Gleichstrom-Unterwasserkabel zwischen Skandinavien und … · 2007. 12. 17. · Sinn und Zweck...

1

13. Juli 2007

David Schmidt

Gleichstrom-Unterwasserkabel zwischen Skandinavien und Mitteleuropa

TU Berlin - Institut für Energietechnik - Fachgebiet Energiesysteme

2HGÜ Skandinavien Mitteleuropa David Schmidt

Inhalt

Übersicht Title Title

1 Technische Grundlagen - Übertragungstechnik 1

2 Allgemeines zu den Strommärkten 2

3 Sinn und Zweck eines Seekabels 3

4 Betreibermodelle / Geschäftsmodelle 4

5 Realisierte Projekte 5

6 Geplante Projekte 6

7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt

2


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt


1. Übertragungstechnik1.1 Hochspannungstechnik Allgemein

einfache Erzeugung (Angebotsseite)einfache Transformation der Spannung zur verlustarmen Fernübertragung des hochgespannten Wechselstroms

Endverbraucher Spannung 220 V– Netzfrequenz: 50 HzMittelspannung 10-30 kVHochspannung 60 - 110 kVHöchstspannung 220 kV - 380 kV

Netzspannungen in Deutschland

Nutzung der Wechselstromtechnik

Optimierung der ÜbertragungskostenIn der Regel als DreiphasenwechselstromVorteile bei der Transformierbarkeit, bringt jedoch auch höhere Verluste durch kapazitive wie induktive Effekte mit sich

Nutzung der Hochspannungstechnik

Übertragungstechnik

Näherung

Hochspannungs-Drehstrom-ÜbertragungHVAC= high voltage alternating current

HDÜ

Gute TransformierbarkeitBietet zwei verschiedene SpannungenWirtschaftliche Übertragung großer Mengen elektrischer Energie über große Entfernungen Erzeugung und Übertragung konstanter Wirkleistung Durch Sternschaltung Übertragungdreifacher Leistung bei lediglich 50% Materialmehraufwand möglichEinfache Schaltungstechnologie

Vorteile der HDÜ-Technik

Etablierte Technik mit viele Vorteilen. – Auch für Unterwasserkabel geeignet?

3


1. Übertragungstechnik1.2 HDÜ – Anwendung und Nachteile

Bei langen Drehstromleitungen infolge der im Betrieb wirksamen parasitären Kapazitäten besondere Probleme wie hohe Ladeleistung und StabilitätsschwierigkeitenVereinfachung:– Langes Kabel wirkt wie großer

Kondensator– Anlegung einer Spannung an ein am

anderen Ende offenen Kabel– Bei Wechselstrom Neuaufladung und

Entladung in jeder Halbwelle – ein Ladestrom fließt

– Dieser Wechselladestrom (Kapazitiver Blindstrom) steigt linear mit Höhe der Spannung, Länge des Kabels und Frequenz und senkt Wirkstrom an Ende

Überbrückung durch Kompensationsspulen

Nachteile der HDÜ-Technik

Praxiswert: Grenzlänge = 90…130 km (abhängig von Spannung, Verlusten, Kabeltyp etc.)

Anforderungen an Kabelnutzung

Grafik Quelle: ABB Utilities GmbH, 2005

Blindleistungsbedarf und die Materialkosten der Übertragung spielen wichtige Rolle.Nur bis zu einer gewissen Länge und Auslastung wirtschaftlich


1. Übertragungstechnik1.3.1 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

HGÜ kompensiert die Nachteile der HDÜ-Technik

Keine Blindleistungsprobleme bei Gleichstromleitungen (dort einmaliger kurzer Vorgang)Funktionsweise– Stromrichterstation (Konverterstation) an beiden Enden– Sie arbeiten als Gleichrichter oder Wechselrichter, abhängig von der Flussrichtung.– HGÜ-Anlagen werden entweder monopolar mit einer Rückleitung durch die Erde oder

bipolar mit zwei Kabelleitungen ausgeführt (letzteres vor allem aus Umweltgründen)

Hochspannungs-Gleichstrom-Übetragung (HGÜ) bei gleicher Leistung billiger.Die Übertragung elektrischer Energie ist damit bei großen Leistungen und großen Entfernungen ( > ca. 70 km) mit einer HGÜ wirtschaftlicher als mit einer HDÜ.

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)

Grafik Quelle: wikipedia.org

4


1. Übertragungstechnik

Keine Blindleistungsverluste, daher ge-eignet für größere Entfernungen >70kmVerlegevorteile durch geringeresKabelgewicht ( bis 50%)Keine Frequenzgleichheit erforderlich, daher geeignet für Kopplung elektrischerVerbundnetze unterschiedlicherFrequenzen (z.B. 50 und 60 Hz) und Frequenzregelsysteme (Hochspannungs-Gleichstrom-Kupplungen)Bis zu 50% leichtere, verlustärmere und kostengünstigere TrassenGKK - Gleichstrom-KurzkopplungKonkrete Steuerung des Lastflussesmöglich

Zusätzliche Kosten für die an jedemLeitungsende angeordneten Stromrichterfür hohe Spannungen (150-450 kV)Abhängigkeit von Halbleiterpreisen und deren Kurzschlussfähigkeit (früherThyristoren, heute schaltbareLeistungshalbleiter)Ab 500kV Bernetzungsprobleme beiFreilandleitungen durch Regenwasser

1.3.2 HGÜ – Vor- und Nachteile

HGÜ kompensiert die Nachteile der HDÜ-Technik

NachteileVorteile

Übertragungstechnik


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt

5


2.1 Europäische Verbundnetze

2. Allgemeines zu den Strommärkten

MitteleuropaUnion for the Co-ordination of Trans-mission of Electricity

400 Millionen Verbraucher34 Übertragungsnetzbetreiber aus 22 LändernDiversifizierter Energiemix

SkandinavienSelbe Kriterien wie die der UCTEGeringer Energiemix:Viele Laufwasserkraft- und KernkraftwerkeGesamtverbrauch 2007: ca. 400 TWh– Norwegen und Finnland Nettoimporteure– Schweden, Dänemark Nettoexporteure

Verbindungsleitungen zwischen UCTE & NORDEL

Konti-Skan, Swepol oder die Cross-Skagerak.

UCTE

Quelle: Nordel 2001

Asynchrone Netze unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichem Kraftwerksmix

Nordel


2.2 Strombörsen in den Europäischen Verbundnetzen

2. Allgemeines zu den Strommärkten

MitteleuropaLiberalisierte Märkte, Umfangreicher OTC-Handel, Strombörsen in allen Ländern, z.B.

Deutschland mit privater Börse EEX (fusioniert aus Börsen in Leipzig und Frankfurt)UK mit vielen konkurrierenden, privaten Börsen – Führerschaft ehemals UKPX, aufgegangen in APX Power UKNiederlande mit staatlicher Börse: Amsterdam Power Exchange (APX Power NL)

SkandinavienEine einzige, zentrale Strombörse: NordpoolHöchster Umsatz in MWh – sowohl absolut als auch relativ zur MarktgrößeStaatlich organisiert

UCTEund UK

Besserer Organisiertheitsgrad im Nordel-Verbundnetz

Nordel

Allgemeines zu den Strommärkten

6


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt


3. Sinn und Zweck einer Kabelverbindung3.1 Vergleich von Kandidatenländer mit möglicher Verbindung zu Norwegen

Art einer Kabelverbindung– Innerhalb eines Landes– Verbindet zwei LänderGründe– Notwendigkeit

(z.B. Gotland)– Versorgungsicherheit– Ausnutzung von Preis-

gefällen (Arbitrage)

Vorabüberlegungen

Sinn und Zweck einer Kabelverbindung aus Sicht des norwegischen Energieversorgers

Energiebalance

Leis

tung

in G

W

England Deutsch-land

Niederlande Nordengesamt

NorwegenDänemark

Maximaler Verbrauch

Austauschleistung

Quelle: Eurprog, NG, Statnett, 2003

Mögliche Produktion

7


3. Sinn und Zweck einer Kabelverbindung3.2 Kraftwerkspark möglicher beteiligter Staaten

Bullet text Bullet text– Sub-bullet text– Sub-bullet text

in England und NiederlandenIn Deutschland

In Norwegen

sonst. Regenerative

Geothermie

Biomasse

Biogas

Windkraft

Wasserkraft

Gas

Braunkohle

Steinkohle

Kernkraft

Maximalverbrauch

In Dänemark

Quelle: Nordel annual statistics 2003; Sattnet, 2003


3. Sinn und Zweck einer Kabelverbindung3.3.1 Tagesstrompreise in möglichen beteiligten Staaten

Tagespreise vom 11.07.2007

€/M

Wh

Stunde

Quellen: EEX, Nordpool, APX

0

10

20

30

40

50

60

00-01

02-03

04-05

06-07

08-09

10-11

12-13

14-15

16-17

18-19

20-21

22-23

DK1DK2NO1NO2NO3FinnlandSchwedenKontekEEXAPX NL

8


3. Sinn und Zweck einer Kabelverbindung3.3.2 Strompreise im Tagesmittel über ein Jahr (Daten 2002)



Von EnglandVon den Niederlanden



Von NorwegenVon Deutschland

Konstant im Jahresdurchnitt – Für Norwegen Preisanstieg im Winter

125

100

75

50

25

0

€/MWh

€/MWh

125

100

75

50

25

0

Grafiken Quelle: Stattnet, 2003


3. Sinn und Zweck einer Kabelverbindung3.3.3 Strompreise im Tagesmittel über ein Jahr im Vergleich zu Norwegen (Daten 2002)

England und NorwegenNiederlande und Norwegen

Dänemark und NorwegenDeutschland und Norwegen

250

125

0

250

125

0

250

125

0

250

125

0

€/MWh

€/MWh

Grafiken Quelle: Stattnet, 2003

9


3. Sinn und Zweck einer Kabelverbindung3.4 Preisdifferenzdauerlinie in 2002

Zwischen Norwegen und Dänemark in 50% der Zeit PreisgleicheitRente müssen die Kosten (Investition, Betrieb) kompensieren.

Bedeutende Preisgefälle zwischen den Strommärkten

100

75

50

25

0

-25

-50

-75

-1008760 Stunden

Norwegen –

DänemarkNorwegen –

Niederlande

Nor-England

Nor-Niederlande

Nor-Deutschland

Nor-Dänemark

€/MWh

Grafik Quelle: Stattnet, 2003


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt

10


4.1 Marktwirtschaftliche Angebotsinstrumente

4. Betreiberkonzepte / Geschäftsmodelle

EigentümerstrukturenInhaberschaft durch verbundene NetzunternehmenInhaberschaft profitierender VersorgungsunternehmenExterne Investoren

GeschäftsmodelleEigennutzung– Arbitragegewinne– VersorgungssicherheitVermietung an Marktteilnehmergrenzüberschreitender Stromhandel– OTC-Handel (over the counter)

– First-Come-First-Serve– Pro-rata

– Standardisiert– Explizite Auktionen– inplizite Auktionen (z.B. Kontek, Nordel)

(Open Market Coupling)

Betreiberkonzepte und Geschäftsmodelle

1

2

Öffnung für alle Marktteilnehmer – durch impliz. Auktionen Zusammenw. der Märkte

Transmission feeDay subscription 110,29 EUR/MWHour subscription 11,03 EUR/MW

OTC: Baltic Cable - balticcable.com

Geschäftsbedingungen:

Pauschale Gebühren für 50 MW im Jahr:

14.387.750 SEK / 1.689.047 PLN

Die pauschalen Gebührenbeinhalten 75 000 MWh.

Variable Gebühren pro MWh beiÜberschreitung der 75 000 MWhin Nord- oder Südrichtung:

6,56 SEK bzw. 10,03 PLN.

OTC: SWEPOL – swepollink.se

Zukunft alsimpliziteAuktion


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt

11


5.1 Weltweite Projekte

5. Realisierte Projekte


Nordeuropa mit den meisten Projekten


5.2 Projekte in Nordeuropa


BALTIC-CalbeZwischen Deutschland und Schweden

SWEPOLZwischen Schweden und Polen

KONTEKZwischen Deutschland und Dänemark

SKAGERRAKZwischen Dänemark und Norwegen

KONTISKANZwischen Dänemark und Schweden

1

2

3

4

5

12

3

4

5

Quelle Abbildung: abb.com, 2007

12


5.3.1 Baltic-Cable –Deutschland/Schweden


VerlaufLübeck-Herrenwyk (D)-Kruseberg (Schweden)Länge: 250 km (längstes Seehochspannungskabel)

BetriebsdatenBetriebsspannung: 450 kVMögliche Leistung: 600 MW (seit 2004)

1991 - Unternehmensgründungdurch PreussenElektra gemein-sam mit den schwedischen Strom-versorgern Sydkraft und Vattenfall1994 -KommerzielleInbetriebnahme

Zeittafel

Baltic Cable AB:66,6 % Statkraft (von Anfang 2002 an von E.ON übernommen)33,3 % E.ON Sverige AB Umsatz 2004: 171 000 Euro(Statkraft Annual Report 2004)

Firmierung

Derweil längste SeeverbindungNichtsynchrone NetzeStatkraft Mehrheitseigentümer

Besonderheiten

Quelle Abbildung: Baltic Cable, 2007


5.3.2.1 SwePol – Schweden und Polen


VerlaufStarnö (Schweden)-Słupsk (Polen)Länge: 245 km (Seekabel)

BetriebsdatenBetriebsspannung: 450 kVMögliche Leistung: 600 MW

Okt. 1998 Planung und Auftragsvergabe

Aug. 2000 KommerzielleInbetriebnahme

Zeittafel

SwePol Link AB:51 % Svenska Kraftnät16 % Vattenfall AB33 % Polish Power Grid CompanyUmsatz 2004: 305 Mio SKRSwePol Link Poland Sp.zo.o.100 % Tochter d. SwePol Link ABUmsatz 2004: 96 Mio SKR

Firmierung

Lange SeeverbindungNichtsynchrone Netze

Kennzeichnung

Quelle Abbildung: swepol.com, 2007

13


5.3.3 Kontek – Deutschland und Dänemark


VerlaufBentwisch (D) - Bjaeverskov (Dänemarck)Länge: 170 km (Seekabel - monopolar) Landabschnitte als Erdkabel, Elektrodenkabel hier nicht (wie in Rostock-Bentwisch) parallel

BetriebsdatenBetriebsspannung: 400 kVMögliche Leistung: 600 MW

1994 Projektinitiierung1995 Beschädigung des

Kabels durch Schiff1996 Kommerzielle

Inbetriebnahme

Zeittafel

• Vattenfall Europe Transmission GmbH (VEAG) • Energinet.dk (Elkraft)

Eigentümer

•Großes Interesse an der Leitung•Vermietung der Leitung an Marktteilnehmer•Vergabe seit 2005 durch implizite Auktionsverfahren•Nord Pool Spot AS Auktionshaus

Besonderheit

Quelle Abbildung: abb.com, 2007, Nordpool 2006


5.3.4 Skagerrak 1,2/3– Norwegen und Dänemark


VerlaufKristansand (Norwegen) - Tjele (Dänemarck)Länge: 127 km Seekabel, 113 km LandkabelI & II bipolar bis 1993, nun alle monopolar (I/II vs.III)

BetriebsdatenBetriebsspannung: I&II: 250 kV / III:350 kVMögliche Leistung Skagerrak 1/2: 500MW;3: 450MW

1922 Erste Planungen1977 Inbetriebnahme

Skagerak I und II1993 Inbetriebnahme

Skagerrak III

Zeittafel

• Stattnet• Energinet.dk

Eigentümer

•Erste Thyristoren-Richterstat. nach heutigem Technikstand•Verbindung asynchroner Netze•Skagerrak IV für 2012 mit 600 MW in Planung

Besonderheit


14


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt


6.1 In Nordeuropa geplante Projekte

6. Geplante Projekte

Quelle: Eigene Darstellung

Nordeuropa mit den meisten Projekten

EUROKABELProjektstopp 1999

VIKING KABELProjektstopp 2001

NSI (North Sea Interconnector)Projektstopp 2003

NorNedRealisierung noch 2007

KattegatWage/Unkonkrete Planungen

Skagerak 4600MW-Kabel konkret geplantEntscheidung 2010

1

2

3

4

5 1

23

4

56

6

15


Inhalt








7 Resümee 7

8 Quellen 8

Inhalt


7.1 Vor- und Nachteile der Kabelverbindungen

7. Resümmee

Vorteile: Marktgleichgewichte – Marktzusammenwachsen (implizites Auktionswesen)Wirtschaftlichkeit für Betreiber durch ArbitragegewinneVersorgungssicherheitGünstigere Preise, (Konsumentenfreundlichkeit)Volkswirtschaftliche Wohlfahrt steigern

Nachteile:Komplexität einer KabelverbindungUnsicheres, großes InvestitionsvolumenUnsichere Rückflüsse/ RentabilitätSchwierigkeit der PartnerschaftenKomplizierte VertragsfragenAnspruchsvolle, umweltschonende TechnikZeitbeanspruchung: (Verspätung implementierender Planung)Verspätete Planungen haben einen hohen grad an Unsicherheiten sowohl in Hinblick auf die praktische Implementierung und Realisierung innerhalb des geplanten Zeithorizonts

Resümee

Contra

FAZIT UND FRAGEN

Pro

16


8. QuellenBenefits and practical steps towards the integration of intraday electricity markets and balancing mechanisms, A REPORT PREPARED FOR THE EUROPEAN COMMISSION, Frontier Economics Ltd, London 2005UCTE System adequacy forecast 2004-2010, UCTE 2003Alternative kabelforbindelser til utlandet. Tekniske aspekter, Statnett 2004Statnett, Viking Cable and Eurokabel, 1996, "Likestrømsforbindelser mellom Norge og kontinentet: søknad omkonsesjon, ekspropriasjon og forhåndstiltredelse for likestrømsforbindelser fra Feda og Tonstad ut til grunnlinjen (DC connections between Norway and the Continent: application for licensing, expropriation, and pre-approval of DC connections from Feda and Tonstad to the design line.) Application + 3 reports, October 1996.Comparable Cost Estimates for 600 and 1200 MW transmission,Capacity between Norway and the Netherlands, Statnett/TenneT 2004Statistics and prospects for the European electricity sector (1980-1990, 2000-2020), Eurprog 2002Statistics and prospects for the European electricity sector (1980-1990, 2000-2020), Eurprog 2003Statnett SF et al, 1997, "Likestrømsforbindelser mellom Norge og kontinentet - Likestrømskabler inn Fedafjorden, -kostnader, - konsekvenser (DC connections between Norway and the Continent: DC cables into Feda fjord - costsand consequences.) February 1997. Nordisk Systemutviklingsplan, Nordel 2002BALTREL Expert Network Electricity Systems Integration, Baltrel 2004ABB Asea Brown Boveri Ltd, Internetseiten www.abb.comSkagerrak 4, teknisk og samfunnsøkonomisk evalueringsrapport, Eltra/Statnett mars 2003Statnett - NorNed kabel, Viking Cable and Eurokabel, 1997: "Likestrømsforbindelser mellom Norge og kontinentet. Tilleggsutredning for flatkabel. (DC connections between Norway and the Continent; supplementary assessment of flat cables.) July 1997.Technische Fragen beim Open Market Coupling – OMC Prof. Dr.-Ing. Haubrich, Aachen 2006

Quellen

13. Juli 2007

ENDE

Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit!

17


1. !Übertragungstechnik1.4 HDÜ versus HGÜ – Vorteilhaftigkeit bzgl. Investitionskosten

Seekabel-Übertragungen mit Drehstrom sind schon bei Entfernungen von 50...70 km unwirtschaftlichBei großen zu übertragenen Leistungen und großer Leitungslänge ist HGÜ wirtschaftlichere AlternativeHöhere fixe Investmentkosten für HGÜDafür geringere Kabelkosten

Bullet text

Break-even AnalyseAllgemeines

Break-Even Punkt bei ca. 70 km erreicht.



5.3.2.2 SwePol – Schweden und Polen – Austauch der letzten 8 Tage


inMWh/h

Quelle: nordpool.com, Stand 13.07.2007

18


5.3.5 Konti-Skan – Schweden und Dänemark


VerlaufVester Hassing (Dänemark)-Stenkullen (Schweden)Länge: 88 kmI & II bipolar monopolar

BetriebsdatenBetriebsspannung: I: 250 kV II:285 kVMögliche Leistung: I: 250 MW II:300 MW

1965 Erste 250MW HGÜ1988 Zweite 300 MW HGÜ2006 Erneuerung der

Richterstationen

Zeittafel

Swedish Power Grid (Svenska Kraftnät)Energinet.dk

Eigentümer

•Bis 2006 Quecksilberdampfgleichrichter(veraltete Technologie)•Asynchrone Netze

Besonderheit



6.2 Gescheiterte Projekte


EUROKABEL / VIKING KABELBipolares 600 MW Kabel zwischen Lista und BrunsbuttelEurokabel Projekt von HEW und RWE Energie – Vertragsaushandlung 19951999 Kündigung durch RWE nach Preisrutsch auf Marktliberalisierung1997 ähnliches Projekt von PreussenElektra (VikingCable)2001 Kündigung durch EON aufgrund von Umweltschützerprotesten und mangelnder Wirtschaftlichkeit

NSI (North Sea Interconnector)Projektstart 1997: 1200 MW nach EnglandProjekt basiert auf der Grundlage langfristiger Leistungsverträge.Daher komplett fremdfinanziert.2003 – Es wird keine Genehmigung von Norwegen erteilt, weil volkswirtschaflticherNutzen in Frage gestellt wird.

1

2

Geplante Projekte

19


6.3 Einziges (wiederaufgenommenes) Projekt - NorNed


NorNed580 km Verbindung zwischen Eemshaven, Niederlande, und dem Feda Fjord, Norwegen1994: Vertrag über 600MW (450kV) -Leitung und Lieferung zwischen Norsk Krafteksportund Sep (Vertragsvolumen 280 Mio. US-$)Besitzverabredung: Stattnet gehört nördlicher Teil, Sep südlicher2000: Alle Genehmigungen liegen vor2000-2003: Neuverhandlung der Verträge2004 Vertragsabwicklung – Sep steigt aus.2004 TenneT und Stattnet (Netzbetreiber) planen Projekt neu.

Realisierung noch bis Oktober 2007Danach Verwaltung über implizite Auktionen

Kommerzielle Inbetriebnahme noch in 2007

Geplante Projekte

Gleichstrom-Unterwasserkabel zwischen Skandinavien und … · 2007. 12. 17. · Sinn und Zweck...

Documents

Transcript of Gleichstrom-Unterwasserkabel zwischen Skandinavien und … · 2007. 12. 17. · Sinn und Zweck...