, 2011 Slide 7

8 HVDC Light Projekte in der Nordsee SylWin BorWin HelWin BorWin1 DolWin DolWin1 April 4, 2011 Slide 8

9 Netzanbindungen für Offshore Windparks Verschiedene Leistungsklassen Offshore Windpark(s) Offshore AC-Plattform Offshore HVDC Light DC Kabel Onshore HVDC Light TSO Netz MW: ± 80 kv HVDC Light MW: ± 150 kv HVDC Light MW:± 320 kv HVDC Light April 4, 2011 Slide 9

10 BorWin1 Die erste kommerzielle HVDC-Netzanbindung der Welt Leistung: Länge: Anforderungen 400 MW 125 km Seekabel 75 km Landkabel schlüsselfertige Lieferung der Windparkanbindung Einbindung in das Übertragungsnetz entsprechend den Anforderungen des Übertragungsnetzbetreibers kurze Lieferzeit Quelle: transpower Vorteile modulares Erweiterungskonzept Geringe Verluste April 4, 2011 Slide 10

11 BorWin1 Die Plattform auf dem Weg zum Ziel April 4, 2011 Slide 11

12 HVDC Light Landkabelverlegung April 4, 2011 Slide 12

13 BorWin1 Die Plattform in Betrieb April 4, 2011 Slide 13

14 DolWin1 Deutschland Eine der leistungsstärksten Netzanbindungen weltweit Quelle: transpower Leistung: Länge: 800 MW Inbetriebnahme:2013 Anforderungen kurze Lieferzeit 75 km Seekabel 90 km Landkabel Zuverlässige Netzintegration von mehreren Offshore Windparks Rekorde: Leistungsstärkste Netzanbindung 320 kv XLPE DC Kabel Längste Landkabelstrecke in Europa April 4, 2011 Slide 14

15 I (A) HVDC Produkt Portfolio Hydro Leistung in MW Solar Solar U (kv) Light Light Kabel / Freileitung Light/Classic Kabel / Classic Freileitung Classic Freileitung Classic BtB April 4, 2011 Slide 15

16 Entwicklung "HVDC Light" Von Generation 1 zu Generation 4 Generation 1 (1997) Zwei-Punkt-Umrichter Umrichterverluste 3 % + U d - U d AC Filter Hohe Schaltfrequenz Grundschwingung 0 2 Generation 4 (2010) Kaskadierte Zwei-Punkt-Umrichter (CTLC) Umrichterverluste 1 % + U d Keine AC Filter Niedrige Schaltfrequenz (pro Zelle) 0 CTL Spannung am Umrichter 2 - U d April 4, 2011 Slide 16

17 HVDC Light Neue HVDC Light Ventilbauform - Doppelzelle April 4, 2011 Slide 17

18 HVDC Light Kontinuierliche Weiterentwicklung 3,5% 3,0% Gen. 1 Kontinuierliche Weiterentwicklung der HVDC Light Technologie führt zur Erhöhung der Effizienz 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% Gen. 2 HVDC Light Gen. 3 Gen. 4 Bereits 15 Jahre Erfahrung in mehr als 10 Projekten weltweit 1000 MW 0,5% HVDC Classic 0,0% Grenze zwischen HVDC Light und HVDC Classic verschwimmt April 4, 2011 Slide 18

19 Zunehmende Anforderungen an die Übertragungsnetze dena II: Erzeugungs- und Übertragungsengpässe 2020 Power generation excess or demand in different regions in 2020 Power not transmittable between regions based on planed grid 2015 April 4, 2011 Slide 19

20 Onshore HVDC Übertragung dena II: DC Overlay Netz April 4, 2011 Slide 20

21 Unterschiede der Leistungsübertragung AC und DC AC X ~ ~ U 1, d Blindleistung P = U 1 U 2 X sin d DC ~ R U d1 U d2 ~ U 2, 0 U 1, d U 2, 0 P 1 = U d1 (U d1 - U d2 ) R Leistungsübertragung abhängig vom Übertragungswinkel Stabilität abhängig vom Übertragungswinkel Kurzschlussstrombegrenzung durch Reaktanzen Massenträgheit wirksam Leistungsübertragung abhängig von Spannungsdifferenz Stabilität unabhängig von Übertragungswinkel (Entkopplung der Systeme) Kurzschlussstrombegrenzung durch ohmsche Widerstände Leistungsregelung April 4, 2011 Slide 21

22 Vergleich der Technologien für MVA Übertragungsleistung 2 Freileitungssysteme 4 AC Kabelsysteme 50 m 3 DC Kabelsysteme 25 m 5 m 5 m m April 4, 2011 Slide 22

23 Süd-West Link (Southwest Link) Bau erfolgt in zwei Phasen: Nord-Süd Verbindung mit Dreh- und Gleichstrom Ost-West Gleichstrom- Verbindung Bipole, metallischer Rückleiter ~ = = ~ Projektbeschreibung Übertragungsleistung: MW (2 x 720 MW) Übertragungsspannung: +/- 300 kv DC Kabellänge: 179 km DC Freileitungslänge: 62 km Zeitplan: Präqualifikationsphase: April/Mai 2010 Ausschreibungsspez.: Sept Angebotsabgabe: März 2011 Angebotsentscheidung: Sept Fertigstellung: Dez ~ = = ~ Zwei parallele 720 MW HGÜ Systeme sorgen für eine teilredundante Ausführung der Übertragungsstrecke April 4, 2011 Slide 23

24 DC-Netze Aufteilung in regionale und überregionale Netze Regionales DC-Netz Überregionales DC-Netz DC-Netz mit einer Schutzzone Kann bereits heute realisiert werden Es werden keine DC-Leistungsschalter benötigt Strahlen- bzw. sternförmige Netzstruktur x DC-Netz mit mehreren Schutzzonen Folgende Technologielücken sind zu schließen DC-Leistungsschalter Leistungsregelung Automatische Netzwiederkehr DC-/DC-Umrichter zum Zusammenschluss regionaler Netze x x x x x x x x x x x x April 4, 2011 Slide 24

25 Ausblick Nächste Entwicklungsschritte Neues IGBT-Modul. Sperrspannung: 4,5 kv Stromtragfähigkeit: 2 ka Von der Punkt-zu- Punkt-Verbindung zum DC-Netz. VSC-HGÜ: DC-Spannung: ± 640 kv Leistung: MW Verluste pro Umrichter: < 0,9 % DC-Kabel DC-Spannung: ± 640 kv Wassertiefen bis m DC-Leistungsschalter Elektronisch Mechanisch Aufbau von Gleichstromnetzen (z.b. OffshoreGrid) April 4, 2011 Slide 25

26 Vision 20XX DC Overlay Netz für EUMENA Grundlagen Cìgré WG B4.52 Feasibility study for DC grids Cenelec standardidzation group DC grids DC Offshore Netz Study Offshore Grid North Sea Countries Offshore Grid Initiative Vernetzung zwischen EU und MENA Desertec Industrial Initiative Medgrid April 4, 2011 Slide 26

27 April 4, 2011 Slide 27