Günter Stark, ABB AG, Tel: 0621 381 3680, Email: guenter ... · 1970 – Erste Thyristor-Ventile für HVDC 1980 – Die größte Leistung, Itaipu 6.300 MW 1997 – Erste kommerzielle

© ABB Group May 4, 2012 | Slide 1

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

Günter Stark, ABB AG, Tel: 0621 381 3680, Email: [email protected]


Winde

Solar

Wellen

Bio

Quelle: DG Energy, European Commission


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


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


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


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


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


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


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


Longquan- Three Gorges- 3000 MW


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


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)


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


BorWin1 Die Plattform auf dem Weg zum Ziel


BorWin1 Landkabelverlegung


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


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!


Onshore DC Netze


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


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


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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