Projekte
320kV & 525kV
Gleichstromnetze
Um Energie zwischen Ländern auszutauschen oder große Energiemengen vom Norden Deutschlands in den Süden zu transportieren oder um Energiemengen von mehreren Offshore Windparks zu sammeln und an Land zu übertragen werden Gleichstromnetze gebaut. Sie haben den Vorteil, dass sich große Energiemengen über große Entfernungen übertragen lassen. Einfach gesprochen müssen Gleichstromkabel, die sich wie ein Kondensator verhalten, nicht 50-mal pro Sekunde umgeladen werden, wie die 50Hz Wechselstromkabel. Sie werden einmal geladen und können dann bis zu Ihrer thermischen Belastungsgrenze Strom übertragen. Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich nur um 2 Kabel, einen Plus- und einen Minuspol handelt, und nicht wie bei einer Wechselstromübertragung um 3 Kabel. Ein Nachteil ist allerdings, dass es sich bei Gleichstromnetzen immer um eine Punkt zu Punkt Verbindung zwischen zwei AC/DC Konverterstationen handelt. Damit ist eine Gleichstromverbindung erst bei längeren Kabellängen wirtschaftlich und es kann zwischendurch keine Energie entnommen werden.
320kV DC Anbindung Offshore Windparks
Für weiter entfernte Offshore Windparks in der Nordsee hat es sich als wirtschaftlich herausgestellt 900MW Konverterstationen von Siemens und ABB einzusetzen. Eine 320kV Offshore Konverterstation sammelt mittels Wechselstrom Seekabel die produzierte Energie von drei bis vier Offshore Windparks ein und wandelt den Wechselstrom mit Hilfe von IGBTs zu Gleichstrom um. Zwei +-320kV VPE Seekabel mit Kupferleiter transportieren die Energie an Land. Der Querschnitt der Kupfer Seekabel werden den thermischen Bedingungen der Verlegung im Seeboden angepasst. Daher wird vor dem Wattenmeer / Ostfriesischen Inseln fabrikseitig eine Übergangsmuffe zur Erhöhung des Querschnitts zu finden sein. An Land wird mittels einer Übergangsmuffe auf zwei 320kV Landkabel gewechselt. Aus wirtschaftlichen Gründen kann hier ein 2500mm² Aluminiumkabel genutzt werden, das dann circa einen Strom von 1400A bei Vollauslastung tragen muss. Am Ende des Gleichstromkabelsystems befindet sich wieder eine DC zu AC Konverterstation und speist die übertragene Energie in das Wechselstromnetz ein.
525kV DC Interkonnektor
Um die Leistung bei Länderverbindungen, sogenannte Interkonnektoren, oder für große Energieübertragungen in einem Land auf bis zu 2GW zu steigern, wurde die Spannung auf 525kV erhöht. Im Seekabelbereich werden zurzeit vorwiegend Masse Imprägnierte Papierkabel eingesetzt, die eine hohe Zuverlässigkeit unter Beweis gestellt haben. An Land ist es wirtschaftlicher VPE Kabel einzusetzen. Die Kabel sind leichter, dadurch länger und kostengünstiger als MI Kabel mit Bleimantel. Bei kurzen Landanbindungen von Seekabeln wie z.B. beim NordLink, der aktuell im Bau befindlichen Verbindung von Norwegen und Deutschland, werden auch an Land MI Kabel eingesetzt. Für die sich in der Planung befindlichen neuen Energietrassen in Deutschland SüdLink, SüdOstLink und Korridor A, sollen die neu entwickelten 525KV VPE Kabel genutzt werden. Daher haben die großen Kabelhersteller nach Vorgaben der deutschen Übertragungsnetzbetreibern TenneT, Amprion, 50Hertz und TransnetBW und technischen Empfehlungen der CIGRE die VPE Kabelsysteme präqualifiziert.
380kV
Freileitung mit Zwischenverkabelung
Für die Energiewende werden 380kV Freileitungen neu gebaut oder verstärkt. Um die Akzeptanz bei der Bevölkerung zu erhöhen, ist es möglich eine Zwischenverkabelung einzusetzen, die aber in ihrer Länge begrenzt ist. 380kV Kabel bilden durch ihren Kabelaufbau eine recht hohe Kapazität, die zu einem kapazitiven Blindstrom führen. Das Kabel wird bei 50Hz Wechselstrom ständig umgeladen. Bei kürzeren Längen kann der Blindstrom noch durch die Induktiv wirkende Freileitung leicht kompensiert werden. Bei längeren Strecken müssen aber induktive Kompensationsanlagen die Kapazität des Kabels kompensieren, bevor Wirkleistung übertragen werden kann. 380kV Zwischenverkabelungsprojekte liegen daher typisch im Bereich um 10% der Gesamttrassenlänge.
380kV Kabelsystem für Zwischenverkabelungen
Freileitungen sind in der Regel doppelt ausgelegt und jedes Freileitungssystem muss von 2 Erdkabelsystemen mit 2500mm2 Kupferleiter oder größer ersetzt werden. Damit kommen dann 4 Kabelsysteme zusammen. In einer Übergabestation werden die 2 Freileitungssysteme auf insgesamt zwölf 380kV Freileitungsendverschlüsse aufgeteilt. Durch das Gewicht der Kabel von circa 35t/km und der möglichen Prüfkapazität sind die Längen auf 1000-2000m je nach Hersteller begrenzt. D.h. die Kabel werden daher in einer Muffengrube mittels Muffen verbunden. Meistens handelt es sich hier um Cross-Bonding Muffen die ein auskreuzen der Kabelschirme ermöglichen und damit die Schirmverluste nahezu vollständig reduzieren. Die 4 Kabelsysteme werden in ca. 1,5m Tiefe verlegt und beeinflussen sich gegenseitig. Daher muss ein Abstand der Kabel untereinander gewählt werden, der die magnetischen Felder und damit die Verluste in der metallischen Ummantelung so gut wie möglich reduziert. Des Weiteren wird ein guter Kompromiss beim Abstand der Kabelsysteme gesucht, um die thermische Beeinflussung untereinander zu reduzieren und andererseits die Trasse nicht zu breit werden zu lassen. Am Ende der Trasse befindet sich wieder eine Übergabestation, die über Freiluftendverschlüsse die Kabel mit den Freileitungen verbindet und in einem Fehlerfall Prüfungen zulässt. Je nach gewählter Verlegeart, Umgebungs- und Belastungsbedingungen können hier bis zu 1800A pro Kabelsystem übertragen werden. Oft diskutiert wird hier die Belastung magnetischer Felder, die aber typischerweise nur ca. 75% des gesetzlichen festgelegten Grenzwertes in Deutschland erreichen und mit kurzer Entfernung stark abnehmen.
Infield & Export
Offshore Windkraftanlagen
2002 wurde in Dänemark einer der ersten großen Offshore Windparks HornsRev mit achtzig 2MW Windkraftanlagen von Vestas gebaut. Immer 8 Windkraftanlagen in einem String wurden mit 33kV Seekabel an einer Umspannplattform angebunden. Hier wurden dann die 10 Strings gesammelt und auf 150kV hochtransformiert, um die erzeugte Leistung mit einem Exportkabel an Land zu transportieren. Es zeigte sich das die Anlagen über 4000h im Jahr in Vollastbetrieb laufen, also doppelt so viel wie an Land.
33kV oder 66kV Inter Array / 132 bis 220kV Export Kabel
Im weiteren Verlauf wurden die Windkraftanlagen immer leistungsfähiger und weiter entfernt von der Küste gebaut. Lange Zeit beherrschten 3,6MW Anlagen den Markt, aber der Trend geht zu 10MW Anlagen und höher. Daher mussten 66kV Seekabelsysteme entwickelt werden, die nach Normung schon Hochspannungskabel sind, aber sich von den Installationsgewohnheiten wie Mittelspannungsgarnituren Verhalten sollten. Heute werden immer mehr 66kV Kabel für die Verbindung zwischen den einzelnen Windkraftanlagen eingesetzt und dann meistens auf 132kV, 150kV und 220kV hochtransformiert und mit einem oder mehreren Kabelsystemen an Land übertragen. In der Nordsee sind in Deutschland die Anlagen weiter vom Land entfernt und mehrere Winkraftparks werden daher in Clustern gesammelt und in Konvertern in Gleichstrom gewandelt und mit 2 Kabeln an Land übertragen.
110kV bis 220kV
Stadtnetze und Baueinsatzkabel
Innerhalb und um Städte in Deutschland wurden zunächst Niederdruck-Öl-Kabel und dann ab den 80er Jahren 110kV VPE Kabel eingesetzt. Vereinzelt wurden in Städten wie München und Duisburg aber auch in Schottland und Dänemark Gasinnen- und Gasaußendruckkabel oder wie in Paris Hochdruck-Öl-Kabel verbaut. Der Sinn dieser Kabel ist es, die Masse Imprägnierte Papierisolierung bei Lastwechseln zusammenzupressen damit keine Hohlräume entstehen. Meistens wurde mit einer Druckschutzbandage über dem Bleimantel wie beim Niederdruck-Öl-Kabel oder zusätzlich mit bis zu 15bar Stickstoffdruck in einem Rohr wie bei einem Gasaußendruckkabel gearbeitet. Kabel mit Betriebszeiten weit über 25 Jahren müssen nach und nach ausgetauscht werden. Bei Rohrkabeln kann geprüft werden, ob die alten Druckstahlrohre mit PE Mantel noch ertüchtigt und genutzt werden können und es werden nur mit geringen Tiefbauaufwand neue VPE Kabelsysteme in die vorhandenen Rohre eingezogen.
Bei Brücken, die eine erhöhte Vibration ausgesetzt sind und die alten Bleimäntel ermüden, aber auch um neue VPE Kabel an alte Kabelsysteme anzubinden, werden Übergangsmuffen genutzt.
VPE Hochspannungs-Kabelsysteme
Bei neuen Kabelanlagen zur Anbindung von neuen Umspannstationen in der Stadt oder zur Anbindung von Industriegebieten werden nur noch reine VPE Kabelsysteme verbaut. Hier haben sich in den letzten Jahren immer mehr Aluminiumleiter und im Ausland sogar Aluminiumschirme aufgrund der günstigeren Kosten für das Hochspannungskabel durchgesetzt. Nur bei Übertragungsstrecken mit hoher Leistung und bei temporären Verbindungen besteht der Leiter heutzutage aus Kupfer. Bei den temporären Verbindungen, sogenannte Baueinsatzkabel, die in Bauphasen genutzt werden, um Schaltanlagen zu erneuern oder Freileitungskreuzungen aufzubauen, wird aus mechanischen Gründen und um möglichst viel Leistung in einem kompakten Design zu übertragen, Kupfer eingesetzt.
