Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

1.2 Effizienter Stromtransport und Systemaspekte
1.2–a Grundlegende Aspekte
126
Verluste beim elektrischen Leistungstransport begrenzen die Entfernungen, die zweckmäßigerweise von
einem Kraftwerk bedient werden können. Bei Wechselstrom spielen neben den Ohmschen Verlusten auch
Verluste eine Rolle, die auf Grund der induktiven und kapazitiven Kopplung der Leiter und mit der
Umgebung hervorgerufen werden und die eine Phasenverschiebung von Strom und Spannung bewirken.
Um eine optimale Anpassung zu erreichen, muss eine entsprechende Blindleistung beim Verbraucher
bereitgestellt werden. Generell ist die Wechselstrom-Übertragungslänge auf einige hundert km begrenzt 4 .
In Deutschland arbeitet das 18.000 km umfassende weiträumige Übertragungsnetz mit 380 kV und 220 kV,
das lokale Verteilernetz mit 110 kV (Ebene der Stadtwerke und der Industrie) sowie 20/10 kV, mit dem
schließlich 400 V Drehstrom für die Endverbraucherebene bereitgestellt wird. Für gebräuchliche 220 kV
Überlandleitungen beträgt der Leistungsverlust ca. 1,2% (Kupfer) bzw. 2% (Aluminium) pro 100 km zuzüglich
ca. 1% Umspannungsverluste, die bei Wandlung auf die Niederspannungsebene entstehen. Auf dieser
fallen nochmals nicht vernachlässigbare Verluste an. Eine zusätzliche Aufgabe ist die verlustbehaftete
Aufteilung der Wirklast auf verschiedene Leitungswege im Netz; sie erfolgt durch Anpassung der Impedanzen.
Insgesamt liegen die Netzverluste in Deutschland (wie auch europaweit) bei ca. 6% der Nettostromerzeugung
5 .
Für die Minimierung der Verlustleistung müssen möglichst hohe Übertragungsspannungen gewählt werden,
allerdings setzt die Durchbruchspannung (max. 30 kV/cm in trockener Luft) in Verbindung mit praktisch
zweckmäßigen Masthöhen Grenzen. Maximal werden Spannungen von ca. 1 MV für möglich gehalten – in
der Praxis existieren weltweit viele 500-750 kV Leitungen. In Deutschland ist bei Freileitungen ein Übergang
zu Spannungen >380 kV wegen der dann erforderlichen höheren Strommasten gesellschaftlich schwer
durchsetzbar und gegenwärtig nicht geplant.
Für größere Entfernungen ist der Einsatz von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ, englisch HVDC)
günstiger als Dreh- oder Wechselstromübertragung. HGÜ ist auch vorteilhaft, weil keine Blindleistungsverluste
auftreten bzw. keine Kompensation erforderlich ist, kein Skineffekt die Nutzung des gesamten
Leiterquerschnitts beeinträchtigt, keine dielektrischen Verluste auftreten und Koronarentladungen geringer
sind als bei Dreh- oder Wechselstrom. HGÜ wird bei Erd- und Seekabeln, die unvermeidbar einen sehr viel
höheren kapazitiven Belag aufweisen als Überlandleitungen, auch bei kürzeren Strecken eingesetzt, bei
Seekabeln z.B. zwischen Skandinavien und dem europäischen Verbundnetz 6 . Ein weiterer Vorteil der HGÜ-
Technik ist, dass über die Verbindung keine Frequenzkopplung erfolgt und entsprechende Flexibilität in der
Nutzung der übertragenen Leistung längs der Trasse besteht. Über einzelne HGÜ Trassen können
Leistungen bis in den GW-Bereich übertragen werden, allerdings sind aufwändige Umrichtereinrichtungen
erforderlich, die an den Ausgangs- und Endstationen jeweils ca. 0.8% Verluste bewirken. Die fehlende
Frequenzkopplung ist auch bei Störfällen günstig, überdies sind bei HGÜ an den Umrichterstellen kurze
Abschaltzeiten erreichbar. Weltweit existieren viele HGÜ-Strecken von ca. 700 km bis zu (gegenwärtig)
2400 km. Die deutsche Industrie ist maßgeblich an der Weiterentwicklung des Stands der Technik beteiligt.
4
Erdkabel mit Ölpapier-Isolation werden häufig für Dreh- bzw. Wechselstromübertragung in dicht besiedelten Gegenden eingesetzt.
Sie sind teuer und haben wegen der hohen kapazitiven Kopplung zwischen den Leitern wesentlich höhere Verluste als Freileitungen
Längen sind deshalb auf deutlich unter 100 km begrenzt.
5
Quelle: Monatsbericht über die Elektrizitäts- und Wärmeerzeugung der Stromerzeugungsanlagen für die allgemeine Versorgung,
Statistisches Bundesamt, Zahlen für Quartal II und III 2009.
6
Ein Beispiel ist die 2008 in Betrieb genommene 580 km lange und bis zu 420 m tiefe NorNed Trasse zwischen Feda (Norwegen) und
Eemshaven (Niederlande). Hier werden zweiadrige Kupferkabel (2x 790 mm 2 ) mit einer Übertragungskapazität von 700 MW bei
±450 kV verwendet. Über Seestrecken werden z.T. auch monopolare Seekabel (der Rückleiter ist das Meerwasser) eingesetzt.