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Hochspannungsnetzausbau in Deutschland The challenge of combining technical forecast and longer term energy system planning.
Günter Stark, ABB AG, Tel: 0621 381 3680, Email: guenter.stark@de.abb.com
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Winde
Solar
Wellen
Bio
Quelle: DG Energy, European Commission
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Erneuerbare Energien in Mitteleuropa Neue Anforderungen an das Übertragungsnetz
Mehr als 25 GW aus Windkraft in Nord-
und Ostsee
Neue Wasser- und
Pumpspeicherwerke
in den Alpen
Neue Wasserkraft- und
Pumpspeicherwerke in
Skandinavien
Zentral Europa wird die
“Drehscheibe”
für Energieübertragung und Handel
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
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Nach den ersten Schritten mit
Gleichstrom setzte sich schließlich die
Wechselstrom (Drehstrom) Technik
durch
Energieübertragung über große
Entfernungen auf dem Hochspannungs-
pegel von 750kV/400kV, um die
Verluste gering zu halten
Stromproduktion und Stromverbrauch
in derselben geographischen Region.
Die Entwicklung der elektrischen Übertragungsnetze
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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
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Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung … … ist keine neue Technologie
1954 – Erste kommerzielle HVDC mit Quecksilberdampfgleichrichter
1970 – Erste Thyristor-Ventile für HVDC
1980 – Die größte Leistung, Itaipu 6.300 MW
1997 – Erste kommerzielle HVDC Light Installation
2008 – NorNed, das längste Seekabel geht in Betrieb
2009 – BorWin1, erste Netzanbindung für einen Offshore Windpark
2010 – 800 kV HVDC Übertragung in Betrieb
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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)
Anwendungsbereiche HGÜ
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Netzverhalten HVDC
600 MW, 80 x 180 m
HVDC Classic
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
HVDC Light
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Xiangjiaba – Shanghai, China Das längste und leistungsstärkste HVDC System
Kunde: SGCC
Übertragungsleistung: 6.400 MW
DC Spannung: ± 800 kV
Länge der Freileitung: 2.000 km
Verluste: < 7 %
AC Spannung: 525 kV
Hauptgründe für HVDC:
Stromtransport über große Distanz
Geringer Flächenbedarf
Geringe Verluste
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Longquan- Three Gorges- 3000 MW
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56 HVDC Classic Projekte seit 1954
14 HVDC Classic Upgrades seit 1991
14 HVDC Light Projekte seit 1997
Troll Nelson River 2
CU-project
Vancouver Island
Pole 1
Pacific Intertie
Pacific Intertie
Upgrading
Pacific Intertie
Expansion
Intermountain
Blackwater
Rio Madeira
Inga-Shaba
Brazil-Argentina
Interconnection I&II
English
Channel
Dürnrohr
Sardinia-Italy
Highgate
Châteauguay
Quebec-
New England
Skagerrak 1-3
Konti-Skan Baltic Cable
FennoSkan 1&2
Kontek
SwePol
ChaPad
Rihand-Delhi
Vindhyachal
Sakuma
Gezhouba-Shanghai
Three Gorges-Shanghai
Leyte-Luzon
Broken Hill
New Zealand 1&2
Gotland Light
Gotland 1-3
Murraylink
Eagle Pass
Tjæreborg
Hällsjön
Hagfors
Directlink
Cross Sound
Italy-Greece Rapid City
Vizag II
Three Gorges-Guandong
Estlink
Valhall
Cahora Bassa
Sapei
Square Butte
Sharyland
Three Gorges-Changzhou
Outaouais
Caprivi Link
Hülünbeir- Liaoning
Lingbao II Extension
Xiangjiaba-Shanghai
BorWin1
NorNed
Apollo Upgrade
EWIP
IPP Upgrade
Itaipu
ABB HVDC Systeme Light und Classic seit 1954
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Guangdong
Fujian
Taiwan
Sichuan &
Chongqing Hubei
Hunan
Jiangxi
Heilongjiang
Inner Mongolia
Hebei
Henan Jiangsu
Shandong
Anhui
Guangxi
Guizhou
Beijing
Tianjin
Shanghai
Jilin
Gansu
Shaanxi
Shanxi
Qinghai
Xinjiang
Xizang
Ningxia
Liaoning
Zhejiang
Yunnan
Hainan Nuozhadu-Guangdong
800kV, 5000-6000 MW, 2015 Bangkok
NW-Sichuan (Baoji – Deyang)
3000 MW, 2011
BtB North - Central
1000 MW, 2012
BtB Shandong - East
1200 MW, 2011
Planned Future HVDC Projects by 2020 in China
Irkutsk (Russia) - Beijing
800kV, 6400 MW, 2015
BtB Northeast-North (Gaoling)
1500 MW, 2008
Goupitan - Guangdong
3000 MW, 2016
Russia
Jinghong-Thailand 3000MW, 2013
Ningxia - Tianjing 3000 MW, 2010
NWPG
NCPG
NEPG
CCPG ECPG
North Shaanxi-Shandong
3000 MW, 2011
Yunnan - Guangdong
800kV, 5000 MW, 2009
SCPG
Hulunbeir (Inner Mongolia)
- Shenyang
3000 MW, 2010
Xianjiaba – Shanghai
800kV, 6400 MW, 2011
Xiluodu - Hanzhou
800kV, 6400 MW, 2015
Xiluodu - Hunan
800kV, 6400 MW, 2014
(The year means project in operation)
Hami – C. China 800kV, 6400 MW, 2018
Humeng – Shandong
Humeng - Tianjing
800kV, 6400 MW, 2016
Humeng - Liaoning
800kV, 6400 MW, 2018
Jinsha River II – East China
800kV, 6400 MW, 2016
Jinsha River II - Fujian
800kV, 6400 MW, 2018
Jinsha River II – East China
800kV, 6400 MW, 2019
Jingping – East China
800kV, 6400 MW, 2012
Lingbao BtB Expansion
750 MW, 2009
Gezhouba-Shanghai Expansion
3000 MW, 2011
BtB China-Russia (HeiHe)
800kV, 6400 MW, 2015
750 MW, 2008
FarEast (Russia) – NE China
3000 MW, 2010
(Indicative map)
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Offshore Windpark Cluster in der Nordsee Von der Vision zur Realität….
Borwin
Dolwin
Helwin
Sylwin Borwin1 2007 Vergabejahr
BorWin2 2011
BorWin3 2012
BorWin4 2012
DolWin1 2010
DolWin2 2011
DolWin3 2012
DolWin4 2013
HelWin1 2010
HelWin2 2011
SylWin1 2011
SylWin2 2013
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BorWin1 Die Plattform auf dem Weg zum Ziel
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BorWin1 Landkabelverlegung
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Offshore-Netzanschluss DolWin alpha Erste 320-kV-VPE-Gleichstromkabelverbindung
Seekabel (links)
Leiter: 1.600 mm2 Cu
Kabeldurchmesser:
125 mm
Gewicht an der Luft:
44 kg/m
Gewicht im Wasser:
32 kg/m
Landkabel (rechts)
Leiter: 2.000 mm2 Al
Kabeldurchmesser:
114 mm
Gewicht: 13 kg/m
Quelle:
www.transpower.de
Leistung:
800 MW
DC-Spannung:
±320 kV
Bemessungsstrom:
1.260 A
Länge Seekabel:
2 x 75 km
Länge Landkabel:
2 x 90 km
Geplante Inbetrieb-
nahme: 2013
© transpower stromübertragungs gmbh 2010
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High power transmission to load centers From small DC grid towards integrated DC grid?
= ~
North Sea DK
NL
BE
FR
CH AT
CZ
PL
Baltic Sea
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~ =
~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
= ~
I I
I
I
First stage
Point-to-point transmission
Second stage
Radial multi-terminal
Third stage
Connect the different multi-terminals through sectionalising DC Grid Breakers
Overhead lines and/or cables, different ratings on converters
Initial plan for all stages!
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Onshore DC Netze
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Entwicklungstrends Höhere Spannungen für höhere Leistungen
Entwicklungstreiber
Stark wachsendes Interesse an Erd-
verkabelung als Alternative zur Frei-
leitungslösung
Substitution von vorhandenen 400-
kV-Freileitungen
Forderung nach Übertragungsleis-
tungen von 1.200 bis 1.300 MW
pro System
500-kV-Kabel in Japan in Erprobung
Für Spannungen von 800 kV und da-
rüber eventuell neue Herstellungs-
technologien
Tra
nsm
issio
n C
apacity
1000 1500 2000 2500 3000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
MW
mm2
Conductor area
320 kV
400 kV
600 kV
Aluminum conductor
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1997
Hellsjön
Prototype
95 mm2 Al
± 10 kV
3 MW
2001
Murraylink
360 km
1.400 mm2 Al
± 150 kV
220 MW
2008
Up to 2.500 mm2 Al
± 320 kV
600-1.200 MW
2004
Estlink
200 km
2.000 mm2 Al
± 150 kV
350 MW
2007
Borkum 2
150 km
2.300 mm2 Al
± 150 kV
400 MW
2000
Directlink
390 km
630 mm2 Al
± 80 kV
60 MW
Beispiel Entwicklungsschritte DC Kabel
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Ausblick Nächste Entwicklungsschritte
VSC-HGÜ - HVDC Light®:
DC-Spannung: 640 kV
Leistung: 2.400 MW
Verluste pro Konverter: < 0,9 %
DC-Kabel
DC-Spannung: 640 kV
Wassertiefen bis 2.000 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.
Neues IGBT-Modul.
Sperrspannung:
4,5 kV
Stromtragfähigkeit:
2 kA
Von der Punkt-zu-
Punkt-Verbindung
zum DC-Netz.
Quelle: ABB
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