Technischer Bericht: Forschungsprojekt Mittelspannungs-Gleichstromübertragung – Teil 2
Durch den stetigen Zuwachs des Energieverbrauchs und den starken Anstieg von erneuerbaren Energien, wie Photovoltaik und Wind, kommt es weltweit zu Herausforderungen im Transport- und Verteilnetz. Die klimafreundlichen erneuerbaren Kraftwerke sind meist dezentrale Energiequellen. Die erzeugte Energie muss nachfolgend in die Verbraucherzentren transportiert werden. Ein innovativer Lösungsansatz für die auftretenden Herausforderungen hinsichtlich Transport und Verteilung der erneuerbaren Energien ist die Gleichstromübertragung.
Erkennbar ist dies an den vielen Projekten, welche aktuell in der Planungs- und Bauphase sind. Als Beispiel können die Projekte SüdLink, NordLink und ULTRANET genannt werden [1]. Zukünftig wird auch die Mittelspannungsebene Gleichstromübertragungssysteme beinhalten, da diese diverse Vorteile gegenüber der Drehstromübertragung aufweisen. Mit Hilfe der Gleichstromübertragung ist einerseits eine höhere übertragbare Leistung möglich andererseits können Umwandlungsverluste, welche bei der Übertragung erneuerbarer Energien entstehen durch eine direkte Übertragung reduziert werden.
Ein zukunftsweisender Ansatz in der Gleichstromübertragung ist die Umwandlung von bestehenden Mittelspannungs-Drehstrom-Übertragungssystemen (MDÜ) in Mittelspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (MGÜ). Hierbei kann ggf. bei einer vollständigen Qualifizierung des Kabelsystems die Systemspannung angehoben werden. Mittelspannungs-Drehstrom-Kabel weisen heute eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Verfügbarkeit am Markt auf. Des Weiteren ergeben sich durch die Konvertierung von AC-Kabeln etliche Vorteile hinsichtlich der übertragbaren Leistung und der realisierbaren Kabellängen. MDÜ-Strecken sind hingegen durch den Skin-Effekt, den Proximity-Effekt, die kapazitiven Ladeströme und twaige Zusatzverluste begrenzt.
Die zunehmende Bedeutung der Mittelspannungs-Gleichstromübertragung ist anhand der steigenden Anzahl von weltweiten Publikationen und Pilotprojekten dokumentiert. Als Beispiele sind an dieser Stelle zahlreiche Pilotzprojekte in China und Großbritannien sowie das in Deutschland geförderte Projekt „Verteilernetzverbund mittels Gleichstromübertragungs-Technologie (VNB-DC)“ zu nennen, welches u. a. eine Fallstudie für ein 30 km langes MGÜÜbertragungssystem behandelt (Anhang 1).
Das Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement (IHS) und das Institut für Elektrische Anlagen und Netze (IEAN) der Technischen Universität Graz bearbeiten gemeinsam das Forschungsprojekt „MGÜ@Netz“. Die zweite Phase des Forschungsprojektes beschäftigt sich mit üblichen Konvertertechnologien und -topologien und deren Eigenschafte für die Übertragungskapazität und Zuverlässigkeit. Durch Simulationen zur Übertragungskapazität sind die Übertragungskapazitäten von MGÜ im Vergleich zu Hoch- und Mittelspannungsdrehstromübertragungen geklärt worden. Mögliche Anwendungsfälle werden näher beschrieben. Zusätzlich wurden multiphysikalische Simulationen von AC-Kabelsystemen unter Gleichspannungsbeanspruchung durchgeführt. Diese dienen dazu die elektrisch/thermischen Beanspruchungen in AC-Garnituren beim Einsatz in MGÜ-Kabelstrecken besser zu verstehen. Des Weiteren wurden experimentelle Untersuchungen in der Form von Isolationsstrommessungen, DC-Durchschlagsversuchen und Messungen der Geräuschemissionen realisiert.