- HGÜ-Übertragung: Eine Stromautobahn in die neue Ära der erneuerbaren Energien
- VSC-Technologie (Voltage Supply Converters) in HGÜ-Übertragungssystemen
- Fortschritte in der Ultra-HGÜ-Infrastruktur (UHVDC) für die Übertragung erneuerbarer Energien
Die Notwendigkeit eines effizienten und flexiblen Stromübertragungssystems ist in den heutigen Industrieländern durchweg spürbar. Politischen Entscheidungsträgern und Unternehmen steht eine Reihe von Optionen zur Verfügung, wobei sich Hochspannungs-Gleichstromübertragungssysteme als praktikabler Mechanismus des Energiemanagements herausstellen.
Die Entwicklung der HGÜ-Technologie kündigt eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise an, wie Elektrizität über große Entfernungen übertragen wird, da sie gegenüber Wechselstromübertragungssystemen vielfältige Vorteile bietet. HGÜ-Übertragungssysteme bieten Vorteile in Bezug auf geringere Emissionen und Kosteneinsparungen, wenn sie über große Entfernungen über Kopf und über kurze Strecken unter Tage oder unter Wasser eingesetzt werden.
Durch die Bereitstellung eines maximalen transienten Wirkungsgrads und geringerer Leistungsverluste, unabhängig von der Entfernung, die der Strom zurücklegt, schaffen HGÜ-Übertragungssysteme ein erhebliches Potenzial für die Energieübertragung über große Entfernungen wie Inseln und sogar Kontinente. Fortschritte bei den HGÜ-Technologien ebnen den Weg für erneuerbare Stromsysteme und signalisieren positive Zukunftsaussichten für den Markt für HGÜ-Übertragungssysteme, der 2018 einen Wert von fast 7,4 Milliarden US-Dollar hatte.
HGÜ-Übertragung: Eine Stromautobahn in die neue Ära der erneuerbaren Energien
HGÜ-Übertragungssysteme bilden das Fundament, auf dem das neue Energiesystem auf Basis erneuerbarer Quellen entwickelt und implementiert wird. Erneuerbare Energiesysteme wie Solar- und Windkraftprojekte sind häufig sehr volatil und befinden sich in abgelegenen Gebieten. Die sich ständig weiterentwickelnde HGÜ-Technologie gewinnt in der neuen Energiewirtschaft mit Langstrecken-HGÜ-Übertragungsleitungen, die Strom mit maximaler Effizienz und minimalen Stromverlusten transportieren können, an Bedeutung.
HGÜ-Leitungen werden zu „Stromautobahnen“, die die Zukunft erneuerbarer Stromerzeugungssysteme auf drei Arten beschleunigen: Zusammenschaltung bestehender Kraftwerke, Entwicklung neuer Solarkraftwerke und Integration von Offshore-Windenergieprojekten. Leistungshalbleiter, Hochspannungskabel und Wandler gehören zu den Schlüsselkomponenten der HGÜ-Technologie, die dem modernen Gleichstromübertragungssystem besondere Merkmale verleihen.
Der Bedarf für den Bau neuer Kraftwerke kann durch den Einsatz von HGÜ-Übertragungssystemen verschoben werden, da verschiedene Stromversorgungssysteme miteinander verbunden werden, um effizienter zu arbeiten. Das neue Stromnetz kann durch große Wasserkraftressourcen, die Wärmeerzeugungssysteme in traditionellen Stromversorgungssystemen über HGÜ-Übertragungsleitungen ersetzen, größere wirtschaftliche und ökologische Vorteile erzielen.
Die HGÜ-Übertragung ist zu einer Autobahn für die großflächige Integration erneuerbarer Energiequellen geworden, um miteinander verbundene Netze anzubieten, die zuverlässig und flexibel genug sind, um die Herausforderungen der neuen Wirtschaft für erneuerbare Energien zu bewältigen. HGÜ-Übertragungsnetze ermöglichen den Lastausgleich zwischen HGÜ-Autobahnen und die gemeinsame Nutzung von Leitungen und Konverterstationen in Solarprojekten und Offshore-Windkraftwerken. Dabei wird der Einsatz von HGÜ-Übertragungssystemen als wirtschaftlich praktikabler Weg zur Bereitstellung von Redundanz und Zuverlässigkeit in solchen Stromnetzen angesehen.
Darüber hinaus bieten HGÜ-Übertragungssysteme praktikable Lösungen für die bestehenden Vorfahrtsprobleme. Ein über Kopf eingesetztes HGÜ-Übertragungssystem kann sich als zuverlässiger als eine Zweikreis-Wechselstromübertragungsleitung erweisen. Eine HGÜ-Infrastruktur kann die Effizienz der Stromtransienten verbessern, indem isolierte HGÜ-Kabel in Untergrund- und Unterwasseranwendungen verwendet werden, wodurch die Vorfahrtsgenehmigungsprozesse beschleunigt werden können. Darüber hinaus können HGÜ-Übertragungssysteme auch neben oder auf vorhandenen Wechselstromleitungen installiert werden, wodurch der Bedarf an Vorfahrtsnutzung verringert wird.
VSC-Technologie (Voltage Supply Converters) in HGÜ-Übertragungssystemen
HGÜ-Übertragungssysteme verwenden Stromquellen-Leitungswandler (LCC), die zum Betrieb Blindleistung von Reihenkondensatoren, Nebenschlussbänken oder Filtern benötigen. Ein herkömmliches HGÜ-Übertragungssystem bietet jedoch keine dynamische Spannungsunterstützung für das Wechselstromnetz und steuert die Systemspannung in einem akzeptablen Bereich innerhalb der gewünschten Toleranz. Folglich werden Spannungsversorgungswandler in herkömmlichen HGÜ-Übertragungssystemen verwendet, um nicht nur eine dynamische Spannungsregelung für das Wechselstromnetz bereitzustellen, sondern auch um den Stromfluss in dem System zu steuern.
Auf VSC-Technologie basierende HGÜ-Übertragungssysteme bieten eine unabhängige Steuerung von Wirk- und Blindleistung ohne Kommutierungsfehler. Das Schalten der IGBT-Ventile bei der VSC-basierten HGÜ-Übertragung erfolgt nach einer Pulsweitenmodulation (PWM), mit der das System den Phasenwinkel und die Amplitude der Wechselstrom-Ausgangsspannung des Wandlers mit konstanter Gleichspannung einstellen kann.
Darüber hinaus bestehen VSC-basierte HGÜ-Übertragungssysteme aus zwei unabhängigen Steuerungs- und Schutzsystemen, die aus digitalen Signalprozessoren und Mikrocontrollern bestehen und Redundanz bieten, um eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Solche Merkmale werden der Neigung der Endbenutzer zur VSC-Technologie gegenüber der LCC-Technologie in HGÜ-Übertragungssystemen zugeschrieben.
VSC-basierte HGÜ-Systeme werden auf dem Markt für HGÜ-Übertragungssysteme mit über 55% des Umsatzanteils des Marktes immer beliebter. Die VSC-basierte Übertragungstechnologie ist für herkömmliche HGÜ-Übertragungssysteme erwachsen geworden, obwohl sie für Übertragungsanwendungen mit höherer Nennleistung eine relativ kostspieligere Option darstellt.
Führende Unternehmen auf dem Markt für HGÜ-Übertragungssysteme fördern die Einführung der VSC-Technologie, um die Zuverlässigkeit der HGÜ-Übertragung in weltweit umgesetzten Projekten für erneuerbare Energien zu verbessern. Beispielsweise kündigte die Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - ein führender japanischer Hersteller von Stromerzeugungssystemen - im März 2019 die Installation einer VSC-basierten HGÜ-Übertragungsverbindung an, die das japanische Festland (Honshu) mit der Nordinsel Hokkaido verbindet gab bekannt, dass dies Japans erstes VSC-basiertes HGÜ-System ist, das jederzeit eine Verbindungskapazität von 600 MW gewährleistet.
Im April 2019 gab die ABB Group - ein schweizerisch-schwedisches multinationales Unternehmen, das in den Segmenten Energie, schwere elektrische Geräte und Automatisierungstechnik tätig ist - bekannt, dass sie ein Joint Venture mit Hitachi, Ltd. - einem japanischen multinationalen Konglomeratunternehmen - zur Lieferung von VSC gegründet hat -basiertes HVSC-Übertragungssystem für das Umspannwerk Higashi-Shimizu in Japan. Das Unternehmen kündigte an, dass die VSC-basierten HGÜ-Übertragungssysteme zwei VSC-Wandler (jeweils 300.000 kW) umfassen werden, und Hitachi wird das System bauen, das aus Hitachi-Wandlertransformatoren und einem ABB-HGÜ-Wandler mit einem Steuerungs- und Schutzsystem bestehen wird.
Fortschritte in der Ultra-HGÜ-Infrastruktur (UHVDC) für die Übertragung erneuerbarer Energien
Die Entwicklung eines UHVDC-Übertragungssystems ist eine der neuesten Entwicklungen in der HGÜ-Übertragungstechnologie, die eine Gleichspannungsübertragung von mindestens 800 kV ermöglicht. Ein herkömmliches HGÜ-Übertragungssystem verwendet im Allgemeinen Spannungen zwischen 100 kV und 600 kV. Während sich die neue globale Energiewirtschaft allmählich in Richtung der Stromnetze auf kontinentaler Ebene bewegt, dürften UHVDC-Übertragungssysteme weltweit eine immense Bedeutung erlangen.
Die entwickelten Regionen gehören zu den günstigsten Märkten für UHVDC-Übertragungssysteme, da die Industrieländer große Mengen erneuerbarer Energie erzeugen. Nordamerika und Europa gehören zu den größten Märkten für HGÜ-Übertragungssysteme, da die Leitungsgremien in diesen Regionen stark in die Entwicklung von HGÜ-Infrastrukturen investieren, um ihre Klimaziele zu erreichen.
Das Vereinigte Königreich gehört zu den führenden europäischen Ländern, die HGÜ-Übertragungssysteme implementiert haben. Großbritannien teilt HGÜ-Verbindungen mit mehreren Nachbarländern, darunter Norwegen, Irland, Frankreich und Holland. Darüber hinaus haben die Vereinigten Staaten ihre Investitionen in die Erzeugung sauberer Energie verstärkt, und die Einführung der HGÜ-Übertragung nimmt im Land rasant zu. Das ständig wachsende zwischenstaatliche Netz von Stromautobahnsystemen in den USA macht Nordamerika zum größten Markt für HGÜ-Übertragungssysteme mit einem Umsatzanteil von fast einem Viertel am Weltmarkt.
Eine wachsende Zahl von Schwellenländern hat jedoch mit der Entwicklung von Wasserkraftwerken und Windkraftprojekten ein vielversprechendes Wachstum bei der Erzeugung erneuerbarer Energien verzeichnet. In den Entwicklungsländern werden große Solar- und Windenergieprojekte durchgeführt, und UHVDC-Übertragungssysteme werden eingeführt, um den ständig wachsenden Strombedarf in diesen Ländern zu decken.
China war eines der führenden Länder der Welt, das erstmals ein UHVDC-Übertragungssystem einführte. 2010 wurde von der ABB Group die weltweit erste UHVDC-Übertragungsleitung zwischen Shanghai und Xiangjiaba in China mit einer Leistung von 6,4 GW und einer Gesamtlänge von rund 1.907 km gebaut. Bis 2017 investierte das Land über 400 Milliarden Yuan (57 Milliarden US-Dollar) in die Entwicklung von mindestens 21 neuen UHVDC-Übertragungsleitungen im Land.
Die General Electric Company (GE) - ein amerikanisches multinationales Konglomerat - hat 2017 in Chhattisgarh, Indien, die erste 1.500-MW-Phase des zweiphasigen HGÜ-Stromübertragungssystems in Betrieb genommen. Die Power Grid Corporation of India Limited - ein staatseigenes indisches Elektrizitätsversorgungsunternehmen Unternehmen - investierte über 6.300 crore INR in das Projekt. Das Energieministerium gab bekannt, dass die Projektkapazität im Dezember 2018 mit einer Investition von über 5.200 crore INR auf 6.000 MW weiter ausgebaut wurde. GE gab bekannt, dass dies das erste UHVDC-Projekt des Unternehmens in Indien und weltweit ist, nämlich 1.287 km Energieautobahn mit einer Sendeleistung von bis zu 3.000 MW.
Mit der zunehmenden Einführung von UHVDC-Übertragungssystemen in aufstrebenden Volkswirtschaften wie China und Indien entwickelt sich die Region Asien-Pazifik (ohne Japan) zu einem wachstumsstarken Markt für HGÜ-Übertragungssysteme. Die zukünftigen Trends im Bereich der Stromübertragung und -verteilung (T & D) werden stark vom Mix erneuerbarer Energiequellen beeinflusst.
Zunehmende Investitionen in den T & D-Sektor werden die Erzeugung erneuerbarer Energien in den kommenden Jahren stärken. Dies wird folglich die weltweite Einführung von HGÜ-Übertragungssystemen als flexible und wirtschaftliche Lösung für die Bewältigung neuer Herausforderungen bei der Energieerzeugung und die Integration erneuerbarer Quellen in den kommenden Jahren auslösen.