Sicherheit Flexibilität Leistungselektronik - ptd.siemens.de · 14 04-2007 PTD H 1 MT/Re Power...

1 04-2007 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re

Dietmar Retzmann


Vom Blackout zum „Smart Grid” –

mehr Sicherheit und Flexibilität

durch Leistungselektronik

2 04-2007 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re2 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re

rends

04-2007

lobaleim Strommarkt


Elektrische Energie ist das Rückgrad unserer Gesellschaft


Übertragungs-Systeme – genau das sind die VIPs der Strom-Märkte

Investitionen in die Strom-Industrie

Erzeugung VerteilungÜbertragung

4 04-2007 Power Transmission and Distribution

~ 40 % ~ 40 %

-halsoder

abhängig von der Netzstruktur

istÜbertragung

~ 20 %

PTD H 1 MT/Re


Beispiel China: seine Entwicklung ist atemberaubend …

Finanzdistrikt Pudong, Shanghai

1989

Heute


Erneuerbare Energien an bevorzugtenStellen *

Übertragung hoher Energien über weite Stecken (Wasser, Wind * und Solar Energie)

Mehr Strom-Austausch zwischen den Verbund-Systemen

Mehr Netz-Zusammenschlüsse

* Eine große Herausforderung – überall in der Welt* Eine große Herausforderung – überall in der Welt

Entwicklung der Netze


Wind-Stromerzeugung in einer Woche mit maximaler Last im E.ON Netz – Beispiel Deutschland

Quelle: E.ON - 2003

Probleme mit der Wind-Stromerzeugungo Windstrom fluktuiert sehr starko Er kann dem Lastprofil kaum folgen

Zusätzliche Reserve-Leistungist notwendig

Das ist das Hauptproblem – in Deutschland und in Vielzahl von anderen Ländern


Studien zur Einbindung of großer Off-Shore Wind Parks in Deutschland – DENA Study Teil 1

Quelle: DENA Study 02-24-2005

platform

platform

2 AC overhead lines

overhead lines

AC oderDC Kabel

2020

Langfristig: 30 - 50 GW

GIL im Tunnelum 40-50 Kabelan der Küste zu vermeiden

inkl. Ost-See &On-Shore

mittelfristige Planung

4 x GIL, 4 x SVC, 2 x HGÜ


Niedrige Übertragungs-

verluste !

Stromqualität !

Netzstabilität !

Lange Lebensdauer !

Niedriger

Preis

!

Herausforderungen an den Lösungsanbieter

Niedrige CO2Emissionen !

Die Lösung heißt: Leistungselektronik

FACTS

HGÜ


icherheitder Stromversorgung

04-2007

ufgabe 1


Quelle: National Transmission Grid Study; U.S. DOE 5/2002 – „Die Vorschau“

Netzertüchtigung ist gefordert !

Quelle: ITC 8/2003 – „Blackout“

* PTDF = Power Transfer Distribution Factor

Wenn der Lastfluss zu groß wird: Blackout

Der US Blackout 2003:Congestion, Überlastund Loop Flows

* Probleme nur in densynchron verbundenen Systemen


6 Wochen nach dem US Blackout - ein sehr großer Blackout in Italien …

Von „Weißer Nacht“ zur „Schwarzen Nacht“

... das Risiko eines Übergriffs der Störung auf UCTE war groß

… ähnliche Ereignisse und Ursachen

„geplanter“ Leistungstransfer von den Nachbarn nach Italien: 6,4 GW von 27 GW * Verbrauch: 24 % ist zu hoch !

*Quelle: EURELECTRIC Task Force Final Report 06-2004

Auch Europa braucht Netzertüchtigung

Wegen landesweiter Feiern zur „Weißen Nacht“ in Italien stieg der Strom Import auf 6,7 GW an - in der Nacht am Samstag, den 9-27-2003

13 04-2007 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re13 04-2007 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re

Europäische Netzstörung am 4. November 2006

*Quelle: UCTE – Final Report 2007-01-30

Um 21:38 wurden beide Systeme einer 400-kV Leitung im Nord-deutschen Netz abgeschaltet, um einem großen Schiff die Durchfahrt auf der Ems zu ermöglichen

Gegen 22:10 war ganz Europa betroffen und UCTE in drei Systeme separiert


Verlauf von Frequenz a) und Phasenwinkel b)Quelle: UCTE – Final Report 2007-01-30

a)

b)

Immerhin war die Neu-Synchronisierung 40 min nach der Trennung wiederhergestellt. Damit konnte der UCTE Verbund in den normalen Betrieb in weniger als 2 Std. übergehen

200 mHz …und weit mehr

1200

, Beim Italien Blackout„ging“ das nur bis 240 mHz !Deshalb war UCTE „gerettet“ – damals


Gründe für eine hohe Wahrscheinlichkeitgroßer Blackouts


ExpectedActual

Quelle:

Heute ein Kern-Problem in vielen Stromnetzen:

Source: UCTE Interim Report 10-27-2003Die Netze sind „an der Belastungsgrenze”

Systeme zu komplex für vollständige Tests (Schutz, Regelungen)zu kleine Investitionenins Netz (hoch-belastete Netz-Elemente)Mangel an WartungZu wenig TrainingMenschliche Irrtümer


achhaltigkeitder Stromversorgung

04-2007

ufgabe 2


HGÜ Highlights in Indien:East-South Interconnector und Ballia Bhiwadi

2009

India

East-South Interconnector und Ballia-Bhiwadi

Beispiel HGÜBallia-Bhiwadi:

CO2 Reduktion: 688.000 t p.a.37 % geringere Übertragungs-verluste @*

2 x 3 ∼ AC 400 kV

1 x +/- 500 kV

DC versus AC

2.500 MW* 2.500 MW

20032.000 MW

800 km

… too long for AC


1,450 km


Lösungen mit

Mehr Stromdurch dasNetz

HGÜ und FACTS04-2007


HGHGÜÜHochleistungs DC

Übertragungs-

Systeme

High Voltage Direct Current

19 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re04-2007


Optionen für HGÜ Anwendungen

b) HGÜ Fern-Übertragung

a)

a) Kurzkupplung (B2B)

kann an lange AC Leitungen angeschlos-sen werden

b)

c) Integration der HGÜ ins AC System

c)

c)

Die Firewallgegen den Blackout


Station Songo, Mozambique 1977

Outdoor Ventile, Öl-gekühlt

Der Welt erste HGÜ mit Übertragungsspannung größer 500 kV !

Cahora Bassa: Weltweit erste DC Leitungs Fern-Übertragung mit Thyristoren: 1.414 km zur Station Apollo, Südafrika

Siemens, AEG & BBC


HGÜ B2B - als Netzkupplung oder Lastfluss-Regler: Etzenricht, Deutschland

1993

System Daten:Nennleistung: 600 MWDC Spannung: 160 kV DCDC Strom: 3750 A AC Spannung: 420 kV

Ausgelegt für - 40 o C


Indien: East-South HVDC Interconnector

23 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re

DC Station Talcher – im Staat Orissa2003 2.000 MW

2.500 MWRAI & LFL: volle Nutzung der Überlastfähigkeit – ohne zusätzliche Thyristoren

2007

04-2007



Wasserkraft für:Grundlast undEnergie Speicherung

Plus Wind Strom

Für Grund- und

Vorteile der HGÜ:Saubere Energie CO2 ReduktionKosten Reduktion

„flexibel“

„fuzzy“

Spitzenlast Bedarf

Basslink HGÜ: Ferneinspeisung Grüner Energie

2005


FACTSFACTSStromqualität

im Hochspannungs

AC Netz

Flexible AC Transmission Systems



Nutzung von SVC – Pelham, UK

Vorteile:o Spannungshaltungo Erhöhung der Netzstabilität

400 kV, 50 Hz

Spannungs-Regelung Blindleistungs-RegelungPendeldämpfungUnsymmetrie-Regelung (Option)

19912 parallele SVCs

Deregulierung verursachte Übertragungsprobleme


SVC Siems - Deutschland: Unterstützung der HGÜ Baltic Cable

27 04-2007 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/ReQuelle:

HGÜ und FACTS im Parallel-Betrieb

SVC für Netzverstärkung und Betrieb der Baltic CableHGÜ mit voller Leistung


SVC Siems – erster SVC in Deutschland

Das Problem – kein „Wegerecht“ für 400 kV AC Netzanschluss der Baltic Cable HGÜ

Die Lösung

2004

SVC - nötig fürverbesserten Netz-Zugang der HGÜ


Technologien für


04-2007

UHV DC Übertragung


China: AC & DC Power Transmission von West nach Ost - drei „Bulk Power“ Übertragungskorridore

Nord-Korridor

Zentral-Korridor

3 x 20 GW

Süd-Korridor

Quellen:

… die installierte KW Leistung wird 900 GW sein

Übertragungs-Kapazität eines jeden Korridors wird 20 GW in 2020 sein …

800 kV DC &1.000 kV AC


Sunan

To Sichuan Power GridJinping Plant I

GuandiLinping

Jinping Plant I I

Xichang

Wuhan

Guangdong

LeshanChongqing

Changsha

Shanghai

Jinping ± 800 kV HVDC Transmission Project


Quelle: “Brazil-India-China Summit Meeting on HVDC & Hybrid Systems –Planning and Engineering Issues”, July 2006, Rio de Janeiro, Brazil

840 Km

6.400 MW+/- 800 kV DC

Geplant 2012

2.237 Km

Zum Vergleich: Deutschland


R O U R K E L A

R A IP U R H IR M A

T A L C H E R

JA IP U R

N E R

E RW R

N R

S R

B 'S H A R IF

A LL A H A B A D

S IP A T

G A Z U W A K A

J E Y P O R EC H A N D R A P U R

S IN G R A U LI

V IN D H Y A -

2000

MW

2000MW

3000M W

1 0 0 0M W

5 0 0 M W

L U C K N O W

D IH A N G

C H IC K E N N E C K

K R IS H N A

T E E S T A

T IP A IM U K HB A D A R P U R

M IS A

D A M W E

K A T H A L -G U R I

L E G E N D

7 65 K V L IN E S 4 00 K V L IN E S

H V D C B /B

H V D C B IP O LE

E X IS T IN G / X P L A N X I P L A N

Z E R D A

H IS S A R

B O N G A IG A O N

D E V E L O P M E N T O F N A T IO N A L G R ID

K O LH A P U R

N A R E N D R A

K A IG A

M A N G A L O R E

P O N D A

IX P L A N

M A R IA N I

N .K .

K A H A L G A O N

R A N G A N A D I

S E O N I

C H E G A O N

B H A N D A R A

D E H G A M

K A R A D

L O N IK A N D

V A P I

G A N D H A R /

T A L AA R U N

B A N G L A

B A L L A B G A R H A 'P U R(D E L H I R IN G )

B A N G A L O R E

K O Z H IK O D E

C O C H IN

K A Y A M K U L A M

T R IV A N D R U M

P U G A L U R

K A Y A T H A R

K A R A IK U D I

C U D D A L O R E

S O U T H C H E N N A I

K R IS H N A P A T N A M

C H IT T O O R

V IJA Y A W A D A

S IN G A R P E T

P IP A V A V

L IM B D I

K IS H E N P U R

D U L H A S T IW A G O O R A

M O G A

U R I

B H U T A N

R A M A G U N D A M

S A T LU JR A V I

J U L LA N D H A R

D E S HN A G A R

V A R A N A S I

/U N N A O

M 'B A D

P U R N E A

K O R B A

N A G D A

S IL IG U R I/B IR P A R A

P H A S E - III

NIC

OB

AR

AN

DA

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D

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WEEP

T E H R I

M E E R U T

B H IW A D I

B IN A S A T N A

M A L A N P U RS H IR O H I

K A W A S

A M R A V A T I

A K O L A

(B y 2 0 1 2 )

A G R A

S IR S I

C H A L

JE T P U RA M R E L I

B O IS A RT A R A P U R

P A D G H E

D H A B O L

K O Y N A

/B A R H

G 'P U R

H O S U R

Aussicht in China und Indien:

“Smarte”undStarke Netze

ähnliche Perspektiven … wie in China

+/- 800 kV HVDC !

Netz-Ausbau in Indien - Hybrid AC plus DC

Quelle: “Brazil-India-China Summit Meeting on HVDC & Hybrid Systems – Planning and Engineering Issues”, July 2006, Rio de Janeiro, Brazil


50 GW Hybrid:≈ 40 GW DC≈ 10 GW AC


Luft-Kern, Luft-gekühlte Glättungs-Drosselund Stromrichter Transformator – alles wird sehr groß

Zur Zeit noch Zur Zeit noch 500 kV DC500 kV DC –– wird wird nun auf nun auf 800 kV DC 800 kV DC erweiterterweitert

Überwiegend ein mechanisches Thema


Aber nicht nur …

34 04-2007 Power Transmission and DistributionPTD H 1 MT/Re34 Power Transmission and Distribution04-2007 PTD H 1 MT/Re

800 kV DC Durchführung im Prüffeld

34 PTD H 1 MT/Re04-2007

UHV DC Bushing im Test-Labor TU Graz –Österreich


“Snapshots” vom DC Ventil-Turm Test

Dielektrische Tests der Ventilkonstruktion


Danach …

… wird es so aussehen:

04-2007 PTD H 1 MT/Re Power Transmission and Distribution


Engpässen

Nutzung neuer Technologienund Congestion durch

Übertragung braucht …

Beseitigung von

Zusammenfassung



HVDC PLUS

Weg von Congestion, Engpässen und Blackout zum „Smart Grid“

Netz Ertüchtigung …

… mit Leistungselektronik


Die Zukunft ? - Global Link für Grüne Energiemit HGÜ und FACTS

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