Image: Hightech auf der StromautobahnFERCHAUFERCHAUHGÜ-Technologie: die Zukunft der Stromversorgung? | yangphoto
TechnikHochleistungs-Gleichstrom-Übertragung

High­tech auf der Strom­au­to­bahn

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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.