Technologien für Gleichstrom-Overlay-Netze · Übertragungssysteme. Zweite Stufe - regionale Netze...

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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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