Strom- Übertragungstechnologien

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1 Strom- Übertragungstechnologien Dr.-Ing. Klaus-Dieter Dettmann Helmut-Schmidt-Universität

2 Höchstspannungsfreileitung (380 kv) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 2

3 Wichtige Daten einer Höchstspannungsfreileitung Masthöhe Mastbreite Abstand der Leiterseile Länge der Isolatorketten Abstand Leiterseil- Erdboden Grundfläche Mastfundament Spannweite zwischen Masten gesamte Trassenbreite m ca. 35 m 5-6 m 5 m mindestens 8,50 m m² ca. 400 m m m Trassenbreite einschließlich Schutzstreifen: muss von hochwachsenden Bäumen freigehalten werden. Landwirtschaftliche Nutzung unter der Leitung uneingeschränkt möglich (mit Ausnahme der Mastfüße). Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 3

4 Aufbau eine Höchstspannungskabels (380 kv) Für Landtransport maximal realisierbar: 2500 mm² Dicke der Isolierung bei 2500 mm²: ca. 3 cm Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 4

5 Höchstspannungskabel (380 kv) weltweit noch keine Erfahrung mit langen Höchstspannungs- Kunststoffkabeln Maximal zusammenhängende Längen bisher ca. 15 km Ausnahme: 40-km-Kabel in Japan im Tunnel (längere Teilkabel, auf Seeweg transportiert) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 5

6 Erdverlegung von Höchstspannungskabeln (4 Systeme) Quelle: TenneT Beispiel: Gesamtbreite im Bau 45 m, danach: ca m Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 6

7 Erdverlegung von Höchstspannungskabeln Trassenbreite bei direkter Verlegung in Erde (Eurocable): Abstand der Systeme: 2,50 m bis 8 m, normal 5 m (abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens) für 8 Systeme : fertige Trassenbreite m (normaler Boden) kleinere Trassen bei Verlegung in Bett aus Magerbeton eingeschränkte landwirtschaftliche Nutzung (keine tiefwurzelnden Gewächse) Bodenaustrocknung berücksichtigen Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 7

8 Erdverlegung von Höchstspannungskabeln (Quelle: Europacabel) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 8

9 Höchstspannungskabel (380 kv) Maximale Segmentlänge eines Teilkabels: m Verbindung üblicherweise mit Muffen in Muffenbauwerken: (Quelle: europacable) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 9

10 Tunnellösung (Berlin) 2 Tunnel: 6,3 km und 5,2 km lang, m tief Bodenaushub: m³ Mehrkosten: 200 Mio. (Faktor 30) pro System: 1100 MW (Zwangsbelüftung) 6000 MW: 3 parallele Tunnel nötig (Quelle: Vattenfall Europe) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 10

11 Vergleich 380 kv-freileitung/kabel und 110-kV-Kabel Übertragungsleistung: 6000 MW Leitungstyp 380-kV-Freileitung, 4x264 mm² 380-kV-Freileitung, 4x562 mm² 380-kV-Erdkabel, 2500 mm² 110-kV-Erdkabel, 1200 mm² Anzahl 1 (4 Systeme) 1 (2-3 Systeme) Kabel 90 Kabel Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 11

12 Kompensation von Höchstspannungskabeln Aus technischen Gründen fließen in Höchstspannungskabeln auch ohne Leistungsübertragung Ladeströme. Sie müssen alle km kompensiert werden: (Quelle: Siemens) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 12

13 Zuverlässigkeit Wegen fehlender Erfahrungen mit langen 380-kV-Kabeln werden 110-kV-Kabel (im ländlichen Bereich) mit 110-kV-Freileitungen verglichen und hochgerechnet: Freileitung Kabel Ausfallrate 0,0079 / km / a 0,0033 / km / a mittlere Ausfalldauer 3,2 h 68,2 h Ausfälle pro Jahr bei 100 km Nichtverfügbarkeit / Jahr 0,79 0,33 2,5 h 22,5 h (Studie Brakelmann WindEnergie e.v.) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 13

14 Zuverlässigkeit Reparaturdauer bei Kabelfehler 1 Woche bis zu 1 Monat (auch länger) 1998 Auckland/Neuseeland 18 Tage ohne Strom, danach Notversorgung über prov. Freileitung Bei Freileitung sind viele Fehler nach kurzzeitiger Abschaltung wieder weg, Reparatur schneller Lebensdauer: Freileitung Jahre, Kabel ca. 40 Jahre? Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 14

15 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Übertragung mit Gleichstrom statt Wechselstrom. Sowohl mit Freileitungen als auch mit Kabeln möglich. Vorteile: höhere Belastbarkeit nur 2 statt 3 Kabel pro Übertragungssystem Nachteile: Umrichterstationen am Anfang und am Ende der Leitung erforderlich, Flächenbedarf m² keine VPE-Kabel nur Punkt-zu-Punkt Übertragungen möglich (keine Abzweige zulässig) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 15

16 HGÜ mit neuer VSC-Technologie HVDC Light (ABB), HVDC PLUS (Siemens) VSC = Voltage Source Controlled arbeitet selbstgeführt (braucht kein Netz zur Taktung) Vorteile: Geringerer Platzbedarf für die Umrichterstationen VPE-Kunststoffkabel verwendbar (Diese Kabel sind nicht für klassische HGÜ geeignet) eingeschränkt Abzweige möglich Nachteile: bisher nur für Leistungsbereich MW geeignet (ABB) höhere Verluste höhere Kosten Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 16

17 Vergleich der Technologien für 6000 MW Drehstromfreileitung, 2 Systeme Drehstromkabel, 6-8 Systeme m Gleichstromkabel, 5 Systeme m (ohne Baustraße) 35 m Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 17

18 Kostenvergleich für 6000 MW über 400 km (VDE) Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 18

19 Vor- und Nachteile von Freileitungen und Kabeln Kriterium Freileitung Kabel Belastbarkeit hoch gerínger Überlastbarkeit Leistungsreserven gering, auf Kosten der Lebensdauer Ladestrom kleiner hoch Nichtverfügbarkeit geringer, Reparaturdauer Stunden bis Tage höher, Reparaturdauer Woche bis Monat Lebensdauer Jahre noch keine Erfahrungswerte; ca. 40 Jahre Umwelteinfluss sichtbar; breitere Trasse, landwirtschaftlich nutzbar nicht sichtbar; kleinere Trasse mit eingeschränkter Nutzung; Bodenaustrocknung Dr.-Ing. K.-D. Dettmann Strom-Übertragungstechnologien 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit