Studie zur Mittelspannungs-Gleichstromübertragung – Teil 1

Die Übertragung von Gleichstrom ist derzeit vor allem ein Thema für Hochspannungsnetze. Was in Mittelspannungsnetzen möglich wäre, zeigte ein Forschungsprojekt von Oesterreichs Energie.

Zurzeit werden Technologien zur Gleichstromübertragung überwiegend in Hochspannungsnetzen eingesetzt. Möglichkeiten zu ihrer Nutzung auf der Mittelspannungsebene untersuchten Fachleute des Instituts für Hochspannungstechnik und Systemmanagement (IHS) und des Institut für Elektrische Anlagen und Netze (IEAN) der Technischen Universität Graz im Auftrag von Oesterreichs Energie im Forschungsprojekt „Mittelspannungs-Gleichstromübertragung“.

In der ersten Phase des Projekts ging es insbesondere darum, grundlegende technische Fragestellungen im Zusammenhang mit der Mittelspannungs-Gleichstromübertragung (MGÜ) zu klären und Möglichkeiten zu deren Anwendung in Österreich ausfindig zu machen. Zu diesem Zweck fanden insgesamt vier Workshops mit österreichischen Netzbetreibern statt. Dabei wurden auch die Perspektiven zukünftiger technischer Entwicklungen beleuchtet. Mittels Simulationen und Netzberechnungen untersuchten die Wissenschaftler weiters Fragen bezüglich Lastfluss und Kurzschlussströmen. Ferner erfolgten Versuche mit Wechselstrom-Mittelspannungskabelsystemen, um deren grundsätzliche Verwendbarkeit in MGÜ-Anwendungen zu analysieren.

Die wichtigsten Ergebnisse der Studie sind: Die Mittelspannungs-Gleichstromübertragung bietet gegenüber der Wechselstromtechnik eine Reihe von Vorteilen. Sie ermöglicht die Lastflusssteuerung und erhöht die Übertragungskapazität von Leitungen. Ferner verringern sich die Übertragungsverluste, weil der Leiterquerschnitt durch Wegfall des Skineffektes besser zum Stromtransport genutzt wird. Damit verbunden ist eine „bessere Ausnutzung der bestehenden Infrastruktur“.
 

Internationale Erfahrungen

Projekte zum Einsatz von MGÜ wurden laut der Studie bereits in mehreren Ländern durchgeführt, etwa in Großbritannien auf der Insel Anglesey in der Irischen See 90 Kilometer westlich von Liverpool. Dort wurde in den vergangenen Jahren die Ökostromerzeugung stark gesteigert, weitere Ausbauten – insbesondere in Form von Gezeitenkraftwerken – sind geplant. Zwar wächst auch der Strombedarf, aber deutlich schwächer als die Erzeugung. Daher müssen die nicht benötigten Strommengen abtransportiert werden. Allerdings reichte die seinerzeitige 33-kV-Leitung zwischen der Insel und dem Festland dafür nicht aus. Deshalb wurde sie zu einer Mittelspannungs-Gleichstromübertragung umgerüstet. Laut dem Bericht der TU Graz hatte dies eine „Erhöhung der Übertragungskapazität um ca. 23 Prozent zur Folge“.

In China wiederum wurde bei Schalthandlungen eine Wechselstromleitung zur Belieferung zweier Ölförderplattformen im Wenchang-Ölfeld 400 Kilometer südwestlich von Hongkong beschädigt. In der Folge konnten die Plattformen nur mehr durch Dieselgeneratoren mit Strom versorgt werden. Dies lehnte der Betreiber der Anlagen, die China National Offshore Oil Corporation, der drittgrößte Ölkonzern der Volksrepublik, wegen der hohen Betriebs- und Wartungskosten, der begrenzten Kapazität und des Lärms ab. Daher wurde die Wechselstromleitung zu einer MGÜ-Übertragung umgerüstet, die seither ohne Auffälligkeiten funktioniert. Bei einem weiteren Projekt im Wenchang-Feld wurde ein Wechselstromkabel nach einer technischen Störung durch eine MGÜ ausgetauscht. Auch dieses ist seitdem störungsfrei in Betrieb.
 

Möglichkeiten in Österreich

Auch in Österreich könnte die Nutzung von MGÜ sinnvoll sein, betonen die Studienautoren. Ein Beispiel dafür wäre die Kopplung zweier Verteilernetze. Anders als die Wechselstromtechnik ermöglicht die MGÜ-Kopplung „einen gezielten Lastfluss zwischen den Verteilnetzen und kann damit zur Stabilität beider Netze beitragen. Zusätzlich kann durch die Netzkopplung die Versorgungssicherheit aufgrund der zusätzlichen Netzanbindung erhöht werden“. Überdies können die beiden MGÜ-Umrichter-Stationen an den Enden der Gleichstrom-Trasse auch verwendet werden, um die Blindleistung zu regeln. und so die Spannungsstabilität zu verbessern.
Koppeln lassen sich mit MGÜ weiters galvanisch getrennte Teilnetze eines Verteilnetzbetreibers. Wenn in einem dieser Teilnetze überwiegend Erzeugungsanlagen und im anderen Teilnetz überwiegend Verbraucher angeschlossen sind, kann eine direkte Verbindung aufgrund des Winkelunterschiedes problematisch sein. Anders ist dies bei Nutzung von MGÜ. Sie entlastet die Transformatoren beider Netzgebiete und erhöht die Fähigkeit zur Stromübertragung, ohne die Kurzschlussleistung in den Teilnetzen unzulässig zu erhöhen. „Die freigewordenen Kapazitäten können dann zu einer Erhöhung der Einspeiseleistung führen, die sonst nur durch zusätzliche Transformatorleistung möglich wäre.“