Stromtransport quer durch Europa Globale Schlüsseltechnologie – HGÜ Dr Andrew Paice,  ABB Schweiz AG, Forschungszentrum, 2...
<ul><li>Was ist  Strom ? </li></ul><ul><li>Entwicklung des Stromsystems – Stromkrieg </li></ul><ul><li>Gleichstrom oder We...
Was ist  Strom ? Die Bewegung von geladenen Teilchen <ul><li>Elektrischer Strom ist die Bezeichnung für die gerichtete Bew...
Gleichstrom oder Wechselstrom Vorteile, Nachteile, Unterschiede <ul><li>Gleichstrom </li></ul><ul><ul><li>Erzeugung / Spei...
Gleichstrom oder Wechselstrom – der Stromkrieg Entwicklung des Stromsystems / Wettkampf Gleichstrom-Wechselstrom <ul><li>A...
Aufgaben des modernen Stromsystems Kapazität , Verfügbarkeit , Effizienz und Zukunftsfähigkeit © ABB Group  April 13, 2011...
Einflussfaktoren auf die Netzentwicklung  Mögliche Lösungen <ul><li>Steigende Energienachfrage mit einer steigenden Propor...
Neue Herausforderungen Integration erneuerbarer Energiequellen <ul><li>Standortanbindung der Primärenergie (HV, MV, LV) </...
Neue Lösungen für die Energieübertragung – HGÜ Leistungselektronik ermöglicht die Hochspannungs-Umwandlung AC / DC <ul><li...
<ul><li>1954 </li></ul>© ABB Group  April 13, 2011  | Slide  Die Geschichte von HGÜ Pioniergeist von ASEA, BBC und nun ABB...
HGÜ-Projekte von ABB  Weltweite Erfahrung © ABB Group  April 13, 2011  | Slide  1954: Erste kommerzielle HVDC mit Quecksil...
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HGÜ – Neue Lösungen für die Energieübertragung  HGÜ-Unterwerk, Gebäude <ul><li>HGÜClassic 300 – 6,400 MW Thyristor </li></...
HGÜ – Neue Lösungen für die Energieübertragung  Technologie: Überland- und Unterseekabel <ul><li>Leiter aus Aluminium oder...
Der richtige Einsatz von HGÜ Höhere Fixkosten, tiefere Variabelkosten bei grosser Entfernung <ul><li>Der Vergleich: HGÜ – ...
HGÜ wird sich weiterentwickelt und durchsetzen   Ein Netz kann entstehen <ul><li>Heute wird Wechselstrom für die Übertragu...
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Dr. Andrew Paice, Abteilungsleiter Forschungszentrum ABB

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Stromtransport quer durch Europa
Globale Schlüsseltechnologien

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    1. 1. Stromtransport quer durch Europa Globale Schlüsseltechnologie – HGÜ Dr Andrew Paice, ABB Schweiz AG, Forschungszentrum, 2011-04-12 © ABB Group April 13, 2011 | Slide
    2. 2. <ul><li>Was ist Strom ? </li></ul><ul><li>Entwicklung des Stromsystems – Stromkrieg </li></ul><ul><li>Gleichstrom oder Wechselstrom – Vorteile, Nachteile </li></ul><ul><li>Aufgaben eines modernen Stromsystems </li></ul><ul><li>Neue Herausforderungen bei der Integration erneuerbarer Energiequellen </li></ul><ul><li>Neue Lösungen für die Energieübertragung – HGÜ </li></ul><ul><ul><li>Die Geschichte von HGÜ </li></ul></ul><ul><ul><li>Die Technologie </li></ul></ul><ul><ul><li>Vorteile und richtiger Einsatz von HGÜ </li></ul></ul><ul><li>Schlusswort </li></ul>Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Inhalt © ABB Group April 13, 2011 | Slide
    3. 3. Was ist Strom ? Die Bewegung von geladenen Teilchen <ul><li>Elektrischer Strom ist die Bezeichnung für die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern, zum Beispiel Elektronen oder Ionen </li></ul><ul><ul><li>Elektronen, die durch einen Draht fliessen, erzeugen Strom </li></ul></ul><ul><li>Messungen: </li></ul><ul><ul><li>Strom wird in Amperes gemessen – die Geschwindigkeit, mit der die Ladung fliesst </li></ul></ul><ul><ul><li>Spannung wird in Volts gemessen – die Arbeit (Energie), die nötig ist, um ein geladenes Partikel in einem elektrischen Feld zu bewegen </li></ul></ul><ul><li>Wir unterscheiden zwischen Wechsel strom und Gleich strom </li></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide <ul><li>Analogie elektrischer Strom & Wasserstrom </li></ul><ul><li>Strom = Fluss </li></ul><ul><li>Höhe oder Druck = Spannung </li></ul>
    4. 4. Gleichstrom oder Wechselstrom Vorteile, Nachteile, Unterschiede <ul><li>Gleichstrom </li></ul><ul><ul><li>Erzeugung / Speicherung in Batterien </li></ul></ul><ul><ul><li>Verwendung in Elektronik </li></ul></ul><ul><ul><li>Umwandlung nur mit Leistungselektronik </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aufwendig, hohe Verluste </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Lineare Verluste über Leitung </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Leitung oder Kabel, Wasser oder Luft </li></ul></ul></ul><ul><li>Wechselstrom </li></ul><ul><ul><li>Erzeugung mit Generatoren </li></ul></ul><ul><ul><li>Verwendung in Motoren </li></ul></ul><ul><ul><li>Leichte Umwandlung der Spannung </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Transformatoren </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Verlust abhängig von Leitung und Länge, Blindstrom </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Kabel und Wasser ungünstig </li></ul></ul></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide Leistung = V I Verlust = R I 2 Doppelte Spannung  Ein Viertel der Verluste
    5. 5. Gleichstrom oder Wechselstrom – der Stromkrieg Entwicklung des Stromsystems / Wettkampf Gleichstrom-Wechselstrom <ul><li>Am Anfang war Gleichstrom </li></ul><ul><ul><li>Ende 1790 Entdeckung der Batterie – Alessandro Volta </li></ul></ul><ul><ul><li>Bis 1880 Nutzung des Stroms für Telegraphie und Galvanik mittels Batterien </li></ul></ul><ul><ul><li>1866 – Werner von Siemens entdeckte dynamoelektrisches Prinzip (Gleichstrom) </li></ul></ul><ul><ul><li>Ab 1880 – Entwicklung der Glühbirne und damit steigernde Strombedarf für die Beleuchtung in Privathaushalt und Öffentlichkeit </li></ul></ul><ul><ul><li> Am Anfang gibt es wegen höherer Verluste viele Generatoren und kleine Teilnetze </li></ul></ul><ul><li>George Westinghouse erkannte eine Ausweg – höhere Spannungen mit einfacher Umwandlung mittels Transformatoren. Höhere Spannung  niedrige Verluste Frequenz ab 40Hz gewählt, um das Flimmern zu reduzieren. </li></ul><ul><li>Entscheidung in 2 Akten: </li></ul><ul><ul><li>25. August 1891: Inbetriebnahme der Drehstromübertragung Lauffen-Frankfurt </li></ul></ul><ul><ul><li>1893: Westinghouse lieferte ein Wechselspannungssystem und Glühbirnen für die Weltausstellung in Chicago </li></ul></ul><ul><li>Das Netz entwickelte sich weiter als Wechselstrom-Netz </li></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide <ul><li>1875 – 1900 Gleichstrom-Ära </li></ul><ul><li>Block- und Stadtzentralen </li></ul><ul><li>Nutzung Wasserkraft </li></ul><ul><li>Kraftstromüber-tragung </li></ul><ul><li>1900 Entwicklung der Wechselstrom-systeme </li></ul><ul><li>Ausbau von Elektrische Netze für die Industrie </li></ul><ul><li>Einfluss 1. & 2. Weltkriege </li></ul><ul><li>Vermaschung auf HS-Ebene – national und international. </li></ul>Thomas Edison George Westinghouse
    6. 6. Aufgaben des modernen Stromsystems Kapazität , Verfügbarkeit , Effizienz und Zukunftsfähigkeit © ABB Group April 13, 2011 | Slide Erzeugung  Übertragung  Verteilung  Verbrauch
    7. 7. Einflussfaktoren auf die Netzentwicklung Mögliche Lösungen <ul><li>Steigende Energienachfrage mit einer steigenden Proportion des Anteils an elektrischer Energie </li></ul><ul><ul><li>Mehr Stromerzeugung oder reduzierter Bedarf </li></ul></ul><ul><li>Verbesserung der Verfügbarkeit </li></ul><ul><ul><li>Ausbau der Infrastruktur, Einführung neuer Netz-Automatisierungstechnologien </li></ul></ul><ul><li>Beachtung von Umweltaspekten und globaler Erwärmung </li></ul><ul><ul><li>Energieeffizienz </li></ul></ul><ul><ul><li>Erneuerbare Energiequellen </li></ul></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide
    8. 8. Neue Herausforderungen Integration erneuerbarer Energiequellen <ul><li>Standortanbindung der Primärenergie (HV, MV, LV) </li></ul><ul><ul><li>Standorte oft weit entfernt von Lastzentren </li></ul></ul><ul><ul><li>Weiträumige Mischung unterschiedlicher Quellen zur Reduktion der Volatilität, z.B. Wind im Norden, Sonne im Süden </li></ul></ul><ul><li>Resultat: erhöhter Übertragungsbedarf </li></ul><ul><ul><li>Höhere Leistungen, längere Distanzen </li></ul></ul><ul><ul><li>Auswahl zwischen Kabel / Freileitung und Unterwasser-Kabel wird nötig </li></ul></ul><ul><ul><li>Effizienz und Wirtschaftlichkeit stehen im Vordergrund </li></ul></ul><ul><li>Einschränkungen Hochspannungswechselstrom (AC): </li></ul><ul><ul><li>Aufbau Blindleistung über längere Distanzen: Phasenschieber / SVC nötig </li></ul></ul><ul><ul><li>Unterwasserkabel nicht praktikabel </li></ul></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide 2009 Source: es.dk EWEA Offshore Factsheet 2009
    9. 9. Neue Lösungen für die Energieübertragung – HGÜ Leistungselektronik ermöglicht die Hochspannungs-Umwandlung AC / DC <ul><li>Vorteile der Gleichstromübertragung (DC): </li></ul><ul><ul><li>Die Verbindung von asynchronen Netzen </li></ul></ul><ul><ul><li>Die Übertragung per Kabel über Land oder durchs Wasser </li></ul></ul><ul><ul><li>Die Bereitstellung von System-dienstleistungen – z.B. Stabilität </li></ul></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide Brazil 60 Hz Argentina 50 Hz <ul><li>Die moderne HGÜ-Technologie (HVDC Light / VSC) ermöglicht: </li></ul><ul><ul><li>Steuerung des Leistungsflusses </li></ul></ul><ul><ul><li>Verbindung (Offshore-)Windparks </li></ul></ul><ul><ul><li>Versorgung von isolierten Lasten </li></ul></ul><ul><ul><li>Betreibung von kommerziellen Übertragungsleitungen </li></ul></ul>
    10. 10. <ul><li>1954 </li></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide Die Geschichte von HGÜ Pioniergeist von ASEA, BBC und nun ABB 2010 <ul><li>Die Gotland HGÜ- Unterwasser-Kabel-verbindung: Erstes kommerzielles Projekt </li></ul><ul><ul><li>20 MW ± 100 kV 98 km </li></ul></ul><ul><li>Das Xiangjiaba-Shanghai Projekt: Inbetriebnahme Juli </li></ul><ul><ul><li>6,400 MW ± 800 kV 2000 km <7% Verluste </li></ul></ul><ul><li>In der Zwischenzeit </li></ul><ul><li>61 HGÜ Classic und 15 HGÜ Light Projekte </li></ul><ul><li>14 HGÜ upgrade Projekte </li></ul><ul><li>Immer wieder Technologiesprünge </li></ul><ul><li>Vorteile für EVUs, Industrie und Energiekunden </li></ul>
    11. 11. HGÜ-Projekte von ABB Weltweite Erfahrung © ABB Group April 13, 2011 | Slide 1954: Erste kommerzielle HVDC mit Quecksilberdampf-gleichrichter 1970: Erste Thyristor-Ventile für HVDC 1980: Die grösste Leistung, Itaipu 6.300 MW 1997: Erste kommerzielle HVDC Light Installation 2007: 800 kV UHVDC verfügbar 2008: NorNed, das längste Seekabel geht in Betrieb 56 HVDC Classic Projecte seit 1954 14 HVDC Classic Upgrades seit 1990 15 HVDC Light Projecte seit 1997 Troll Nelson River 2 CU-project Vancouver Island Pole 1 Pacific Intertie Pacific Intertie Upgrading Pacific Intertie Expansion Intermountain Blackwater Rio Madeira Inga-Shaba Brazil-Argentina Interconnection I&II English Channel Dürnrohr Sardinia-Italy Highgate Châteauguay Quebec- New England Skagerrak 1-3 Konti-Skan Baltic Cable FennoSkan 1&2 Kontek SwePol ChaPad Rihand-Delhi Vindhyachal Sakuma Gezhouba-Shanghai Three Gorges-Shanghai Leyte-Luzon Broken Hill New Zealand 1&2 Gotland Light Gotland 1-3 Murraylink Eagle Pass Tjæreborg Hällsjön Directlink Cross Sound Italy-Greece Rapid City Vizag II Three Gorges-Guandong Estlink Valhall Cahora Bassa Sapei Square Butte Sharyland Three Gorges-Changzhou Outaouais Caprivi Link Hülünbeir- Liaoning Lingbao II Extension Xiangjiaba-Shanghai BorWin1 NorNed Apollo Upgrade EWIC IPP Upgrade Itaipu DolWin1 NordBalt
    12. 12. Was ist ein Hochspannungsgleichstrom-Übertragungssystem? © ABB Group Slide 08MR0045 Kundennetz Kundennetz HGÜ-Umrichter-Station > 300 MW, Classic HGÜ-Umrichter-Station < 1200 MW, Light Freileitung zwei Leiter Unterwasserkabel Land- oder Unterwasser-Kabel HGÜ-Umrichter-Station > 300 MW, Classic HGÜ-Umrichter-Station < 1200 MW, Light Leistungs- / Energieflussrichtung Kundennetz Kundennetz
    13. 13. HGÜ – Neue Lösungen für die Energieübertragung HGÜ-Unterwerk, Gebäude <ul><li>HGÜClassic 300 – 6,400 MW Thyristor </li></ul><ul><ul><li>600 MW </li></ul></ul><ul><ul><li>200 x 120 x 22 m </li></ul></ul><ul><ul><li>6 acres </li></ul></ul><ul><li>HGÜLight 50 – 1,200 MW – Transistor / IGBT </li></ul><ul><ul><li>550 MW </li></ul></ul><ul><ul><li>120 x 50 x 11 m </li></ul></ul><ul><ul><li>1, 5 acres </li></ul></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide <ul><li>HGÜ-Unterwerke sind grösser als ein normales Unterwerk vergleichbarer Leistung </li></ul>
    14. 14. HGÜ – Neue Lösungen für die Energieübertragung Technologie: Überland- und Unterseekabel <ul><li>Leiter aus Aluminium oder Kupfer </li></ul><ul><li>Dreifach extrudiertes Isolationssystem </li></ul><ul><ul><li>Innere Leitschicht </li></ul></ul><ul><ul><li>HGÜ-Polymer-Isolierung </li></ul></ul><ul><ul><li>Äussere Leitschicht </li></ul></ul><ul><li>Kupferdraht Abschirmung und / oder Bleimantel </li></ul><ul><li>Stahldrahtschutz oder Aluminium-Laminat </li></ul><ul><li>Aussenmantel aus PE oder Polyethylen-Garn </li></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide 1997 Hellsjön ± 10 kV 3 MW 2000 Directlink, 354 km ± 80 kV, 60 MW 2001 Murraylink, 360 km ± 150 kV, 220 MW 2009 ± 320 kV, 1,200 MW 2004 Estlink, 210 km ± 150 kV, 350 MW
    15. 15. Der richtige Einsatz von HGÜ Höhere Fixkosten, tiefere Variabelkosten bei grosser Entfernung <ul><li>Der Vergleich: HGÜ – HV Wechselstrom : </li></ul><ul><li>Unterwerke: </li></ul><ul><ul><li>HGÜ Grösser, mehr Verluste </li></ul></ul><ul><li>Kabel / Leitung </li></ul><ul><ul><li>HGÜ braucht weniger Kabel / Leitung </li></ul></ul><ul><ul><li>HGÜ kann Unterwasser verlegt werden </li></ul></ul><ul><ul><li>Weniger Verluste </li></ul></ul><ul><li>Investitionskosten </li></ul><ul><ul><li>HGÜ teurere Unterwerke, aber billiger Leitung pro Kilometer </li></ul></ul><ul><li>HGÜ sind bisher Punkt-zu-Punkt- oder Multi-Terminal-Verbindungen. Noch können wir kein Netz bauen. </li></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide
    16. 16. HGÜ wird sich weiterentwickelt und durchsetzen Ein Netz kann entstehen <ul><li>Heute wird Wechselstrom für die Übertragung und Verteilung von elektrischer Leistung genutzt – dank der einfachen Spannungsumwandlung </li></ul><ul><li>Wegen der Integration erneuerbarer Energiequellen brauchen wir </li></ul><ul><ul><li>noch höhere Übertragungsleistungen, </li></ul></ul><ul><ul><li>über längere Distanzen mit </li></ul></ul><ul><ul><li>zusätzlichen Kabeln / Freileitungen und Unterwasser-Kabeln und </li></ul></ul><ul><ul><li>mehr Effizienz und Wirtschaftlichkeit </li></ul></ul><ul><li>Dann kommen die Hochspannungs-Wechselstrom-Leitungen an ihre Grenzen. Gleichstrom würde es bei genügend hohen Spannungen schaffen. </li></ul><ul><li>Mit moderner Leistungselektronik ist die Umwandlung AC/DC, DC/DC, AC/DC möglich </li></ul><ul><li>In die Zukunft werden wir immer mehr HGÜ brauchen, bis vielleicht ein Netz entsteht. </li></ul>© ABB Group April 13, 2011 | Slide
    17. 17. © ABB Group April 13, 2011 | Slide

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