EnergieübertragungHGÜ-Technologie: die Zukunft der Stromversorgung? | yangphoto
TechnikHochleistungs-Gleichstrom-Übertragung

Hightech auf der Stromautobahn

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Hans-Jörg Munke

Hans-Jörg Munke

freier Journalist

Deutschland will bei der Energieversorgung weg von Kohle- und Atomkraft hin zur dezentralen Versorgung mit erneuerbaren Energien. Die klassische Wechselstromübertragung kommt da an ihre Grenze. Künftig muss das Netz nicht nur Strom über weite Strecken transportieren, sondern auch die Stabilität der Versorgung sicherstellen. Ein Grund, vermehrt auf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zu setzen.

12. Februar 2018

Durch die Energiewende finden sich Energiequellen immer seltener in den Regionen, in denen heute noch die Kraftwerke stehen und in denen die Energie benötigt wird. Stattdessen entscheiden günstige Produktionsbedingungen über den richtigen Standort: Wind im Norden, Solarenergie vor allem im Süden Europas. „Damit kommt das Thema Stromtransport über große Entfernungen auf den Tisch“, sagt Frank Schettler, Product Lifecycle Manager für HGÜ-Technologie bei der Siemens AG. Zusätzlich müssten die vielen kleinen Energielieferanten mit Blockheizkraftwerken, lokalen Windparks oder Solaranlagen auf Hausdächern ins Netz integriert werden. „Am Ende kommt es darauf an, alle Systeme aufeinander abzustimmen und zu einer zuverlässigen Energieversorgung zusammenzuführen“, so der Siemens-Manager weiter.

HGÜ übernimmt Kraftwerks-Aufgaben

Dabei müssten auch Funktionen, die heute noch die Kraftwerke abdecken, wie beispielsweise Spannungsregelung und Frequenzstützung, in dem neuen Energiesystem mit seinen zahlreichen Quellen sichergestellt werden. Den Stromautobahnen, die derzeit in Deutschland geplant und realisiert werden, käme damit eine wichtige Bedeutung zu.

„Besonders durch die großen rotierenden Massen der Generatoren haben die Kraftwerke eine stark stabilisierende Wirkung auf die Netzfrequenz. Außerdem lässt sich über die Anlagen sehr gut die Spannung an deren Anschlusspunkten regeln“, erklärt Schettler. Um diese Funktionen auch ohne Kraftwerke sicherzustellen, kommt die HGÜ-Technik ins Spiel.

Gute Regelbarkeit, schnelle Reaktion

Damit aus der Wechselspannung eines Windparks eine HGÜ-fähige Gleichspannung entsteht, wird die Energie über eine Stromrichterstation geschickt, die den Gleichstrom erzeugt und in die HGÜ-Leitung einspeist. Dabei ist auch ein Anheben oder Absenken der Spannung möglich. Die Leistung, die dann über die 525-Kilovolt-Leitung fließt, ist ebenfalls präzise einstellbar. Gesteuert wird die Übertragung automatisch über Regelkreise mit entsprechenden Zielwerten des jeweiligen Netzbetreibers.

Tritt eine Störung auf, kann eine HGÜ automatisch sehr schnell ihre Leistung erhöhen oder absenken und so das Netz stabilisieren. Dank des steuerbaren Übertragungssystems lassen sich auch die verfügbaren Übertragungswege bestmöglich ausnutzen und Leitungsüberlastungen verhindern.

Schon jetzt ist die Technologie bei der Anbindung von Offshore-Windparks in der Nordsee erfolgreich im Einsatz. Ein Konverter zum Umwandeln von Wechsel- zu Gleichstrom befindet sich auf hoher See. Nachdem der Gleichstrom per Unterseekabel an Land geführt wird, erfolgt dort in einer zweiten Stromrichterstation die Rückwandlung in Wechselstrom, der in das bestehende Hochspannungsnetz eingespeist wird.

Dabei setzen die Entwickler mit der HGÜ-Plus-Technik auf eine spezielle Variante der Gleichstromübertragung, denn nur damit ist eine Spannungsregelung möglich. Zudem sind HGÜ-Plus-Systeme schwarzstartfähig. Darunter versteht man die Möglichkeit, Netzsegmente nach einem Stromausfall ohne Verzögerung direkt wieder in Betrieb nehmen zu können.

Mehr Sicherheit bei Freileitungen

Bei Ultranet, der westlichsten der geplanten Nord-Süd-Gleichstromtrassen, die nach ihrer Fertigstellung auf mehr als 340 Kilometern Osterath in Nordrhein-Westfalen und Philippsburg in Baden-Württemberg verbinden wird, kommt ein weiterer Vorteil zum Tragen. Da der Großteil der Trasse bereits bestehende Freileitungen nutzt, können Witterungseinflüsse wie etwa Blitzeinschläge im Gegensatz zu Erdkabeln schnell zu Kurzschlüssen führen. „Dazu braucht man eine Technik, die sehr gut mit den möglichen Fehlerfällen zurechtkommt. Das ist durch eine spezielle Weiterentwicklung des HGÜ-Plus-Systems gegeben“, so Schettler.

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung kann außerdem dafür sorgen, dass auch dann ein stabiler Betrieb möglich ist, wenn beispielsweise starke Einspeisungen im Norden die Netzfrequenz erhöhen und gleichzeitig starker Verbrauch im Süden die Frequenz im Netz absenkt. Werden dadurch Leitungen überlastet, könnte derzeit ein großes Verbundnetz in Teilnetze mit unterschiedlicher Netzfrequenz auseinanderfallen. Da aber eine einheitliche Frequenz im gesamten Netz zwingend erforderlich ist, müssen Netzbetreiber bislang kostspielige Redispatch-Maßnahmen ergreifen, um regionale Überlastungen im Übertragungsnetz zu vermeiden oder zu beseitigen. Ein Punkt in dem Frank Schettler Besserung erwartet: „Das HGÜ-Plus-System kann als Gleichstromverbindung mit unterschiedlichen Frequenzen in verschieden Synchrongebieten problemlos zurechtkommen, was sich netzstabilisierend und damit kostensenkend auswirken wird.“

Energietransport über weite Strecken

Die entscheidenden Vorteile der HGÜ-Technik sind bereits seit den 1960er Jahren bekannt. Dazu zählt vor allem der verlustarme Stromtransport über große Entfernungen. Daher ist die Technologie in ihrer klassischen Art derzeit vor allem in großen Flächenländern im Einsatz, wo mehrere Gigawatt aus Wasserkraftwerken über tausende Kilometer übertragen werden müssen. Bis zu 1.100 Kilovolt beträgt die eingesetzte Spannung.

In Deutschland sind es neben der Überbrückung großer Entfernungen vor allem die stetigen Innovationen der HGÜ, die die Energiewende möglich und die herkömmlichen Kraftwerke letztlich verzichtbar machen werden. Ein Ende der Entwicklung ist noch nicht in Sicht. „Heute ist die Mischung aus Verbundnetz, dezentraler Erzeugung und aufkommender Speichertechnik die Richtung, in die es geht“, resümiert Schettler. Angesichts zunehmender Komplexität der Energieversorgung bleibe die Entwicklung aber mehr als spannend.