Empfohlene Zitierweise Beim Zitieren empfehlen wir hinter den Titel des Beitrags das Datum der Einstellung und nach der URL-Angabe das Datum Ihres letzten Besuchs dieser Online-Adresse anzugeben. [Vorname Name: Titel. Untertitel (Datum der Einstellung). In: http://www.hss.de/...pdf (Datum Ihres letzten Besuches).]
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
13.02.2012 / 3
Präsentation
Aufgaben des zukünftigen Übertragungsnetzes
TransiteStrombezüge
West
Strom-speicher
TransiteStrombezüge
Ost
On- / OffshoreWindaufkommen
TransiteStrombezüge
Nord
TransiteStrombezüge
Süd
Bestimmung desStromaufkommens
zur Abschätzung der Übertragungsleistung
PVDez. Erzeugung
Sonst. Erzeugung
TransiteStrombezüge
West
TransiteStrombezüge
West
Strom-speicherStrom-
speicher
TransiteStrombezüge
Ost
TransiteStrombezüge
Ost
On- / OffshoreWindaufkommen
TransiteStrombezüge
Nord
TransiteStrombezüge
Nord
TransiteStrombezüge
Süd
TransiteStrombezüge
Süd
Bestimmung desStromaufkommens
zur Abschätzung der Übertragungsleistung
PVDez. Erzeugung
PVDez. Erzeugung
Sonst. Erzeugung
Sonst. Erzeugung
Zielstellungen erfordern massiven Ausbau des Übertragungsnetzes
13.02.2012 / 4
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
13.02.2012 / 7
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
13.02.2012 / 8
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
erdv
erle
gt
GIL
550
kV
erdv
erle
gt
GIL
400
kV
im T
unne
l
GIL
400
kVE
-Tec
hnik
GIL
550
kV
im T
unne
l
GIL
550
kV
E-T
echn
ik
DC
Kab
el
erdv
erle
gt
DC
Kab
el
im T
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
TransiteStrombezüge
West
Strom-speicher
TransiteStrombezüge
Ost
On- / OffshoreWindaufkommen
TransiteStrombezüge
Nord
TransiteStrombezüge
Süd
Bestimmung desStromaufkommens
zur Abschätzung der Übertragungsleistung
PVDez. Erzeugung
Sonst. Erzeugung
TransiteStrombezüge
West
TransiteStrombezüge
West
Strom-speicherStrom-
speicher
TransiteStrombezüge
Ost
TransiteStrombezüge
Ost
On- / OffshoreWindaufkommen
TransiteStrombezüge
Nord
TransiteStrombezüge
Nord
TransiteStrombezüge
Süd
TransiteStrombezüge
Süd
Bestimmung desStromaufkommens
zur Abschätzung der Übertragungsleistung
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
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
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
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
Vielen Dank für Ihr Interesse!