Bild: Hannovermesse
Technologien für die Realisierung der Energiewende sind eines der zentralen Themen auf dem Messestand von ABB in Hannover. Neben dem Modell einer 2-GW-Konverterstation zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zeigt das Technologieunternehmen unter anderem auch Hochspannungskabel und das Modell eines HGÜ-Ventils. ABB ist auf dem Gebiet der HGÜ das einzige Unternehmen, das sowohl die Fertigung der benötigten Halbleiter, als auch der Hochspannungskabel und der Konverter im eigenen Haus hat.
Der verlustarme Stromtransport über große Entfernungen ist ein zentrales Zukunftsthema der Energie-
versorgung, da Strom aus regenerativen Energien zunehmend verbrauchsfern erzeugt wird. Strom lässt sich über große Entfernungen aber nur mit HGÜ wirtschaftlich transportieren. Auf einer Strecke von 1.000 Kilometern – dies entspricht ungefähr der Entfernung zwischen Sylt und München – gehen, je nach Übertragungsspannung, lediglich etwa drei Prozent Energie verloren. ABB ist auf dem Gebiet der HGÜ Technologieführer und realisiert zum Beispiel die Anbindung von Offshore-Windparks an das Stromnetz an Land mit dieser Technologie.
Im – final von der Bundesnetzagentur bestätigten – Netzentwicklungsplan, den die Übertragungsnetz-
betreiber im Jahr 2012 vorgestellt haben und der nun in den Bundesbedarfsplan umgesetzt wird, werden drei Nord-Süd-Stromübertragungs-Korridore mit mehreren selbstgeführten HGÜ-Systemen als dezidierte Transportleitungen ausgewiesen. Zu einem HGÜ-System gehören Konverterstationen, die am Anfangs- und am Endpunkt der Gleichstromübertragungsstrecke (und gegebenenfalls an weiteren Ein-/Ausspeisepunkten entlang dieser Strecke) errichtet werden müssen.
In diesen Konverterstationen wird der üblicherweise über Freileitungen transportierte ankommende Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umgewandelt. Auf dem Messestand werden drei parallel verlegte AC-Kabel gezeigt, mit denen es möglich ist, Wechselstrom auf der 400-Kilovolt-(kV-)Spannungsebene mit einer Leistung von bis zu 1.200 Megavoltampere (MVA) unterirdisch zu übertragen. Hochspannungskabel sind eine sehr effiziente und ressourcenschonende Variante der Stromübertragung, die beispielsweise in sensiblen Umweltbereichen oder auch bei Annäherung an Wohnbebauung zum Einsatz kommen kann.
In den Konverterstationen kommt die „selbstgeführte“ HGÜ (bei ABB unter der Bezeichnung HVDC Light eingeführt) zum Einsatz, die ABB Mitte der 1990er-Jahre entwickelt hat. Die modernen Leistungs-
transistoren (Insulated Gate Bipolar Transistors oder IGBTs), die ABB im schweizerischen Lenzburg fertigt, zerstückeln den Wechselstrom. Das ist erforderlich, damit die drei Phasen des Wechselstroms ineinander übergehen und einen gleichgerichteten Strom bilden können. Um den Gleichstrom zu transportieren, können teilweise bestehende Trassen beziehungsweise Maste genutzt und raumsparend durch zusätzliche Leiterseile ergänzt werden.
Außerdem ist es auch möglich, den Gleichstrom durch Kabel zu übertragen. Das auf dem Messestand gezeigte XLPE-Kabel kann bei ± 320 kV Gleichspannung eine Leistung von maximal 1.100 Megawatt (MW) übertragen, dazu werden dann zwei dieser Kabel parallel verlegt. Am anderen Ende der Übertragungsstrecke steht erneut eine Konverterstation, in der dann der Gleichstrom wieder in Wechselstrom umgewandelt und dann ins Drehstromübertragungsnetz eingespeist wird. Solche Kabel kommen auch als Landkabel bei den Netzanbindungsprojekten der Offshore-Windpark-Cluster DolWin1 und DolWin2 in der deutschen Nordsee zum Einsatz.
Der Einsatz der HGÜ-Technologie trägt erheblich zur Stabilisierung des Drehstromübertragungsnetzes bei: Dadurch wird einerseits die über große Strecken zu übertragende Strommenge im Wechselstromnetz reduziert. Außerdem können mit den Konverterstationen Systemdienstleistungen wie Frequenzregelung oder die Bereitstellung von Blindleistung erbracht werden. Denn durch die Abschaltung aller Kernkraftwerke in Deutschland bis zum Jahr 2022 – wie in den Plänen der Bundesregierung zur Energiewende vorsehen – fehlt in einigen Bereichen im Drehstromübertragungsnetz entsprechende Blindleistung, die dann künftig durch Konverterstationen bereitgestellt werden kann.
Um ein HGÜ-System in allen Betriebszuständen – also auch im Fehlerfall – zuverlässig zu betreiben, sind Leistungsschalter zur schnellen Fehlerklärung notwendig. Deren Aufgabe besteht darin, die fehlerbehafteten Bereiche, zum Beispiel nach einem Blitzeinschlag auf der Übertragungsstrecke, vom restlichen System zu trennen, so dass der Betrieb der fehlerfreien Netzbereiche weitergeführt werden kann. Bei der Gleichstrom-
Übertragung gibt es allerdings keinen Stromnulldurchgang; daher sind innovative Konzepte zur Stromunterbrechung notwendig. So hat es über 100 Jahre gedauert, bis ABB, als weltweit erster Hersteller, den ersten HGÜ-Leistungsschalter vorstellen konnte, der in wenigen Millisekunden den Strom unterbrechen kann. Auf dem Messestand zeigt ABB mit dem Modell eines HGÜ-Ventils einen zentralen Baustein eines solchen Leistungsschalters. Anhand einer interaktiven Demonstration wird außerdem die genaue Funktionsweise des HGÜ-Leistungsschalters erläutert.
Mit der Entwicklung des innovativen HGÜ-Leistungsschalters konnte die letzte verbleibende Technologielücke für den Bau großer DC-Overlay-Netze geschlossen werden, so dass diese Netze bereits heute geplant werden können. Integraler Bestandteil für den Aufbau und Betrieb eines solchen Gleichstromnetzes ist aber auch ein übergeordnetes Schutz- und Leittechniksystem. ABB setzt für HGÜ-Verbindungen bereits seit vielen Jahren das speziell hierfür entwickelte Mach2-System ein. Dieses wird zurzeit für die Steuerung großer Gleichstromnetze weiterentwickelt. Um die Zuverlässigkeit und korrekte Funktionalität dieses erweiterten Schutz- und Leittechniksystems in jedem einzelnen Entwicklungsschritt zu überprüfen, hat ABB eigens ein HGÜ-Netzsimulationszentrum aufgebaut. Hier kann mit Echtzeit-
simulationen der Betrieb eines HGÜ-Overlay-Netzes in Verbindung mit Drehstrom-Netzen simuliert werden.
Neben der neuen Energieinfrastruktur erfordert die Energiewende aber auch den Ausbau und die technische Modernisierung der bereits bestehenden Netze. Für den Ausbau des Drehstromnetzes zeigt ABB in Hannover unter anderem FACTS-Lösungen (Flexible AC Transmission Systems). Unter diesem Begriff werden die „Static Var Compensation“ SVC, der Batteriespeicher DynaPeaQ und andere Systeme zusammengefasst, mit denen das bestehende Drehstromnetz stabilisiert werden kann.
Ob Grundsatz- oder Ausbauplanung, Netzrestrukturierung oder Einbindung dezentraler Stromerzeuger, jeder Änderung im Stromversorgungsnetz sollte stets eine sorgfältige Planung vorausgehen. Die Elektrische Systemberatung von ABB plant die Netze ihrer Kunden so, dass diese wirtschaftlicher und zuverlässiger zu betreiben und instand zu halten sind. Langjährige Erfahrungen, umfangreiches Wissen und eine leistungsfähige Software sind die Stärken der Netzplanungsexperten.
Auf der Hannover Messe stehen die Leistungen für Studien zur Anwendung von HGÜ im Mittelpunkt, sei es die Anbindung großer Offshore-Windparks an das Übertragungsnetz, die Integration von HGÜ-Systemen in das Drehstromsystem oder der Aufbau eines HGÜ-Netzes zum Abtransport der in Nord- und Ostsee erzeugten Windenergie in die Lastzentren Deutschlands. Sämtlich Netzuntersuchungen und -berechnungen werden mit dem ABB-eigenen Planungs- und Informationssystem NEPLAN durchgeführt. Mit dem NEPLAN-Simulator lassen sich vor allem das dynamische Verhalten von Windenergieanlagen, sowie deren Einbindung in das öffentliche Netz – sei es über eine Drehstrom- oder eine HGÜ-Anbindung – in allen Einzelheiten untersuchen.