STROMÜBERTRAGUNG FÜR DEN KLIMASCHUTZ13.02.2012 / 1 Präsentation Stromübertragung für den...

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STROMÜBERTRAGUNG FÜR DEN KLIMASCHUTZ POTENTIALE UND PERSPEKTIVEN EINER KOMBINATION VON INFRASTRUKTUREN

Publikation Vorlage: Datei des Autors Eingestellt am 16.2.2012 unter www.hss.de/download/120208_Praesentation_Pokojski_.pdf Autor

Dipl.-Ing. Martin Pokojski Mitglied ETG im VDE Veranstaltung

Münchner VDE/HSS-Kolloquium Stromübertragung für den Klimaschutz Expertentagung der Hanns-Seidel-Stiftung am 8.2.2012 im Konferenzzentrum München

13.02.2012 / 1

Präsentation

Stromübertragung für den Klimaschutz

Potentiale und Perspektiven einer Kombination von Infrastrukturen

Studie der Energietechnischen Gesellschaft im VDE (ETG)

Dipl.- Ing. Martin Pokojski

13.02.2012 / 2

Präsentation

BearbeiterETG Task Force Infrastruktur

Dr.-Ing. Christoph Dörnemann Amprion GmbHWolfgang Glaunsinger VDE/ETGDr.-Ing. Jutta Hanson ABB AGDr. Carl Caspar Jürgens NETWORK InstituteMatthias Kirchner Nexans Deutschland GmbHDr.-Ing. Martin Kleimaier ConsultantMaren Kuschke TU BerlinDr.-Ing. Hermann Koch Siemens AGMartin Pokojski VDE/ETGAxel Schomberg TenneT TSO GmbHProf. Dr.-Ing. Kai Strunz TU BerlinWolfgang Tausend EnBW Regional AGDr.-Ing. Kristian Weiland DB Energie GmbHFred Wendt ILF Beratende Ingenieure GmbHProf. Dr.-Ing. Dirk Westermann TU Ilmenau

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Präsentation

Aufgaben des zukünftigen Übertragungsnetzes

TransiteStrombezüge

West

Strom-speicher


Ost

On- / OffshoreWindaufkommen


Nord


Süd

Bestimmung desStromaufkommens

zur Abschätzung der Übertragungsleistung

PVDez. Erzeugung

Sonst. Erzeugung


West


West

Strom-speicherStrom-

speicher


Ost


Ost



Nord


Nord


Süd


Süd



PVDez. Erzeugung

PVDez. Erzeugung

Sonst. Erzeugung

Sonst. Erzeugung

Zielstellungen erfordern massiven Ausbau des Übertragungsnetzes

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Präsentation

Schwierigkeiten beim Ausbau des Übertragungsnetzes

Zunehmende Belastung des 400-kV-Transportnetzes durch Einspeisung von lastferner fluktuierender regenerativer Energie.Nur punktuelle Erleichterungen durch Maßnahmen wie Hochtemperaturseile (TAL) und Temperaturmonitoring (FLM). Beeinträchtigungen durch benachbarte Netze (Quer-/Längsregler).Ertüchtigung des Netzes trotz Dena I und EnLAG wenig erfolgreich. Lt. Dena II zusätzlicher Bedarf an rd. 3.600 km Leitungen.Fehlende Akzeptanz in der Bevölkerung für neue Leitungsprojekte.

Änderung der Genehmigungspraxis mit dem Ziel föderal-einheitlicher VerfahrenSteigerung der Akzeptanz durch Ressourcen schonende Kombination von Infrastrukturen

13.02.2012 / 5

Präsentation

Nutzbare Infrastrukturen• Bahnstromtrassen 7.800 km / Schienentrassen 34.000 km:

Nutzung des Böschungsbereiches und sonstige Freiräume. • Autobahnen: 12.700 km:

Nutzung von Standstreifen sowie Erweiterungsflächen• Pipelinetrassen (flächendeckende Öl + Erdgasleitungen):

Nutzung der Randstreifen (Arbeitsstreifen) von Trassen.• Flüsse und Kanäle 7.360 km Binnenwasserstraßen:

Einbringen in Flussbett oder Uferbereich.• Höchstspannungsnetz 35.700 km:

Nutzung der Trassen und Schutzstreifen

Potenziale vorhanden: Nutzung ist differenziert zu werten!

13.02.2012 / 6

Präsentation

Optionen für die Integration von Energieversorgungssystemen in

bestehende Infrastrukturen(Bsp. Bundesautobahn)

Tele-kommunikation

Kabelsysteme und GIS-Systeme

LKW PKW PKW PKW E-CarLKW

380

kV c

a. 5

0 –

60 m

80

0 kV

ca.

70

-80

m

Kabelsysteme und GIS-Systeme

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Präsentation

Kombination von Energiesystemen mit Éisenbahn-, Pipelinesystemen, Flüssen und Kanälen

10 - 15 m Trassenbreite

Ann. 2 Rohrleitungen

mit D= 1 m

Kabelsysteme

Kabelsysteme Tele-kommunikation

10 - 15 m Trassenbreite

Ann. 2 Rohrleitungen

mit D= 1 m

Kabelsysteme

Kabelsysteme Tele-kommunikation

Pipelinesysteme

KabelsystemeKabelsysteme

ca.3,0 m

ca.2,

5 m

KabelkanalKabelsysteme ca.3,0 m

ca.2,

5 m

KabelkanalKabelsysteme

Eisenbahn

Flüsse/Kanäle

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Präsentation

Infrastrukturen - BewertungskriterienVorteile Nachteile

Autobahn/ Eisenbahn

Zugänglichkeit, Realisierbarkeit, wenige Ansprechpartner, viele Strecken, Wartungszugang, Sicherheit, siedlungsfern, erweiterbar,

EMV, Viele Kreuzungen

Eisenbahn Zugänglichkeit, Realisierbarkeit, wenige Ansprechpartner, viele Strecken, Wartungszugang, Sicherheit, Verbindung

Verfügbare Trassenbreite, Systembeeinflussung der Bahnsicherheitstechnik (EMV)

Flüsse Vorhandene Verlegetechnik, gute Kühlung, lange Strecken

Schifffahrt, Eingriff in die Natur, schwer zugänglich, EMV, Auswirkung im Fehlerfall, Schleusen, Sperrwerke, Umweltschutzaspekte

Kanäle Gute Kühlung, lange Strecken Künstliches Bauwerk mit spez. Bodenbeschaffenhei , Schleusen, Sperrwerke, keine Neubaustrecken, Umweltschutzaspekte

Pipelines Lange Strecken, verzweigtes Netz, vorhandene Trassen mit Schutzstreifen, Zugänglichkeit, Sicherheit (wöchentlich beflogen+begangen), geeignete Trasse für unterirdische Verlegung

EMV, Dienstbarkeit muss mit privaten Eigentümern ausgehandelt werden, enge Platzverhältnisse

Nutzung Freileitungstrassen

Verlegung im Schutzstreifenbereich, lange + viele Strecken

Undefinierte Bodenverhältnisse, viele Kreuzungen, große Höhenunterschiede

Landes‐ oder Staatsgrenzen

Eigentumsrecht des Bundes

13.02.2012 / 9

Präsentation

Kombinationen von Infrastrukturen (Qualitative Bewertung)

Planung/Genehmigung (4 Kriterien)

Trassenbedingung (10 Kriterien)

Bau (2 Kriterien)

Betrieb (7 Kriterien)

Eignung von Infrastrukturen

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Eisenbahn Autobahn Pipelines Flüsse Kanäle Freileitungs-trassen

Bew

ertu

ng in

Pun

kte

BetriebBauTrassenbedingungenPlanung/Genehmigung

Alle Infrastrukturen nutzbar; spezifische Vorteile für jedes System

13.02.2012 / 10

Präsentation

380

kV 5

0 –

60 m

800

kV 7

0 -8

0 m

380

kV 5

0 –

60 m

800

kV 7

0 -8

0 m

Technologien

Spannungserhöhung und parallele Systeme

Gasdruckerhöhung und Anpassung der

Gasqualität

Spannungserhöhung verbunden mit

größeren Masten

Leistungs-erhöhung

Erdverlegung und Tunnellösung möglichFreileitungVerlegung

Besondere Eigenschaften

DC: Nur ohmsche Verl.AC. Kapaz. u. ohmsche Verluste, Kompensation und Kühlung

Kleinere kapazitive Verluste; Kompensa-

tion erforderlich

Im Vergleich zu Kabeln höhere

Verluste

Kabel 1)

AC und DCGasisolierte Leitung (GIL)

Freileitung

Siemens

1) AC = Wechselspannung DC = Gleichspannung

13.02.2012 / 11

Präsentation

Erdverlegung – Graben oder Tunnel

Quelle: Optionen im Stromnetz für Hoch- und Höchstspannung:Prof. Dr.-Ing. habil. B. R. Oswald, Leibniz Universität Hannover,

Berlin 14.05.2009

13.02.2012 / 12

Präsentation

Tunnellösung - Basis für Innovationen

• Vermeidung von Verfügbarkeitseinschränkung durch Muffen

• Austausch von Kabelsystemen • Hohe Flexibilität (AC-/DC- Kabel, GIL)• Kostensenkungspotenziale • Nutzung von Innovationen wie z. B. Supraleiter

Ausbaustufen

1) DC Gleichspannung

DC 1)

3 Syst.

DC 5 Syst.

Kabel-fabrikKabel-tunnel

Transport von Endloskabeln mittels elektr. Rollensystem

M

Reduzierung von Muffen und Kabeltransporten

durch trassennahe Kabelfabrik

Kabel-fabrikKabel-tunnel

Transport von Endloskabeln mittels elektr. Rollensystem

M

Reduzierung von Muffen und Kabeltransporten

durch trassennahe KabelfabrikLösungsansatz:

„Endlos-Kabel“in Verbindung mit Kabeltunnel

320 kV3.600 MW

320/500 kV7.350 MW

500 kV9.375 MW

DC 5 Syst.

1.

2.

3.

13.02.2012 / 13

Präsentation

Umsetzung eines Tunnelkonzeptes (Am Beispiel einer Autobahnlösung)

Minimierung der Kosten durch- kontinuierliche Bearbeitung des Baugrunds- geringe Bautiefen zur Vermeidung größerer

Abraummengen- fabrikmäßig vorgefertigte Tunnelkomponenten- Verwendung standardisierter vorgefertigter

Komponenten für Ein- und Ausfahrten - Überquerung von Tälern und Höhen durch

Integration der Tunnel in vorhandene Baukörper

LKWLKWLKWLKWLKW

13.02.2012 / 14

Präsentation

Technologie-Varianten zum Kostenvergleich

• Leistung 6 GW, Distanz 400 km• Varianten:

• Wechselspannung (AC)- AC-400-kV-Freileitung - AC-400-kV- erdverlegtes Kabel- AC-400-kV-GIL- AC-550-kV-GIL

- Gleichspannung (DC)- DC +/- 320-kV-DC-Freileitung- DC +/-320-kV-DC-Kabel

• Weitere Annahmen• Vermaschtes Netz• Erdlösungen ohne und mit Tunnel• 400-kV-AC-Freileitung als Referenz

Neues KabelDC 320 kV

VSC-HGÜVSC-HGÜ

Kon

vent

ione

lles

Net

zA

C 4

00 k

V

AC-Schalt-anlage

Neue FreileitungAC 400 kV

Transformator

Phasenwinkelregler

Neue GIL AC 550 kV

AC-Schalt-anlage

Transformator

AC-Schalt-anlage

Transformator

Phasenwinkelregler + Spannungsumsetzer

13.02.2012 / 15

Präsentation

KostenvergleichAnnahme: Übertragung von 6 GW über eine Distanz von 400 km

Bewertung des kompletten Systems einschließlich Schaltanlage, Quer- und Längsregler, Auf-/Abspanntrafos und VSC-HGÜ-Stationen

Vergleich der Übertragungskosten(normiert auf 6.000 MW und 400 km Distanz)

0%

100%

200%

300%

400%

500%

600%

700%

800%

900%A

C K

abel

erdv

erle

gt

AC

Kab

el

im T

unne

l

AC

Kab

el

E-T

echn

ik

GIL

400

kV

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GIL

550

kV

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GIL

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kV

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l

GIL

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GIL

550

kV

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l

GIL

550

kV

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DC

Kab

el

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DC

Kab

el

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unne

l

DC

Kab

el

E-T

echn

ik

Freileitung 4x400 kVSysteme

VPE Erdkabel 6 x 400 kV-Systeme

inkl. Kompensation

GIL (400-kV 3 Systeme / 550 kV 2 Systeme)inkl. Kompensation

Freileitung 4 x 320 kVSysteme

VPE-Kabel 5 x 320 kV Systeme

AC (einschl. Schaltanlage, Längs-/Quersteller oder Trafo) DC (einschl. VSC-Kopfstation)

AC DCFreileitung und Kabel Gasisolierte Systeme (GIL) Freileitung und Kabel

A IHG1GDC1CB F1FE J J1

13.02.2012 / 16

Präsentation

Qualitative Aspekte Gesellschaftliche Akzeptanz Bessere GenehmigungsfähigkeitPositive Auswirkung auf die VolkswirtschaftGeringerer PlatzbedarfInstallations-, Reparatur- und Wartungsfreundlichkeit Potential für Leistungssteigerung InnovationsfähigkeitKombination mit anderen Medien Sicherheit (insbesondere Schutz gegen Terrorismus)

Qualitative Vorteile für Tunnelsysteme durch Innovationspotenzial und gesellschaftliche Akzeptanz

13.02.2012 / 17

Präsentation

Zukunftsorientierter Lösungsansatz für Stromtransport


West

Strom-speicher


Ost



Nord


Süd



PVDez. Erzeugung

Sonst. Erzeugung


West


West

Strom-speicherStrom-

speicher


Ost


Ost



Nord


Nord


Süd


Süd



PVDez. Erzeugung

PVDez. Erzeugung

Sonst. Erzeugung

Sonst. Erzeugung

Neue Anforderungen:• On-/Offshore-Einspeisung

• EU-Binnenmarkt für Elektrizität

Änderung der TransportaufgabeKombination von Infrastrukturen Notwendigkeit eines Overlay-Netzes

13.02.2012 / 18

Präsentation

Beispielhafte Overlay-Struktur für DeutschlandOverlay-Netz in AC und DC darstellbar

- Weitgehender Abtransport des Energieaufkommens in Nord- und Ostsee

Kennzeichnend für Netzkonzept- 12 GW-Leistungstrassen zu Verbrauchs-

schwerpunkten- Anbindung des Overlay an das 400-kV-Netz - Sukzessiver Aufbau der Systeme - Lastflussoptimierung durch Querverbindung

Voraussetzung für DC-LösungVerfügbarkeit leistungsstarker HGÜ-Stationen(Voltage Source Converter (VSC)-Technologie)

Einsatzfähigkeit von DC-Leistungsschaltern

Overlay als Kern eines europäischen Netzes

6 GW6 GW

6 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

6 GW6 GW

12 G

W12

GW

12 G

W12

GW

6 GW

70 % über Overlay

rd. 5 GWrd. 22 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

6 GW6 GW

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GW

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W12

GW

6 GW

70 % über Overlay

rd. 5 GWrd. 22 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

6 GW6 GW

12 G

W12

GW

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GW

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70 % über Overlay

rd. 5 GWrd. 22 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

12 GW

6 GW6 GW

6 GW

6 GW6 GW

12 G

W12

GW

12 G

W12

GW

6 GW

70 % über Overlay

rd. 5 GWrd. 22 GW

12 GW

13.02.2012 / 19

Präsentation

Overlay-Netz - Vorteile• Stromversorgung

- großräumiger Energieaustausch - Finanzielle Vorteile durch Optimierung von Investition und Folgekosten- Verbesserte Umsetzung von Netzausbau und -umstrukturierung

• Wirtschaftliche Effekte- Beschleunigte Ablösung fossiler Energieträger, reduzierter Speicherbedarf- Einheitliche Strompreiszone- Impuls für großflächigen europaweiten Ausbau; Deutschland als

Innovationsführer. - Effizienz- und Beschäftigungseffekte durch Ausbau des Transportnetzes

• Umweltpolitische Effekte- Reduzierter Trassenbedarf - Optimierung der Systemführung bei der Verwertung von erneuerbarer Energie

13.02.2012 / 20

Präsentation

Entscheidungsschritte

GW = GigawattQC = WechselspannungDC = Gleichspannung

OHL = FreileitungCAB = KabelGIL = Gasisolierte Leitung

TechnologieentscheidungÜbertra-gung

AC/DC …….kV

SpannungOHL/

CAB/GIL

TechnologieMast/

Erde/Tunnel

Bau-technik

Auf

gabe

Leistung

Bauweise

…. GWA B

TechnologieentscheidungÜbertra-gung

AC/DC …….kV

SpannungOHL/

CAB/GIL

TechnologieMast/

Erde/Tunnel

Bau-technik

Auf

gabe

Leistung

Bauweise

…. GWA B

13.02.2012 / 21

Präsentation

Overlay - Roadmap

AC 550-kV-GIL

1. 3. 4.2. Umsetzungsschritte

AC 400-kV-GIL

AC 800-kV-GIL

Ertüchtigung, Vermaschung und Verknüpfung des 400-kV-Netzes 1)

DC 320-kV

DC 500-kV

DC 800-kV

DC 500-kV

320-kVSupraleiter

erdverlegt

Tunnel

Span

nung

in kV

1) Im Unterschied zu Dena-Abschätzungen

AC 550-kV-GIL

1. 3. 4.2. Umsetzungsschritte

AC 400-kV-GIL

AC 800-kV-GIL

Ertüchtigung, Vermaschung und Verknüpfung des 400-kV-Netzes 1)

DC 320-kV

DC 500-kV

DC 800-kV

DC 500-kV

320-kVSupraleiter

erdverlegt

Tunnel

Span

nung

in kV

1) Im Unterschied zu Dena-Abschätzungen

13.02.2012 / 22

Präsentation

SchlussfolgerungenIntegration erneuerbarer Energien durch Netzausbau

Reduzierung des Energiespeicherungsbedarfs

Akzeptanzsteigerung für neue Versorgungssysteme durch Kombination von Infrastrukturen

Energieübertragung als gesamtstaatliche, ordnungspolitische Aufgabe

Overlay-Netz unter Einbeziehung von Trassen des Bundes und der Länder

Chancen für Innovationen durch neue Ansätze

Kostensenkungspotenziale durch Innovation

Technologieführerschaft im Übertragungsnetzbereich

Impuls für großflächigen, europaweiten Netzausbau

Effizienz- und Beschäftigungseffekte durch Ausbau des Übertragungsnetzes

13.02.2012 / 23

Präsentation

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