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© ABB Group November 14, 2013 | Slide 1 Hochspannungsnetzausbau in Deutschland Wie wir die regenerativen Energien zum Verbraucher bringen Günter Stark,

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Präsentation zum Thema: "© ABB Group November 14, 2013 | Slide 1 Hochspannungsnetzausbau in Deutschland Wie wir die regenerativen Energien zum Verbraucher bringen Günter Stark,"—  Präsentation transkript:

1 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 1 Hochspannungsnetzausbau in Deutschland Wie wir die regenerativen Energien zum Verbraucher bringen Günter Stark, ABB AG, Tel: ,

2 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 2 Winde Solar Wellen Bio Quelle: DG Energy, European Commission © ABB Group November 14, 2013 | Slide 2 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

3 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 3 Erneuerbare Energie aus volatilen Quellen Erzeugung Wind- und Solar in Deutschland Quelle: Amprion, EnBW

4 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 4 Veränderung der Erzeugungslandschaft Leistung vor dem Moratorium Quelle: Amprion

5 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 5 Veränderung der Erzeugungslandschaft Leistung nach dem Moratorium Quelle: Amprion

6 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 6 Veränderung der Erzeugungslandschaft führt zu veränderten Anforderungen an das Übertragungsnetz Quelle: Amprion Situation 2010Szenario 2020

7 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 7 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

8 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 8 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

9 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 9 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung … … ist keine neue Technologie 1954 – Erste kommerzielle HVDC mit Quecksilberdampfgleichrichter 1970 – Erste Thyristor-Ventile für HVDC 1980 – Die größte Leistung, Itaipu 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

10 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 10 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

11 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 11 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

12 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 12 Einsatzbereiche HVDC HVDC Classic mit Freileitung HVDC Light mit VPE Kabel HVDC Classic/ HVDC Light mit MI - Kabel HVDC Light mit Freileitung U dc in kV Leistung in MW

13 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 13 Xiangjiaba – Shanghai, China Das längste und leistungsstärkste HVDC System Kunde: SGCC Übertragungsleistung: MW DC Spannung: ± 800 kV Länge der Freileitung: km Verluste:< 7 % AC Spannung:525 kV Hauptgründe für HVDC: Stromtransport über große Distanz Geringer Flächenbedarf Geringe Verluste

14 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 14 Xiangjiaba – Shanghai, China Das längste und leistungsstärkste HVDC SystemFULONG FENGXIAN

15 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 15 Longquan- Three Gorges MW

16 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 16 Freileitungsmast DC 800KV 800 kV Mast des Xiangjiaba – Shanghai Projekt

17 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 17 Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) Die Alternative zur Drehstromübertragung Bewährte Lösung für Fernübertragung und Seekabelverbindungen Vorteile: Geringe Verluste (Gleichstrom) Geringer Flächenbedarf Keine Längenbeschränkung, keine Stabilitätsprobleme Kabel über große Entfernung einsetzbar, da kein Blindleistungsbedarf Nachteile: Basiskosten für Umrichterstationen erst bei größeren Entfernungen wirt- schaftlich interessant (auf See: ab ca. 60 km, an Land ab mehreren 100 km) Punkt-zu-Punkt-Verbindung (aber: selbstgeführte HGÜ vermaschbar) HGÜ-Projekte von ABB in Asien HGÜ-Projekte von ABB in Europa

18 © ABB Group November 14, 2013 | Slide HVDC Classic Projekteseit HVDC Classic Upgradesseit HVDC Light Projekte seit 1997 ABB HVDC Systeme Light und Classic seit 1954

19 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 19 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, 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, MW, 2008 FarEast (Russia) – NE China 3000 MW, 2010 (Indicative map)

20 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 20 NorNed HVDC Verbindung Weltweit längstes und leistungsstärkstes Seekabel Kunden: Statnett SF, Norwegen TenneT bv, Holland Übertragungsleistung: 700 MW DC Spannung: ± 450 kV Länge des Seekabels: 580 km Verluste:< 4 % Wassertiefe: bis zu 410 m AC Netze: 300 kV in Feda, Norwegen 400 kV in Eemshaven, Holland Hauptgründe für HVDC: Lange Seekabelverbindung Asynchrone AC Netze Absolute Leistungsflusskontrolle

21 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 21 NorNed - Lagerung eines HVDC Seekabels

22 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 22 Netzintegration von Offshore Windparks

23 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 23 Offshore Windpark Cluster in der Nordsee Von der Vision zur Realität…. Borwin Dolwin Helwin Sylwin Borwin Vergabejahr BorWin BorWin Borwin DolWin DolWin Dolwin Dolwin HelWin HelWin SylWin SylWin2 2013

24 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 24 Kunde TenneT Lieferumfang 400 MW HVDC Light ® System Offshore Station auf Plattform mit Fundamentstruktur Onshore Station Diele 170 kV GIS Schaltanlage Kommunikationssysteme Überwachungs- und Sicherheitstechnik Kabel Seekabel AC Kabel (1200 m) DC Kabel Seekabel (2x125km) DC Kabel Land (2x75km) Glasfiber Kabel (200 km) BorWin1 Lieferumfang

25 © ABB Group November 14, 2013 | Slide MW HVDC Light Plattform Layout GIS Ventilraum Dieselgenerator Transformatoren AC Bereich Glättungsdrosseln DC Bereich Topside Länge: 50 m Breite: 33,5 m Höhe: 22 m Gewicht: 3200 t Jacket Höhe: 62 m Gewicht: 1800 t

26 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 26 BorWin1 Die Plattform auf dem Weg zum Ziel

27 © ABB Group November 14, 2013 | Slide MW HVDC Light Ersatzschaltbild

28 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 28 BorWin1 IGBT Stack Installation

29 © ABB Group November 14, 2013 | Slide km See Kabel 1200 mm 2 Cu Wattenmeer, Norderney und Ems 1600 mm 2 Cu 75 km Land Kabel 2300 mm 2 AL Dreifach extrudiertes VPE Leiter Schirm HVDC Polymer Isolator Isolator Schirm Schirm Bleimantel Armierung verzinkte Stahldrähte Schutz: Polypropylen BorWin1 See- und Landkabel

30 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 30 BorWin1 Seekabelverlegung

31 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 31 BorWin1 Landkabelverlegung

32 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 32 Temperaturverteilung im Boden (Beispiel) Max. Verluste von 60 W/m resultieren in max.55 W/m 2 an der Oberfläche über dem Kabel (Sonneneinstrahlung im Winter circa: 200 W/m 2 ) Temperatur am Kabel Jacket bei sommerlichen Bedingungen: 42 °C (Austrocknen der Erde tritt frühstens bei 50 °C ein ) Temperatur in °C -0,8-0,6-0,4-0,200,20,40,60,811,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 -1,2 -1,4 Tiefe in m Entfernung in m Temperatur in °C 00,40,20,60,81 Entfernung in m Temperature profile corresponding to the red line

33 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 33 Magnetisches Feld Sehr geringes magnetisches Feld Die Belastungen für Mensch und Tierwelt seitens HVDC Kabel liegen deutlich unter denen der dynamischen Feldbelastungen seitens der Drehstromsyste me.

34 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 34 BorWin1 HVDC Light Station, Diele Cooling Units Reactors Valves Chopper AC Filter Yard DC Filter Yard Power Transformer

35 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 35 Offshore-Netzanschluss DolWin alpha Erste 320-kV-VPE-Gleichstromkabelverbindung Seekabel (links) Leiter: mm 2 Cu Kabeldurchmesser: 125 mm Gewicht an der Luft: 44 kg/m Gewicht im Wasser: 32 kg/m Landkabel (rechts) Leiter: mm 2 Al Kabeldurchmesser: 114 mm Gewicht: 13 kg/m Quelle: Leistung: 800 MW DC-Spannung: ±320 kV Bemessungsstrom: A Länge Seekabel: 2 x 75 km Länge Landkabel: 2 x 90 km Geplante Inbetrieb- nahme: 2013 © transpower stromübertragungs gmbh 2010

36 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 36 NorGer / NordLink Interconnector Nordlink Interconnector Power: 1400 MW Clients: Statnett, TenneT Norway: Oksenladen Germany: Brunsbüttel Project Time Schedule Decision: 2013 Award:2014 In Operation:2018 Volume: 2 Bn USD NorGer Interconnector Power: 1400 MW Clients: Statnett, Agder, EGL, Lyse Norway: Tonstad Germany: Moorriem Project Time Schedule Decision: 2013 Award: 2014 In Operation: 2018 Volume: 2 Bn USD

37 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 37 Morgen: Europa 2020 Windenergie HVDC Verbindungen

38 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 38 Übermorgen: Europa 20XX Szenario Wasserkraft 200 GW Solarenergie 700 GW 8000 km 2 90 x 90 km Windenergie 300 GW km x 10 km Windenergie Wasserkraft Solarenergie HVDC Verbindungen

39 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 39 Onshore DC Netze

40 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 40 Offshore DC Netze

41 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 41 Ausblick Nächste Entwicklungsschritte VSC-HGÜ - HVDC Light ® : DC-Spannung: 640 kV Leistung: MW Verluste pro Konverter: < 0,9 % DC-Kabel DC-Spannung: 640 kV Wassertiefen bis 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

42 © ABB Group November 14, 2013 | Slide Hellsjön Prototype 95 mm 2 Al ± 10 kV 3 MW 2001 Murraylink 360 km mm 2 Al ± 150 kV 220 MW 2008 Up to mm 2 Al ± 320 kV MW 2004 Estlink 200 km mm 2 Al ± 150 kV 350 MW 2007 Borkum km mm 2 Al ± 150 kV 400 MW 2000 Directlink 390 km 630 mm 2 Al ± 80 kV 60 MW In 10 Jahren 400-fache Leistung Leistungsentwicklung

43 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 43 Zusammenfassung Nächste Entwicklungen bei HGÜ und Kabel VSC-HGÜ - HVDC Light ® : Nächste Entwicklungschritte zu höheren Spannungen und höheren Leistungen, bei geringeren Konverterverlusten, Kommerziell erhältlich bis zu einer Spannung von 320 kV und einer Übertragungsleistung bis zu MW. 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. Kabelsysteme zur Verlegung in größeren Wassertiefen Flexible Kabelsysteme

44 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 44

45 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 45 HVDC Light vs. HVAC Seekabel HVDC Light nur halb so schwer

46 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 46 Optional Connection points Overlay-Grid in Germany by 2022 Identification of possible projects (Vision of 4 TSOs) Essen – Stuttgart +/- 400 kV DC 2 GW, 430 km Hamburg – Nürnberg +/- 400 kV DC 4 GW, 580 km Nürnberg – München +/- 400 kV DC 4 GW, 280 km Magdeburg – Mannheim +/- 400 kV DC 2 GW, 650 km More than 20 Billion EUR investment in the German transmission system identified until 2020 by the dena II study equivalent to more than km of new transmission lines National Grid Development Plan at the moment under preparation by the 4 German TSOs to further sharpen and coordinate the investment demands Draft with specific project and technology decisions for approval by German regulator of the National Grid Development Plan ready in June 2012, final release in October 2012 Source: 9. Cigre / Cired

47 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 47 Entwicklungstrends Größere Wassertiefen Entwicklungstreiber Öl- und Gasförderung auf See Power from shore zur Redu- zierung der CO 2 -Emissionen auf den Förderplattformen Explorationen in immer größeren Wassertiefen Interkontinentale Verbindungen Solarstromimport aus Nordafrika per HGÜ Nordsee-Gleichstromnetz Erste Laboruntersuchungen zur Ver- legung in bis zu m Tiefe wurden bereits erfolgreich durchgeführt Quelle: Trieb, F. et al.: Characterization of Solar Electricity Import Corridors from MENA to Europe, DLR July 2009

48 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 48 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 bis MW pro System 500-kV-Kabel in Japan in Erprobung Für Spannungen von 800 kV und da- rüber eventuell neue Herstellungs- technologien Transmission Capacity MW mm 2 Conductor area 320 kV 400 kV 600 kV Aluminum conductor

49 © ABB Group November 14, 2013 | Slide 49 Entwicklungstrends Flexible Kabelverbindungen Entwicklungstreiber Stromversorgung schwimmender Förderplattformen Anschluss schwimmender Wind- energieanlagen Anschluss schwimmender Um- spannwerke (z.B. für ein Offshore- Gleichstromnetz) Erste dynamische VPE-AC-Seekabel- verbindungen sind in Realisierungs- phase Links: Flexibles VPE-Gleich- stromseekabel mit Kupferwellmantel gegen eindringendes Seewasser Rechts: Wellmantelprüfstand Beispiele: Gjøa-Plattform (2010): 115 kV AC, 40 MW, 98,5 km statisches VPE-AC-Seekabel, 1,5 km dynamisches VPE-AC-Seekabel Goliat-Plattform (2013): 123 kV AC, 75 MW, 104,5 km statisches VPE-AC-Seekabel, 1,5 km dynamisches VPE-AC-Seekabel


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