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Technologien für Gleichstrom-Overlay-Netze
Raphael Görner, ABB AG
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Energiewende in Europa Erneuerbare Energien verändern unser Energiesystem
Standortferne, große Kraftwerke Windenergie, speziell offshore Wasserkraft (Alpen, Skandinavien) Solarthermie (langfristig)
Dezentrale, kleine Einheiten Photovoltaik Kraft-Wärme-Kopplung
Volatile Erzeugung Windenergie Sonnenenergie
Quelle: DG Energy, European Commission
Neue Herausforderungen für die Übertragungsnetze in Europa
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Energiewende in Deutschland dena II: Erzeugungs- und Übertragungsengpässe 2020
Nicht-übertragbare Leistung zwischen Netzregionen basierend auf dem geplanten Stromnetz 2015
Leistungsüberschuss oder –bedarf in verschiedenen Netzregionen in 2015
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Energiewende in Deutschland dena II: Mögliches DC-Overlay-Netz
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Was ist ein DC-Overlay-Netz ?
Ein HVDC-Stromnetz, welches wie folgt betrieben werden kann:
Unabhängig von einer oder mehreren Störungen (Isolation eines Fehlers)
In verschiedenen Betriebszuständen in verbundenen AC- und DC-Stromnetzen
Forschungsschwerpunkte für den Aufbau von DC-Overlay-Netzen:
DC-Leistungsschalter
Lastflusskontrolle
Automatisches Wiedereinschalten
Hochspannungs-DC/DC-Konverter
Marktbedürfnisse:
Standardisierung
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HVDC-Technologien für den Aufbau von DC-Netzen HVDC Classic vs. HVDC Light
HVDC Classic (LCC)(Entwickelt in den 50ern)
HVDC Light (VSC)(Entwickelt in den 90ern)
Leistungsumkehr Mechanische Schalter notwendig für Spannungsumkehr
Umkehr des Stroms direkt durch den VSC-Umrichter
Fehler im AC-Netz Kommutationsfehler und DC-Kurzschluss kurzzeitig
Nur kurzfristiger Verlust von Wirkleistung
AC-AnbindungStarke Drehstromnetze
notwendig, mittlere Kurzschlussleistung benötigt
Anbindung an schwache oder sogar passive Drehstromnetze (Schwarzstartfähigkeit) möglich
AC- Spannungsstützung ~ 50 % Blindleistung notwendig Blindleistungssupport möglich
DC-Kurzschluss DC-Leistungsschalter notwendig DC-Leistungsschalter notwendig
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2014: North-East Agra: Multiterminal UHVDC Classic 8.000 MW - weltweit leistungsstärkstes HVDC-System
Integration von mehreren Wasserkraftwerken im Nord-Osten von Indien mit HVDC
Niedrige Verluste
Hohe Verfügbarkeit und Flexibilität
North-East Agra (NEA 800)
Große Wasserkraftressourcen durch große Niederschlagsmengen im Nord-Osten
15 km enges „Chicken Neck” als Übertragungskorridor, zwischen Butan, Nepal und Bangladesh
Elektrizität für mehr als 90 Mio. Menschen
Zweites Multiterminal HVDC-System von ABB1. New England – Hydro Quebec 1992
3 Konverterstationen, 2.000 MW
Zweites 800 kV HVDC-System von ABB1. Xiangjiaba – Shanghai 2010
2.000 km, 6.400 MW UHVDC
Bangladesh
Nep
al Buthan
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Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung von ABB Einzigartige Erfahrung aus riesigem Projektportfolio
TrollNelson River 2
CU-project
Vancouver IslandPole 1
Pacific IntertiePacific IntertieUpgrading
Pacific IntertieExpansionIntermountain
Blackwater
Rio Madeira
Inga-Shaba
Brazil-ArgentinaInterconnection I&II
EnglishChannelDürnrohrSardinia-Italy
Highgate
Châteauguay
Quebec-New England
Skagerrak 1-3
Konti-Skan
Baltic Cable
FennoSkan 1&2
Kontek
SwePol
ChaPad
Rihand-Delhi
Vindhyachal
SakumaGezhouba-Shanghai
Three Gorges-Shanghai
Leyte-LuzonBroken Hill
New Zealand 1&2
Gotland Light
Gotland 1-3
Murraylink
Eagle Pass
Tjæreborg
Hällsjön
Directlink
Cross Sound
Italy-GreeceRapid City
Vizag II
Three Gorges-Guandong
Estlink
Valhall
Cahora Bassa
SapeiSquare Butte
Sharyland
Three Gorges-Changzhou
Outaouais
Caprivi Link
Hülünbeir- Liaoning
Lingbao II Extension
Xiangjiaba-Shanghai
BorWin1
NorNed
Apollo Upgrade
EWIC
IPP Upgrade
Itaipu
DolWin1, 2
NordBalt
Skagerrak 4
North East Agra
Jinping - Sunan
HVDC Classic: 58 Projekte seit 1953
14 Upgrades seit 1990
HVDC Light:17 Projekte seit 1997
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+ Ud
- Ud
HVDC Light-Technologie Weiterentwicklung von Generation 1 zu Generation 4
Generation 1 (1997)
Zwei-Punkt-Umrichter
Umrichterverluste 3 %
AC-Filter
Hohe Schaltfrequenz
Generation 4 (2010)
Kaskadierte Zwei-Punkt-Umrichter (CTLC)
Umrichterverluste 1 %
Keine AC-Filter
Niedrige Schaltfrequenz (pro Zelle)
+ Ud
- Ud
Grundschwingung
0 2
CTL Spannung am Umrichter0 2
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0,0%
0,5%
1,0%
1,5%
2,0%
2,5%
3,0%
3,5%
1995 2000 2005 2010 2015
1000 MW
50 m 100 m
HVDC Light-Technologie Kontinuierliche Weiterentwicklung
HVDC Classic
Gen. 1
Gen. 2
Gen. 3
Gen. 4
HVDC Light
Kontinuierliche Weiterentwicklung der HVDC Light-Technologie führt zur Erhöhung der Effizienz
Bereits über 10 Jahre Erfahrung in mehr als 15 Projekten weltweit
Konverterstationen weiterhin kompakt
Grenze zwischen HVDC Light und HVDC Classic verschwimmt
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Fehlerschutzkonzepte für HVDC-Systeme Kurzschluss auf der Übertragungsstrecke
Alle AC-Leistungsschalter öffnen bei einem DC- Leitungsfehler
DC-Trenner öffnen und isolieren den fehlerhaften Teil der Übertragungsstrecke
Wiedereinschalten des nichtfehlerhaften Teils
Kurzzeitiges Abschalten für Fehlerklärung notwendig
x x x
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Fehlerschutzkonzepte für HVDC-Systeme Kurzschluss auf der Übertragungsstrecke
Schnelles Freischalten der fehlerhaften Leitung mit DC-Leistungsschaltern
DC-Leistungsschalter
DC-Schaltanlage
xx x
x
KEIN Abschalten für Fehlerklärung notwendig
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Szenario Europa 20XX mit erneuerbarer Energie Die Vision von ABB für ein DC-Overlay-Netz aus 1992
Windenergie300 GW
25 000 km2
5000 x 10 km
Wasserkraft200 GW
Sonnenenergie700 GW
8000 km2
90 x 90 km
Wasserkraft
Sonnenergie
Windenergie
HGÜ-Verbindungen
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Statnett
Die Vision ist inzwischen Allgemeingut
wind-energy-the-facts.org mainstreamrp.com pepei.pennnet.com
Statnett
wikipedia/desertec
claverton-energy.com
Desertec-australia.org
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Wie kann eine HGÜ-Integration aussehen ? Einzelne Systeme oder vermaschtes Overlay-Netz
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Nordsee DK
NL
BE
FR
CH AT
CZ
PL
Ostsee
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II
I
I
Erste Stufe - Punkt zu Punkt Einzelne Punkt-zu-Punkt-
ÜbertragungssystemeZweite Stufe - regionale Netze Radiale Multi-Terminal-Systeme
ohne LeistungsschalterDritte Stufe - überregionale Netze Verbindung der einzelnen Multi-
Terminal-Systeme mit Hilfe von DC- Leistungsschaltern zur Trennung im Fehlerfall
Freileitung und / oder Kabel möglichIn jedem Fall aber muss es eines geben:Einen Plan für die Netzentwicklung !
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Zusammenfassung HVDC Light für DC-Overlay-Netze
HVDC Light DC-Spannung: ± 640 kV
Leistung: 2.400 MW
Verluste: < 1,0 %
DC-Kabel DC-Spannung: ± 500 kV
Wassertiefen bis 2.000 m
DC-Leistungsschalter bald verfügbar
Aufbau und Planung von regionalen und überregionalen
DC-Overlay-Netzen ist heute schon möglich
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