Vergleich Erdkabel - Freileitung im 110-kV-Hochspannungsbereich

Gutachten zumWirtschaftlichen Vergleichvon Kabeln, Freileitungen undFreileitungen mit Zwischenverkabelungim 110-kV-Hochspannungsbereichim Auftrag desMinisteriums für Wirtschaft und Europaangelegenheitendes Bundeslandes Brandenburg, PotsdamUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. HofmannUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. R. OswaldLeibniz Universität HannoverHannover, den 26. Mai 2011

Inhalt1 Einleitung ............................................................................................................................ 32 Methode ............................................................................................................................... 43 Grundlegende Annahmen und Kostenparameter ........................................................... 74 Kostenarten ......................................................................................................................... 84.1 Investitionskosten ........................................................................................................ 84.2 Verlustkosten ............................................................................................................... 94.3 Folgekosten ............................................................................................................... 134.3.1 Blindleistungskompensationsspulen ............................................................. 144.3.2 Erdschlusskompensationsspulen ................................................................... 154.3.3 Umstellung Sternpunkterdung ....................................................................... 154.3.4 Netztrennung ................................................................................................. 174.3.5 Bewertung ..................................................................................................... 175 Abschätzung des Kostenverhältnisses Kabel/Freileitung ............................................. 186 Abschätzung des Kostenverhältnisses Freileitung mitZwischenverkabelung/Freileitung .................................................................................. 247 Untersuchungen von 110-kV-Netzen .............................................................................. 287.1 Netz 1 in drei Ausbaustufen ...................................................................................... 287.2 Netz 2 ........................................................................................................................ 368 Zusammenfassung und Fazit ........................................................................................... 408.1 Zusammenfassung ..................................................................................................... 408.2 Fazit ........................................................................................................................... 439 Literaturverzeichnis ......................................................................................................... 442

1 EinleitungIn diesem Gutachten wird ein wirtschaftlicher Vergleich von 110-kV-Freileitungen, -Kabelnund -Freileitungen mit Zwischenverkabelung durchgeführt. Für diesen Vergleich wird eineMethode entwickelt, die es ermöglicht, auch mit unvollständigen Daten Kostenvergleiche unterBerücksichtigung der Investitions- und Verlustkosten in einer Planungs-/Konzeptphasedurchzuführen. Diese Methode wird am Beispiel eines Modellnetzes, das typische Netzausbauszenariennachbildet, angewendet. Die Ergebnisse werden diskutiert und bewertet, die wesentlichenEinflussfaktoren beschrieben und die maximalen und minimalen Kostenverhältnissefür typische Werte der wesentlichen Einflussfaktoren angegeben. Die Entstehung von Folgekosten,die beim Netzausbau z. B. aufgrund einer Umstellung der Sternpunkterdung anfallenkönnen, wird dargestellt und ihre Größenordnung am Beispiel typischer Netze abgeschätzt.Das vorliegende Gutachten baut auf den Ergebnissen des ersten Gutachtens „Vergleich Erdkabel– Freileitung im 110-kV-Hochspannungsbereich“ /4/ auf und ergänzt dieses. Das ersteGutachten hat die folgenden Inhalte:– Vergleich der technischen Eigenschaften von 110-kV-Freileitungen und -Erdkabeln– Beschreibung ihrer Auswirkungen auf das Netz, die Netzplanung und den Netzbetrieb– Bestimmung der Größenordnung und Vergleich der elektromagnetischen Felder von typischenKabel- und Freileitungsanordnungen– Aufzeigen der ökologischen Auswirkungen durch Bau und Betrieb der Leitungen.3

2 MethodeWirtschaftlichkeitsvergleiche zu Leitungsprojekten werden gewöhnlich nach der Barwertmethodedurchgeführt. Dabei werden alle im Betrachtungszeitraum anfallenden Einmalbeträgeund periodisch wiederkehrende Beträge für Einnahmen (Einzahlungen) und Ausgaben (Auszahlungen)auf den Zeitpunkt der Investitionsentscheidung (Stichtag) abgezinst und aufsummiert(Bild 2.1) /1/.Die auf den Stichtag abgezinsten Einnahmen und Ausgaben bilden den Kapitalwert oderBarwert. Die Barwerte der Einnahmen und Ausgaben sind umso geringer, je weiter diese inder Zukunft liegen. In der Regel werden jedoch nur die Ausgaben verglichen, da von gleichenoder gar keinen Einnahmen ausgegangen werden kann. Die Variante mit dem kleinsten Barwertder Ausgaben ist dann die wirtschaftlichste Variante. Die anfallenden Kostenarten für dieAusgaben werden im Kapitel 4 erläutert.Bei Investitionen I 0 zum Zeitpunkt 0 (Stichtag) und I x zum Zeitpunkt x sowie konstanten KostenK i während der Perioden und nachschüssiger Verzinsung ergibt sich der Barwert der Ausgabenzum Stichtag nach der Beziehung:1 1 1 1 1B0 I0 Ix Kx 1 K2 K2i Ki N IN K BK(2.1)q q q q qp WACC-Zinssatzq1 p Zinsfaktoriq NAbzinsungsfaktor für die Kosten der i-ten PeriodeBetrachtungszeitraum×q −xI 0 ×q −3×q −2 ×q −(x+2)I x×q −(x+1)K 1 K 2 K 3 K x+1 K x+2 K x+3 K N×q −1 ×q −(x+3) ×q −N0 1 2 3 x x+1 x+2 x+3 N−1 NBild 2.1 Berechnung der Barwerte der Ausgaben über der Nutzungsdauer. I 0 Investitionskosten zumStichtag, I x Investitionskosten zum Zeitpunkt x, K x periodische BetriebskostenDer WACC-Zinssatz (Weighted Average Cost of Capital) setzt sich in einem bestimmtenVerhältnis aus dem Eigen- und Fremdkapitalzins zusammen. Er ist im Geschäftsbericht desUnternehmens ausgewiesen.Als Periode wird gewöhnlich ein Jahr genommen. Bei gleichbleibenden jährlichen KostenK i = K a geht Gl. (2.1) über in:4

RentenbarwertfaktorN1 q 1 1B I I K I I r K I Bq q ( q 1)q0 0 x x N a 0 x x N a K KMit(2.2)rNNq 1Nq ( q1)(2.3)wurde in Gl. (2.2) der sog. Rentenbarwertfaktor eingeführt. Bild 2.2 und Bild 2.3 zeigen dieAbhängigkeit des Rentenbarwertfaktors vom Zinssatz und der Betrachtungsdauer.Bei einem konstanten jährlichen Zuwachs der Betriebskosten ausgehend von den Kosten K a1im ersten Jahr (z. B. durch steigende Strompreise) um einen festen Prozentsatz a ändert sichGl. (2.2) in /2/:* * N1 q q 1 1*0 0 x x * N *a1 0 x x N a1 K KB I I K I I r K I Bq q q ( q 1)qmitq*(2.4)q (2.5)1 a20p = 5 %19,601515,7615,0513,76p = 6 %p = 7 %16,5114,2210500 20 40 60 80Betrachtungsdauer in JahrenBild 2.2 Rentenbarwertfaktor r N in Abhängigkeit vom Betrachtungszeitraum(ohne jährliche Kostensteigerung)5

Rentenbarwertfaktor353025N = 50 JahreN = 40 JahreN = 30 Jahre20151017,1615,0513,33502 3 4 5 6 7 8 9 10Zinssatz in ProzentBild 2.3 Rentenbarwertfaktor r N in Abhängigkeit vom Zinssatz(ohne jährliche Kostensteigerung)6

3 Grundlegende Annahmen und KostenparameterDie für die Ermittlung der Betriebskosten einer Leitung maßgebenden Parameter sind:• der WACC-Zinssatz p• die spezifischen Verlustkosten k I• der jährliche Betriebskostenzuwachs a• die Betrachtungsdauer N• die Periodendauer T a• das jährliche BelastungsprofilDer WACC-Zinssatz bestimmt zusammen mit der Betrachtungsdauer und einem eventuellenjährlichen Betriebskostenzuwachs den Rentenbarwertfaktor. Als Betrachtungsdauer wird gewöhnlichdie angenommene Lebensdauer der konventionellen Kabel von 40 Jahren zu Grundegelegt. Aus Bild 2.2 ist ersichtlich, dass sich der Rentenbarwertfaktor über einen Betrachtungszeitraumvon 40 Jahren hinaus im üblichen Zinsbereich (5 bis 7 %) nur noch geringfügigändert, so dass eine Kostenberechnung entsprechend der Nutzungsdauer der Kabel sinnvollist.Die Restwerte für die verschiedenen Leitungssysteme am Ende der Nutzungsdauer werdennicht berücksichtigt, da diese üblicherweise nicht genutzt werden können und rein kalkulatorischerNatur sind. Außerdem haben Restwerte aufgrund der Abzinsung auf den Investitionszeitpunktlediglich einen marginalen Einfluss auf die Gesamtkosten.Ähnlich verhält es sich mit den Rückbaukosten. Dieser Kostenanteil fällt in den hier betrachtetenZeiträumen aller Erwartung nach nicht an, da die Betriebsmittel für einen langfristigenBetrieb ausgelegt sind. Darüber hinaus sind die anfallenden Kosten aufgrund der Abzinsungim Vergleich zu den anderen Kosten von untergeordneter Bedeutung.Reparaturkosten infolge von Störungen werden ebenfalls nicht berücksichtigt, weil eventuelleSchadensfälle und der damit verbundene Schadensumfang nicht vorausgesagt werden können.Die spezifischen Verlustkosten orientieren sich an der aktuellen Notierung der Stromkostenan der Leipziger Börse und unterliegen naturgemäß Schwankungen. Tendenziell dürften dieStromkosten im Laufe der Jahre weiter steigen.7

4 KostenartenDie bei der Errichtung und dem Betrieb von Leitungen anfallenden Kostenarten für die Ausgabengehen aus Bild 4.1 hervor. Aufgrund der unterschiedlichen finanztechnischen Bewertung(s. Kapitel 2) unterscheidet man zwischen den Investitionskosten, Betriebskosten undFolgekosten während der Nutzungsdauer.KostenInvestitionskostenBetriebskostenFolgekostenVerlustkostenWartungskostenBild 4.1 Kostenanteile bei der Errichtung und dem Betrieb von LeitungssystemenDie Betriebskosten setzen sich hauptsächlich aus den Verlust- und Wartungskosten zusammen.Die Wartungs- und Instandhaltungskosten werden sowohl bei der Freileitung als auchbei den Kabeln durch gleichbleibende jährliche Kosten berücksichtigt. Man kann in der Regeldavon ausgehen, dass sich etwa gleiche jährliche Aufwendungen für Freileitungen und Kabelergeben. Sie werden deshalb im Folgenden nicht berücksichtigt. Die Verlustkosten werdengewöhnlich als jährliche Verlustkosten (Verlustkosten pro Jahr) ausgewiesen. Reparaturkostenwerden – wie in Kapitel 3 begründet – nicht berücksichtigt.Folgekosten können dadurch entstehen, dass durch den Zubau von Kabelstrecken z. B. eineUmstellung der Sternpunkterdung des Netzes von Resonanz-Sternpunkterdung auf niederohmigeSternpunkterdung und/oder Blindleistungskompensation erforderlich wird. Folgekosten,die erst im Laufe der Nutzungsdauer anfallen, sind entsprechend abgezinst zu berücksichtigen(s. Gl. (2.1)).4.1 InvestitionskostenFreileitungen werden normalerweise als Doppelleitung (zwei Drehstromkreise) ausgeführt.Die Investitionskosten sind abhängig von der Ausführung der Maste (Stahlgitter oder Stahlvollwandmaste),den aktuellen Stahlpreisen, der Geländebeschaffenheit, der Anzahl von Abspannmastenim Verhältnis zu den Tragmasten und Art der Fundamente. Kosten für die Trassierung,Baustelleneinrichtung, Leiterzugarbeiten Montage und ggf. Demontagen, abschließendeMaßnahmen (z. B. Wiederherstellung von Straßen und Wegen), Korrosionsschutz undEigenpersonalkosten sind grundsätzlich in den Investitionskosten enthalten.Die Investitionskosten von Kabeln setzen sich aus den Kosten für die Trassierung, dieBaustelleneinrichtung, die Kabel, die Garnituren (Muffen und Endverschlüsse), die Überspannungsableiter,den Tiefbau, die Montage, den Kabelzug und die Hochspannungsprüfungzusammen. Als weitere Kosten sind Kosten durch den Stahlbau, abschließende Maßnahmenund die Eigenpersonalkosten zu berücksichtigen. Wesentlichen Einfluss auf die Investitionskostenhaben der aktuelle Metallpreis (Kupfer oder Aluminium je nach Ausführung), die Bodenbeschaffenheit,die Art der Bettung (thermisch stabilisiert oder nicht) und die Art und Anzahlvon Querungen von Wasser- und Verkehrswegen. Gegenwärtig liegt der Preis für Kupfer8

ei 8 €/kg. Kabel mit Aluminiumleitern gleicher Leitfähigkeit wie ein Kupferkabel haben einenetwa 1,6-fachen Leiterquerschnitt, wiegen aber nur wenig mehr als halb so viel wie dasKupferkabel. Da zudem der Preis für das Aluminium deutlich unter dem Kupferpreis liegt,ergeben sich für Aluminiumkabel erhebliche Kostenvorteile bei den Investitionskosten. Beiden Kostenangaben für die Kabel ist zu beachten, dass sich die Herstellerangaben immer aufdie einzelne Kabelader beziehen.Bei den in Tabelle 4.1 angegebenen Investitionskosten für zwei Systeme Cu-Kabel entfallenca. 60 % auf die Kosten für die Kabel mit Garnituren und Montage, etwa 30 % auf den Tiefbauund die restlichen 10 % auf die anderen oben genannten Aufwendungen. Die Investitionskostenfür zwei Systeme Al-Kabel teilen sich zu etwa 54 % auf die Kosten für die Kabelmit Garnituren und Montage, 38 % auf die Tiefbaukosten und 8 % auf die anderen Aufwendungenauf.Tabelle 4.1 Investitionskosten für eine 110-kV-Doppelfreileitung und zwei Systeme 110-kV-Kabelvergleichbarer ÜbertragungsleistungFreileitung VPE-Cu-Kabel VPE-Al-KabelBezeichnung 264-AL1/34-ST1A 1) N2XS(FL)2Y1×630 RM/50NA2XS(FL)2Y1×1000 RM/50Leiterquerschnitt 265 mm 2 630 mm 2 1000 mm 2Dauerbelastbarkeit680 A, 130 MVAInvestitionskosten 2) 300 T€/km 750 T€/km 650 T€/km1) alte Bezeichnung: Al/St 265/352) Die angegebenen Investitionskosten stellen durchschnittliche Erfahrungswerte dar.Durch den nicht unerheblichen Anteil der Tiefbaukosten an den Gesamtkosten hängen die Investitionskosteneiner Kabelanlage wesentlich stärker als eine Freileitung vom jeweiligen Projektab.Für einen Wirtschaftlichkeitsvergleich zwischen Kabel und Freileitung sind belastungsäquivalenteLeitungsarten vorausgesetzt, wie sie beispielsweise in Tabelle 4.1 aufgeführt sind. Die inder Tabelle 4.1 angegebenen Investitionskosten sind durchschnittliche Erfahrungswerte. Siegelten für die Frei-leitung als Doppelleitung und für jeweils zwei Kabelsysteme.Damit ergibt sich ein Investitionskostenverhältnis Kabel/Freileitung von 2,5 für die Kupferkabelund von rund 2,2 für die Aluminiumkabel.4.2 VerlustkostenFür den Vergleich der Verlustkosten von Kabel und Freileitungen müssen zunächst die jährlicheVerlustarbeit für beide Varianten ermittelt werden. In der 110-kV-Spannungsebene genügtes dabei nur die stromabhängigen Verluste zu betrachten. Die spannungsabhängigenVerluste sowohl von Freileitungen als auch von Kabeln sind demgegenüber vernachlässigbar.Die stromabhängigen Verluste von Kabeln oder Freileitungen berechnen sich pro km undSystem (Drehstromkreis) nach der folgenden Beziehung:9

P'R 'SU n2 R'S (4.1)UVI 2nWiderstandsbelag (ohmscher Widerstand pro km)übertragene LeistungNetznennspannungDie jährliche Verlustarbeit pro System und km Leitungslänge ergibt sich aus:TaTa'12a ' VI d ( ' S )d2U (4.2)0 n 0W P t R tEs muss also der zeitliche Verlauf der übertragenen Leistung während eines Jahres z. B. inForm einer Jahresdauerbelastungskennlinie bekannt sein. Ist das nicht der Fall, wie bei derNetzplanung, so muss eine für das Netz typische Kennlinie angenommen werden. Da derthermische Widerstand temperaturabhängig ist, müsste man genau genommen auch dessenÄnderung mit der Belastung berücksichtigen. Praktisch geht man jedoch von einem konstantenmittleren Wert, meist dem Wert bei 40 °C aus. Führt man nun noch die JahreshöchstleistungS max und die Jahresdauer T a in Gl. (4.2) durch Erweitern im Zähler und Nenner ein, sogeht diese über in:2 Ta' 'Smax1 S 2a a 40 ( ) d '2a VI,maxUn TaS0 maxW T R t T P (4.3)Mit2' 'SmaxVI,max 40 2nP R (4.4)UundaTa 1 S 2( ) dtT S(4.5)0maxwurden die zur Jahreshöchstlast gehörenden (maximalen) Verluste P 'VI,max und der sog. Arbeitsverlustfaktor eingeführt. Das hat den Vorteil, dass man bei unbekannter Jahresbelastungsdauerlinieausgehend von der angenommenen Jahreshöchstlast und einem Erfahrungswertfür den Arbeitsverlustfaktor auf die Jahresverlustarbeit schließen kann.Das Bild 4.2 zeigt ein Beispiel für eine Jahresbelastungsdauerlinie in normierter Darstellung.Sie lässt sich durch folgenden mathematischen Ausdruck in Abhängigkeit vom Jahresbelastungsgradm a = S mittel /S max , der dem Verhältnis der mittleren Jahresbelastung zu Jahreshöchstlastentspricht, beschreiben /3/.SSmax2 T 1 (1 ma) Tama(4.6)Setzt man Gl. (4.6) in Gl. (4.5) ein und führt die Integration aus, so ergibt sich ein Arbeitsverlustfaktorvon:10

Ta 2 2 2 S ma ma1(2 ) dtT S 12m(4.7)a 0 max aAufgrund des abfallenden Verlaufs der Jahresbelastungsdauerlinie muss der Arbeitsverlustfaktorimmer kleiner als eins sein. Für das Beispiel im Bild 4.2 mit m a = 0,3 ergibt sich ein Arbeitsverlustfaktorvon rund 0,12 (s. auch Tabelle 4.2).10.8S / S max0.60.4m a0.200 0.2 0.4 0.6 0.8 1T / T aBild 4.2 Normierte Jahresbelastungsdauerlinie nach Gl. (4.6) für m a = 0,3Tabelle 4.2 Jahresbelastungsgrad und Arbeitsverlustfaktor gemäß Gl. (4.7) (Werte gerundet)m a 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,02 0,06 0,12 0,19 0,28 0,39 0,51 0,65 0,81 1,00Durch Multiplikation mit den spezifischen Verlustkosten k I erhält man die jährlichen Verlustkosteneiner einzelnen Leitung pro System und km:K ' k W ' k T P ' (4.8)a I a I a VI,maxUm die Gesamtverluste des Netzes zu berechnen, müssen die vorstehenden Gleichungen aufalle Leitungen angewendet werden. Gegebenenfalls sind auch die Verluste von Transformatorenund Blindleistungskompensationsspulen zu berücksichtigen. Die Ermittlung der durch dieJahreshöchstlast bestimmten maximalen Verluste auf den einzelnen Leitungen erfordert einedetaillierte Leistungsflussberechnung.Um einen Vergleich der Verlustkosten beim Einsatz eines Kabels anstelle einer Freileitungvornehmen zu können, genügt es unter Umständen nicht, nur die Verluste auf der betreffendenLeitung zu vergleichen. Da das Kabel eine geringere Impedanz als eine Freileitung hat,kommt es beim Einsatz von Kabeln anstelle einer Freileitung an den gleichen Anschlussknotenohne gleichzeitige netztechnische Maßnahmen zu mehr oder weniger starken Änderungendes Leistungsflusses und der Spannungen sowie der Netzverluste.11

In den Anschlussfällen A (Versorgung eines Abnehmers oder einer Abnehmergruppe) und B(„Entsorgung“ von Einspeiseleistung, z. B. eines Windparks) sorgen der Abnehmer oder derEinspeiser durch ihr Leistungsprofil dafür, dass an ihren Anschlusspunkten annähernd gleicheWirk- und Blindleistung, sowohl bei Anschluss über eine Freileitung als auch über ein Kabelabgenommen oder eingespeist werden. Die gegenüber der Freileitung wesentlich größereBlindleistung des Kabels muss dann vom Netz aufgenommen werden, wozu die Spannung aufder Abnehmer- bzw. Erzeugerseite entsprechend einzuregulieren ist.Durch den geringeren ohmschen Widerstand des Kabels sind dessen Verluste kleiner als dieder Freileitung. Dem Verlustrückgang auf dem Kabel stehen die durch den vom Kabel verursachtenBlindleistungsfluss verursachten Verluste im Netz gegenüber. Außerdem könnte jenach Kabellänge und Blindleistungsbedarf des Netzes eine Blindleistungskompensation erforderlichwerden, die ebenfalls mit Verlusten verbunden ist.Der Anschlussfall C liegt zwischen zwei Knoten im Netz. Er stellt den allgemeinen Fall derNetzerweiterung oder Netzverstärkung dar. Der Ersatz einer geplanten Freileitung durch einKabel führt aufgrund der geringeren Kabelimpedanz und deutlich größeren Kabelkapazität zuÄnderungen des Leistungsflusses auf dem Kabel und im umgebenden Netz sowie zu Spannungsänderungenan den Anschlussknoten und deren Umgebung. Die Spannungsänderungenwerden hauptsächlich durch die gegenüber der Freileitung hohe kapazitive Blindleistung desKabels verursacht. Wie ausgeprägt diese Änderungen sind, hängt von den Impedanzverhältnissenund der Kurzschlussleistung an den Anschlussknoten ab.Die Kurzschlussleistung ist ein Maß für die Nachgiebigkeit der Spannung am Netzknoten.Hohe Kurzschlussleistungen lassen nur geringe Spannungsänderungen zu, mit der Folge, dassdas Kabel wegen seiner geringeren Impedanz einen sehr viel größeren Strom als die Freileitungauf sich zieht und damit unter Umständen überlastet wird oder zumindest nicht mehr dieaus Gründen der (n-1)-Sicherheit geforderte Leistungsreserve aufweist. Andererseits lassengeringe Kurzschlussleistungen das Kabel nur wenig Mehrleistung gegenüber der Freileitungübernehmen, verursachen aber unter Umständen unzulässige Spannungsänderungen an denAnschlussknoten.Im Kapitel 7 ist der Einfluss der Verkabelung auf den Leistungsfluss, die Spannungen und dieVerluste an einem einfachen Modellnetz veranschaulicht. Der Verlustfaktor p V liegt für diesesNetz im Bereich von 0,148 bis 0,515 bei einem Widerstandsverhältnis Kabel/Freileitung von0,275. Anhand eines realen Planungsfalles wird im Kapitel 7 auch gezeigt, dass durch den alternativenEinsatz von Kabeln anstelle von Freileitungen die (n-1)-Sicherheit nicht mehr gewährleistetsein kann. Das Kabelprojekt ist dann in dieser Form nicht realisierbar. Grundsätzlichist deshalb vor einer Verkabelung einer geplanten Freileitungsstrecke zunächst durchNetzberechnungen zu prüfen, ob ein Kabeleinsatz an der gleichen Stelle wie eine geplanteFreileitung aus netztechnischen Gründen (Einhaltung des (n-1)-Kriteriums, des Spannungsbandessowie der zulässigen Kurzschlussströme) überhaupt möglich ist.4.3 FolgekostenBeim Zubau von Leitungsstrecken und insbesondere von Kabelstrecken mit ihren wesentlichhöheren Kapazitätsbelägen (vgl. /4/) können durch die sich dann vergrößernde Kapazität desNetzes grundsätzlich die nachfolgend genannten Folgekosten entstehen. Dies sind Anschaffungskostenund Betriebskosten von Blindleistungskompensationsspulen sowie Anschaffungskostenvon weiteren Erdschlusslöschspulen, wenn als Sternpunkterdung die üblicherweiseeingesetzte Resonanz-Sternpunkterdung beibehalten werden kann. Muss die Sternpunkterdungumgestellt werden (vgl. /4/), weil die Restströme die Löschgrenze überschreiten,werden anstatt der zusätzlichen Erdschlusslöschspulen Kosten für die Umstellung der Sternpunkterdungdes Netzes von Resonanz-Sternpunkterdung (RESPE) auf niederohmige Stern-13

genden genannte Einzelmaßnahmen entstehen. Diese Kosten lassen sich ohne eine detailliertePlanung und Kenntnis der Eigenschaften und Anzahl der vorhandenen Betriebsmittel nurschwer kalkulieren. Deshalb werden hier nur eine erste grobe Kostenschätzung der Umstellungskostenvorgenommen und die grundsätzlichen Kostentreiber benannt.Grundsätzlich entstehen Kosten für die bei der NOSPE notwendigen niederohmigen Spulen inden Sternpunkten von Transformatoren. Diese Kosten sind deutlich geringer als die für die ursprünglicheingesetzten Erdschlusskompensationsspulen. Ihre genaue Anzahl und Größe kannerst aus einer detaillierten Kurzschlussstromberechnung ermittelt werden. Die Kosten sindverhältnismäßig gering und können im Allgemeinen gegenüber den beiden folgenden Kosteneinflüssenvernachlässigt werden.Aufgrund der bei einer NOSPE im Fehlerfall wesentlich höheren Ströme über Erde sind zurVermeidung von unzulässigen Schritt- und Berührungsspannungen die Erdungsanlagen unddabei insbesondere die Erdungen der Freileitungsmaste zu verbessern. Die Kosten für dieseErdungsmaßnahmen werden von einem Netzbetreiber mit 5 T€/Mast abgeschätzt. Davon betroffensollen in seinem Netzgebiet ca. 1000 Maste sein. Damit würden sich Kosten für dieErtüchtigung für die Erdungen bei einer Umstellung in Höhe von 5 Mio. € ergeben.In Freileitungsnetzen mit NOSPE wird die Automatische Wiedereinschaltung (AWE) /5/, /4/(Abschnitt 6.1) eingesetzt. Hiermit kann der am häufigsten auftretende einpolige Fehler, sofernes sich um einen Lichtbogenfehler handelt (ca. 80 % der einpoligen Fehler im Freileitungsnetzsind Lichtbogenfehler), zum Verlöschen gebracht werden. In Netzen mit RESPEverlischt dieser einpolige Lichtbogenfehler bei richtiger Abstimmung der Kompensationsspulenvon alleine. Die AWE wird deshalb in diesen Netzen selten angewandt. Sie kann für einzelne,wichtige Stromkreise eingesetzt werden, wenn diese anfällig für Kurzschlüsse zwischenLeitern aufgrund von atmosphärischen Einflüssen sind /5/.Grundsätzlich ist die AWE im HS-Netz ein- oder dreipolig ausführbar. Entscheidend für dieAuswahl der ein- oder dreipoligen AWE sind das Betriebsführungskonzept des jeweiligenNetzbetreibers und Anforderungen an die Stabilitätsverhältnisse im Netz. Bei der dreipoligenAWE ist die Stabilität der Generatoren wesentlich stärker gefährdet als bei einer einpoligenAWE, bei der die beiden gesunden Leiter den Synchronismus aufrechterhalten können. Esdürfen die Spannungswinkel auf beiden Seiten der Leistungsschalter nicht zu stark voneinanderabweichen. Entweder ist deshalb nur eine kurze Unterbrechungszeit einzuhalten, diesmüssen die Leistungsschalter ermöglichen können, oder es ist eine Synchronkontrolle durchzuführen,wodurch sich allerdings meist längere Pausenzeiten ergeben. Neben diesen Kriterienist darüber hinaus auch der Aspekt der Versorgungszuverlässigkeit zu berücksichtigen.Hinsichtlich der Versorgungszuverlässigkeit ist die einpolige der dreipoligen AWE vorzuziehen.Generell ist für die Anwendung der ein- oder dreipoligen AWE der Netzschutz mit einerAWE-Automatik auszustatten, und es ist zur sicheren Anregung der Distanzschutz zusätzlichmit einer Unterimpedanzanregung auszurüsten. Dabei ist die Einstellung und Staffelung desDistanzschutzes neu vorzunehmen, wofür detaillierte Netzberechnungen erforderlich werden.Je nach Auswahl der ein- oder dreipoligen AWE sind jeweils geeignete Leistungsschalter sowiegeeignete Mess- und Schutztechnik einzusetzen. Bei einer dreipoligen AWE sind i.d.R.die auch im resonanzsternpunktgeerdetem Netz eingesetzten Leistungsschalter und die MessundSchutztechnik verwendbar, so dass in diesem Fall nur geringe Umrüstungskosten entstehenwürden.Demgegenüber sind für die Durchführung der einpoligen AWE einpolig schaltbare Leistungsschalterund ein entsprechend ausgelegter Netzschutz Voraussetzung. Diese sind zwar in derHochspannungsebene in der Regel vorhanden, doch sind unter Umständen nicht alle Leistungsschaltermit einem Einzelantrieb ausgerüstet. Wird bei einer Umstellung für die technischeErmöglichung der einpoligen AWE der Austausch eines Leistungsschalters notwendig,so werden die Kosten pro Leistungsschalter auf ca. 50 T€ abgeschätzt. Diese Kosten enthalten16

ereits u. a. die Beschaffung, Montage und die sekundärtechnische Anbindung der neuenLeistungsschalter. Ein Netzbetreiber gibt an, dass bei einer Umstellung der Sternpunkterdungweit über 100 Leistungsschalter auszutauschen sind, womit sich neben den Kosten für die Ertüchtigungder Masterdungen weitere Kosten von nochmals mehr als 5 Mio. € ergeben würden.Weitere mögliche Zusatzkosten können sowohl bei der ein- wie auch bei der dreipoligen AWEz. B. für den Aufwand, die Beeinflussung von TK-Anlagen und Rohrleitungen zu vermeiden,entstehen. Diese lassen sich ebenfalls nur sehr schwer abschätzen.Diese grobe Kostenschätzung lässt somit Umstellungskosten in der Größenordnung von mehrerenMillionen Euro erwarten.4.3.4 NetztrennungAls Alternative zu einer Umstellung der Sternpunkterdung besteht die Möglichkeit derNetztrennung eines 110-kV-Netzgebietes in zwei Teilnetze, in denen dann jeweils wieder dieRESPE zur Anwendung kommen könnte.In dem neu entstehenden 110-kV-Teilnetz müsste eine neue Anbindung an das überlagerteHöS-Netz entstehen. Diese Netzanbindung ist aus Gründen der Versorgungssicherheit (n-1)-sicher auszuführen. Damit benötigt das HöS/110-kV-Umspannwerk (UW) zwei HöS/110-kV-Transformatoren mit zwei HöS-Transformator- und zwei HöS-Leitungsschaltfeldern für dieeinzubindenden Freileitungen aus dem HöS-Netz. Die Kosten für einen typischen 300-MVA-Transformator können mit ca. 6 Mio. € und die für die HöS-Schaltfelder mit ca. 1,5-2 Mio. €abgeschätzt werden, so dass unter Berücksichtigung von weiteren Kosten (z. B. Grundstückskosten,Sekundär- und Schutztechnik) die Gesamtkosten inklusive aller Nebenanlagen voraussichtlichim Bereich von 20 Mio. € liegen würden. Im Vergleich zu einer Umstellung derSternpunkterdung von RESPE auf NOSPE zieht eine Netztrennung damit voraussichtlich höherezusätzliche Kosten nach sich.4.3.5 BewertungFür den Fall, dass eine Umstellung der Sternpunkterdung nicht notwendig wird, ist der Investitionsanteilan den Folgekosten im Vergleich zu den Investitionskosten des Leitungsausbausverhältnismäßig gering.Erst bei einer Umstellung können entsprechend den Eigenschaften und der Anzahl der vorhandenenBetriebsmittel (Masterdungen, Leistungsschalter, Schutztechnik) erhebliche zusätzlicheKosten entstehen, die eine einzelne Netzausbaumaßnahme mit Kabeln unwirtschaftlichmachen und deshalb geeignet im Rahmen der Langfristplanung auf mehrere Netzausbauprojektezu verteilen sind.17

5 Abschätzung des Kostenverhältnisses Kabel/FreileitungDie folgenden Ausführungen sollen dazu dienen, eine allgemeine Abschätzung des Kostenverhältnisses(Investitionskosten und Barwerte der Verlustkosten) Kabel/Freileitung in der110-kV-Spannungsebene vornehmen zu können, auch wenn keine ausführlichen Leistungsflussberechnungenvorliegen, wie das in der Planungsphase der Fall sein wird.Die Gesamtkosten (Barwerte) der Kabel in der betrachteten Nutzungsdauer setzen sich ausden Investitionskosten I K und dem Barwert der Betriebskosten B K zusammen (s. Gl. (2.2)).Die gleiche Zusammensetzung gilt für die Freileitung, so dass sich für das Verhältnis der GesamtkostenKabel/Freileitung ergibt:VKFIIKF B BKFund umgeformt:VKFI B B 1I I I I B I BIK K KF F K KF1F 1IFFF(5.1)(5.2)Aus der vorstehenden Gleichung ist ersichtlich, dass das Verhältnis der Gesamtkosten nurdann dem Verhältnis der Investitionskosten beider Leitungsarten gleich ist, wenn die VerhältnisseBetriebskosten zu Investitionskosten jeweils gleich sind, oder wenn sich die Barwerteder Betriebskosten wie die Investitionskosten verhalten:BBIK K (5.3)F IFDa die von den Verlustkosten dominierten Betriebskosten des Kabels aufgrund des thermischbedingten größeren Leiterquerschnitts stets kleiner als die der vergleichbaren Freileitung sind,ist das Verhältnis der Gesamtkosten Kabel/Freileitung stets kleiner als das Verhältnis der Investitionskosten.Bei Freileitungen und 110-kV-VPE-Kabeln sind die Kosten für die spannungsabhängigen Verlusteund die Wartungskosten gegenüber den Kosten für die stromabhängigen Verluste vernachlässigbar.Die stromabhängigen Verluste und damit auch deren Kosten verhalten sichdann nach Gl. (4.9) wieBKPVK PVK ΔPVN' pVL pVN' pV(5.4)B P P PF VF VF VFFührt man den Verlustfaktor nach Gl. (5.4) in Gl. (5.2) ein, so geht diese über in:VKFI B B I p 1 p I I I I I B I BFIK F F FVVF F K F KF1F 1IFF(5.5)Diese Beziehung ist in den folgenden Bildern für den Verlustfaktor p V = 1/3 und –1/3 ausgewertet.Ein negativer Verlustfaktor entsteht, wenn mit dem Kabeleinsatz Verluste auf den anderenLeitungen des Netzes zurückgehen und der Rückgang größer als die Verluste auf demKabel selbst ist.18

21.5p V = 1/ 3V KF1,4B F/ I F10.501 1.5 2 2.5 3I K/ I F1,61,82,02,22,4Bild 5.1a Verhältnis der Gesamtkosten von Kabel und Freileitung in Abhängigkeit vom Verhältnis derInvestitionskosten und dem Verhältnis von Betriebs- und Investitionskosten für die Freileitung für einenVerlustfaktor p V = 1/3. Beispiel: Investitionskostenverhältnis von 2,5 und Verhältnis der VerlustzuInvestitionskosten der Freileitung von rund 0,7 ergeben ein Kostenverhältnis V KF = 1,61.51,01p V = -1/ 3V KF1,21,4B F/ I F0.51,61,82,001 1.5 2 2.5 3I K/ I FBild 5.1b Verhältnis der Gesamtkosten von Kabel und Freileitung in Abhängigkeit vom Verhältnis derInvestitionskosten und dem Verhältnis von Betriebs- und Investitionskosten für die Freileitung für einenVerlustfaktor p V = –1/3. Beispiel: Investitionskostenverhältnis von 2,5 und Verhältnis der VerlustzuInvestitionskosten der Freileitung von rund 0,47 ergeben ein Kostenverhältnis V KF = 1,619

32.5p V = 1/ 3V KF21.510.5I K /I F3,02.52.01,51,000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2B F/ I FBild 5.2a Verhältnis der Gesamtkosten von Kabel und Freileitung in Abhängigkeit von dem Verhältnisvon Betriebs- und Investitionskosten für die Freileitung und dem Verhältnis der Investitionskostenfür einen Verlustfaktor von p V = 1/3. Beispiel: Verhältnis der Verlust- zu Investitionskosten der Freileitungvon rund 0,7 bei einem Investitionskostenverhältnis Kabel/Freileitung von 2,5 ergibt ein Kostenverhältnisvon V KF = 1,632.5p V = -1/ 32I K /I FV KF1.510.500 0.2 0.4 0.6 0.8 1B F/ I F3,02.52.01,51,0Bild 5.2b Verhältnis der Gesamtkosten von Kabel und Freileitung in Abhängigkeit von dem Verhältnisvon Betriebs- und Investitionskosten für die Freileitung und dem Verhältnis der Investitionskostenfür einen Verlustfaktor von p V = –1/3. Beispiel: Verhältnis der Verlust- zu Investitionskosten der Freileitungvon rund 0,7 bei einem Investitionskostenverhältnis Kabel/Freileitung von 2,5 ergibt ein Kostenverhältnisvon V KF = 1,6Die Bilder lassen erkennen: Je größer die relativen (auf die Investitionskosten bezogenen)Verlustkosten der Freileitung sind, desto kleiner wird das Verhältnis der Gesamtkosten imVergleich zum Verhältnis der Investitionskosten.20

Andererseits ist das Verhältnis der Gesamtkosten umso kleiner, je kleiner der Verlustfaktor ist.Allerdings ist der Einfluss des Verlustfaktors auf das Gesamtkostenverhältnis deutlich geringerals der der relativen Betriebskosten der Freileitung, wie die folgende Rechnung und dieBilder 5.3a und b zeigen.B B I Bp( p ) ΔΔV 1 I 1 I I I VKF V BKF F BV KFF 2 BF1 p V(1 )I I IF F K FVVKF FΔpVF F FBeispiel 3IIVKFKFBF 2,5 ;IFF F F 0,5 ; pV 0,32,5 0,30,5 1,7710,5BFBΔΔΔV 1 0,30,5 Δp1 0,5 (2,5 0,3) I ΔpI 0,056 0,276 V p pIIKF VF VF2KF 1,77 10,5 V 1,77 (1 0,5) BFBVFFFF(5.6)D.h. eine relative Änderung des Verlustfaktors von ± 10 % bewirkt eine relative Änderungdes Kostenverhältnisses von lediglich ± 0,56 %, während eine Änderung der relativen Verlustkostender Freileitung um ± 10 % eine relative Änderung des Kostenverhältnisses vonrund 2,8 % zur Folge hat.32.52B F / I F = 0,5I K /I F3,02.5V KF1.52.010.50-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5p VBild 5.3a Verhältnis der Gesamtkosten von Kabel und Freileitung in Abhängigkeit von dem Verlustfaktorbei B F /I F = 0,5 und verschiedenen Verhältnissen der Investitionskosten Kabel/Freileitung21

3 B F / I F = 0,25I K /I F2.53,0V KF21.52.52.010.50-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5p VBild 5.3b Verhältnis der Gesamtkosten von Kabel und Freileitung in Abhängigkeit von dem Verlustfaktorbei B F /I F = 0,25 und verschiedenen Verhältnissen der Investitionskosten Kabel/FreileitungWie oben ausgeführt, ist zu erwarten, dass in der Regel das Verlustverhältnis Kabel/Freileitungp VL = P VK /P VF durch die sich einstellende höhere Übertragungsleistung unddie kapazitive Blindleistung des Kabels größer als das Widerstandsverhältnis Kabel/Freileitungwird. Von den Verhältnissen im Netz hängt es nun ab, ob der resultierendeVerlustfaktor p V größer oder kleiner als p VL wird.Ist der Verlustfaktor aufgrund fehlender Netzuntersuchungen nicht bekannt, so muss man einesinnvolle Annahme treffen, wofür sich entweder das Widerstandsverhältnis R K /R F oder garp V = 0 anbietet, wenn man davon ausgeht, dass ein negativer Verlustfaktor die Ausnahme ist.Wie die Gl. (5.6) und die folgenden Beispiele zeigen, wirkt sich eine unzutreffende Annahmevon p V nicht gravierend auf das Kostenverhältnis aus, insbesondere dann, wenn die relativenBetriebskosten der Freileitung gering sind (s. Bild 5.3b). Letzteres ist der Fall bei Leitungenmit hohem Windstromanteil.Beispiel 4Für eine Freileitung als Doppelleitung mit einem Widerstandsbelag von 120 mΩ/km und einerzulässigen Dauerleistung von S d = 2·130 MVA sowie einer maximalen Belastung vonS max /S d = 0,5 mit Rücksicht auf das (n-1)-Kriterium erhält man maximale stromabhängigeVerluste pro km von:2 2'1' max 1 (0,52 130MVA)VI,max 40 2 22n2 (110kV)P R S 0,120 Ω/km 0,084MW/km(5.7)UDie Betriebskosten pro km während der Nutzungsdauer berechnen sich ausB ' r k T P '(5.8)F N I A VI,maxund in Zahlen mit rN 15, kI 80 € / MWh , Ta 8760h , P 'VI,max 0,084MW/km und 0,1522

B 'F 1580 € / MWh 8760 h 0,15 0,084MW/km 132T€/km(5.9)Legt man durchschnittliche Investitionskosten von 300 T€/km für die Freileitung als Doppelleitungzu Grunde, so entstehen relative Verlustkosten für die Freileitung in der Größenordnungvon:BIB'132 T€/km 0,44F F (5.10)F I ' 300 T€/kmFDer ohmsche Widerstand eines belastungsäquivalenten Kabels beträgt 33 mΩ/km. Damitergibt sich ein Widerstandsverhältnis Kabel/Freileitung von 33/120 = 0,275. Mit diesem Wertfür p V und einem Investitionskostenverhältnis Kabel/Freileitung von 2,5 erhält man ein GesamtkostenverhältnisKabel/Freileitung von:VI pBKFVIFIF KF BF10,441IF2,5 0,275 0,44 1,82(5.11)Nimmt man dagegen p V = 0 an, so würde sich ein um rund 4 % geringeres KostenverhältnisvonVIIKFKF BF10,44ergeben.1IF2,51,74(5.12)Beispiel 5Für die gleiche Freileitung wie im Beispiel 4 jedoch mit einer bezogenen Jahresbelastungsdauerlinie,die einem Arbeitsverlustfaktor von 0,1 entspricht, ergeben sich bei sonst gleichenBedingungen Betriebskosten pro km während der Nutzungsdauer von:B 'F 1580 € / MWh 8760 h 0,10,084MW/km 88T€/km(5.13)und auf die Investitionskosten bezogene Verlustkosten von:BIB'88 T€/km 0,29F F (5.14)F I ' 300 T€/kmFsowie ein Gesamtkostenverhältnis Kabel/Freileitung von:VI pBKFVIFIF2,5 0,2750,29KF BF10,291IF2,0Mit p V = 0 würde sich V KF = 1,94, also eine Abweichung um nur 3 % nach unten ergeben.23(5.15)Wie die beiden Beispiele zeigen, geht der Einfluss des Verlustfaktors auf das Kostenverhältnismit abnehmenden relativen Verlusten der Freileitung zurück.

6 Abschätzung des Kostenverhältnisses Freileitung mit Zwischenverkabelung/FreileitungDie Kosten (Barwerte) für eine Zwischenverkabelung der Länge l K sindB ( I ' B ') l(6.1)0K K K Kwobei die gestrichenen Größen Kosten pro km sind, wenn die Länge l K in km angegebenwird.Die Kosten für die Freileitungsabschnitte betragenB ( I ' B ') l(6.2)0F F F FHinzu kommen die Kosten für die Übergangsanlagen Kabel/Freileitung samt deren Ausrüstung.Diese besteht in der einfachsten Ausführung aus einem Endmast mit zusätzlicher Traversezur Aufnahme der Kabelendverschlüsse und Überspannungsableiter (Bild 6.1 und Bild6.2). Man rechnet mit Gesamtkosten 600 T€/Anlage einschließlich der Montagekosten.Bild 6.1 Kabelendmast mit Übergangsanlage Kabel/Freileitung24

Bild 6.2 Überspannungsableiter und Kabelendverschlüsse auf derTraverse eines KabelendmastesPro Kabelabschnitt sind zwei Übergangsanlagen erforderlich, so dass sich bei n Kabelabschnittender Gesamtlänge l K für das Kostenverhältnis Kabel plus Freileitung zu 100 % Freileitungergibt:VTK( I ' B ') l ( I ' B ' ) l 2nI( I ' B ') ( l l )F F F K K K ÜF F F K(6.3)Durch Umformen erhält man mit l L = l F + l KV 1 ( V 1) l k(6.4)KTK KF ÜlLwobei V KF das in Kapitel 5 betrachtete Kostenverhältnis Kabel/Freileitung bei gleicher Leitungslängeund B ' 0F der Barwert der Freileitung pro km undk2InÜÜ (6.5)B ' l0F Ldie relativen (auf die Kosten der Leitung als 100 % Freileitung bezogenen) Kosten der Übergangsanlagensind.Um die relativen Kosten der Übergangsanlagen abzuschätzen wird für die relativen Verlustkostender Freileitung BF IF 0,5 und damit ein Barwert B ' 0F von 1,5·300 T€/km angenommen.Mit Investitionskosten für eine Übergangsanlage von 600 T€ ergibt sich dannk2I n 2600n nÜÜ 2,67 B ' l0F L 1,5 300lL lL25(6.6)Das Bild 6.3 zeigt die Abhängigkeit von k Ü von der Leitungslänge bei n = 1, 2 und 3 Kabelabschnittenauf der Leitung, wobei vorausgesetzt wurde, dass die Kabel- und Freileitungsabschnittejeweils nicht kürzer als 5 km sind, so dass die Kurven erst bei 15, 25 und 35 km beginnen.

0.250.2n = 1 2 30.15k Ue0.10.05010 20 30 40 50l L/ kmBild 6.3 Relative Kosten der Übergangsanlagen Kabel/Freileitung in Abhängigkeit von der Leitungslängel L und der Anzahl n der Teilverkabelungsstrecken für V KF = 1,8 und B '0F 1,5 300 T€/kmAnhand der Gln. (6.4) und (6.5) lässt sich für eine bestimmte Leitungslänge das KostenverhältnisFreileitung mit Zwischenverkabelungen zu 100 % Freileitung in Abhängigkeit von derAnzahl n der Zwischenverkabelungen angeben.Beispiel 6Für eine Leitung der Länge l L = 50 km mit n = 1, 2 oder 3 Zwischenverkabelungen mit denKosten der Übergangsanlagen nach Gl. (6.5) ergeben sich Kostenverhältnisse in Abhängigkeitvom Verhältnis l K zu l L wie sie im folgenden Bild 6.4 dargestellt sind. Dabei ist wieder vorausgesetzt,dass die Freileitungs- und Kabelabschnitte nicht kürzer als 5 km sein sollen. Ausdieser Bedingung ergeben sich bei einer Zwischenverkabelung (n = 1) eine minimale Kabellängevon 5 km (l Kmin /l L = 0,1) und eine maximale Kabellänge von 40 km (l Kmax /l L = 0,8), bein = 2 wird l Kmin = 10 km (l Kmin /l L = 0,2), l Kmax = 35 km (l Kmax /l L = 0,7) und bei n = 3 l Kmin = 15km (l Kmin /l L = 0,3), l Kmax = 30 km (l Kmax /l L = 0,6).Bei einem festen Kostenverhältnis V TK sind mit steigender Anzahl der Zwischenverkabelungengeringere Kabellängen möglich.26

1.81.7n = 3 2 1 01.61.5V TK1.41.31.21.110 0.2 0.4 0.6 0.8 1l K/l LBild 6.4 Kostenverhältnis Freileitung mit Zwischenverkabelungen zu 100 % Freileitung bei einer Leitungslängevon 50 km und einem spezifischen Kostenverhältnis pro km Kabel zu km Freileitung vonV KF = 1,8. Die gestrichelte Linie gilt ohne Kosten für die Übergangsanlagen (n = 0)27

7 Untersuchungen von 110-kV-NetzenEs werden ein Modellnetz (Netz 1) und ein Ausschnitt aus einem realen 110-kV-Teilnetz(Netz 2) hinsichtlich der Leistungsfluss- und Spannungsverhältnisse beim alternativen Einsatzvon Kabeln anstelle von Freileitungen untersucht. Für das Modellnetz werden die relativen(auf die Investitionskosten bezogenen) Barwerte der Verlustkosten der zu verkabelnden Freileitungenund der in Kapitel 5 eingeführte Verlustfaktor p V ausgewiesen. Um das KostenverhältnisKabel/Freileitung (Barwerte Kabel/Freileitung) nach den Beziehungen in Kapitel 5 zubestimmen, benötigt man dann nur noch das Verhältnis der Investitionskosten Kabel/Freileitung.Ist dieses nicht bekannt, so kann man wenigstens das Kostenverhältnis Kabel/Freileitungals Funktion vom Investitionskostenverhältnis darstellen.Das Netz 2 ist ein (reales, den Gutachtern von einem Netzbetreiber zur Verfügung gestelltes)Beispiel dafür, dass durch den Einsatz von Kabeln anstelle von Freileitungen aus Sicht des (n-1)-Kriteriums unzulässige Leistungsflüsse entstehen können. In einem solchen Fall ist dieVerkabelung in der vorgesehenen Form nicht realisierbar und auch eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchungauf der Grundlage dieser Leistungsflüsse nicht realistisch. Diese müsste sowohldie zur Sicherstellung des (n-1)-Kriteriums erforderlichen Maßnahmen als auch die sich danneinstellenden Leistungsflüsse berücksichtigen. Da diese den Gutachtern jedoch nicht bekanntsind, konnte eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung für das Netz 2 nicht durchgeführt werden.7.1 Netz 1 in drei AusbaustufenDer Netzplan geht aus Bild 7.1 hervor. Für die Leistungsflussberechnungen ist vorausgesetzt:• feste Spannung an der 110-kV-Netzeinspeisung (Slack-Knoten) von 112 kV• Einstellung der Spannung am Erzeugerknoten (Generatorknoten), so dass die Blindleistungslieferungdes Erzeugers in einer Ausbaustufe etwa gleich bleibt• Nichtberücksichtigung der Spannungsabhängigkeit der Abnahme (Lastknoten)110-kV-NetzeinspeisungL1 = 30 kmAbnahme100 MW10 MvarL2 = 30 kmL3 = 30 kmErzeugung 100 MWBild 7.1 Netzplan mit Erzeugung (Generatorknoten) und Abnahme (Lastknoten). Alle Leitungen alsDoppelleitung ausgeführt28

Tabelle 7.1 Ausbaustufen für das Netz 1Stufe L1 L2 L3 Fall nach Bild 4.31a Freileitung1b Kabel A2a Freileitung Freileitung2b Freileitung Kabel B2c 1) Freileitung Kabel B3a Freileitung Freileitung Freileitung3b Freileitung Freileitung Kabel C3c Freileitung Kabel Freileitung C3d Freileitung Kabel Kabel C1) wie 2b, jedoch mit abgesenkter Spannung am EinspeiseknotenTabelle 7.2 Leitungsparameter für das Netz 1Leitung \ Parameter R ' 40 /mΩ/km X '/Ω/km C '/ nF/km110-kV-Freileitung 0,120 0,30 0,008110-kV-Cu-Kabel 0,033 0,126 0,1901. Ausbaustufe (Anschlussfall A 1) )101,50211,898112 kVFreileitungP N = 1,502 MWQ N = 1,898 Mvar109,920 kV10010Bild 7.2a Ausbaustufe 1a mit L1 als Freileitung (Doppelleitung) von 30 km Länge. 1. ZahlenangabeWirkleistung in MW, 2. Zahlenangabe Blindleistung in Mvar100,40233,290112 kVKabelP N = 0,402 MWQ N = – 43,290 Mvar111,753 kV10010Bild 7.2b 1. Ausbaustufe mit L1 als Kabel (2 Systeme) von 30 km LängeGegenüber dem Leitungsausbau mit Freileitung ergeben sich geringere Verluste auf dem Kabelund ein geringerer Spannungsabfall. Die Leitungsverluste verringern sich etwa im Verhältnisder ohmschen Widerstände von Kabel und Freileitung. Der etwas geringere Wert istdadurch begründet, dass die Kabelkapazität die Blindleistung des Abnehmers kompensiert.Die kapazitive Blindleistung des Kabels wird in das überlagerte Netz gespeist und belastet1) nach Bild 4.329

den Einspeisetransformator zusätzlich und erhöht dessen Verluste. Dieser Einfluss ist hiernicht berücksichtigt. Die relative Änderung der Netzverluste p VN ' ist deshalb Null.2. Ausbaustufe (Anschlussfall B)2,9082,207112 kV101,50211,898109,921 kV1001098,5949,692P N = 2,908 MWQ N = 3,487 Mvar114 kV10011,281Bild 7.3a 2. Ausbaustufe mit L1 und L2 als Freileitung (Doppelleitung) von je 30 km Länge2,226102,664112 kV101,50211,898109,921 kV1001099,276114,5629,692P N = 2,226 MWQ N = – 41,073 Mvar114 kV10071,590Bild 7.3b 2. Ausbaustufe mit L1 als Freileitung (Doppelleitung) und L2 als Kabel (2 Systeme) vonjeweils 30 km Länge bei gleicher Spannung von 114 kV am EinspeiseknotenBei gleicher Spannung am Einspeiseknoten wie bei der Leitungsausführung als Freileitung(Bild 7.3a) treten ein unzulässiger Blindleistungsfluss vom Erzeuger zur Netzeinspeisung undeine unzulässige und unwirtschaftliche Blindleistungsbereitstellung am Erzeuger auf. DasVerlustverhältnis Kabel/Freileitung beträgt p VL = 0,724/1,406 = 0,515 und ist damit fast doppeltso groß wie das entsprechende Widerstandsverhältnis. Die Verluste auf der Leitung L1ändern sich beim Kabeleinsatz nicht, so dass die relative Änderung der Netzverluste pVN ' 0wird. Anhand des Vergleichs des Blindleistungsaustauschs mit dem überlagerten Netz amSlack-Knoten erkennt man den starken Einfluss der Kabel auf den Blindleistungshalt. BeiNetzausbau mit der Freileitung weist das Netz einen geringen Blindleistungsbedarf auf, währendbeim Netzausbau mit Kabeln das Netz eine vom Betrag fast 50-fache Blindleistungseinspeisungaufweist (vgl. Abschnitt 4.3.1).30

Um das überlagerte Netz und den Erzeuger von der hohen Blindleistung zu entlasten, mussdessen Klemmenspannung zurück genommen werden. Dieser Fall ist im Bild 7.3c dargestellt.1,93543,128112 kV101,50211,898109,921 kV1001099,56755,026P N = 1,935 MWQ N = – 41,776 Mvar113 kV10011,351Bild 7.3c 2. Ausbaustufe mit L1 als Freileitung (Doppelleitung) und L2 als Kabel (2 Systeme) von jeweils30 km Länge bei gleicher Spannung am Einspeiseknoten auf 113 kVDurch die Verringerung der Spannung am Einspeiseknoten von 114 kV auf 113 kV wird dasKabel, das überlagerte Netz und die Erzeugereinheit von Blindleistung entlastet. Damit gehtdas Verlustverhältnis Kabel/Freileitung auf p VL = 0,433/1,406 = 0,308 zurück, ist aber immernoch größer als das Widerstandsverhältnis. Der kapazitive Blindleistungsbedarf des NetzesQ N verändert sich dagegen fast nicht. Er wird über die Netzeinspeisung abgeführt. Die damitverbundenen Netzverluste sind hier nicht berücksichtigt, so dass pVN ' 0 gilt.Allerdings wird das überlagerte Netz am Slack-Knoten deutlich hinsichtlich der eingespeistenBlindleistung entlastet, die um mehr als die Hälfte zurückgeht.3. Ausbaustufe (Anschlussfall C)0,96484,136732,879112 kV33,8444,178P N = 0,965 MWQ N = – 3,255 Mvar33,6765,637111,258 kV66,3240,04133,0341,47166,9664,0794,368112,5 kV1002,609Bild 7.4a Ausbaustufe 3a mit L1, L2, L3 als Freileitung (Doppelleitung) von jeweils 30 km Länge31

0,45840,23016,489112 kV16,94720,756P N = 0,458 MWQ N = – 47,851 Mvar16,85019,100112,528 kV83,1501001019,47316,57817,78583,42215,40729,100113,01 kV1002,378Bild 7.4b Ausbaustufe 3b mit L1 und L2 als Freileitung (Doppelleitung) und L3 als Kabel (2 Systeme)von jeweils 30 km LängeDas Verlustverhältnis Kabel/Freileitung beträgt p VL = 0,272/0,642 = 0,424. Durch das Kabelwerden die beiden Freileitungen L1 und L2 entlastet, so dass deren Verluste zurückgehen.Dem entspricht eine relative Änderung der Netzverluste von pVN' 0,213und ein resultierenderVerlustfaktor von p V = 0,211, das aber immer noch in der Nähe des Widerstandsverhältnissesvon 0,275 liegt. Die kapazitive Blindleistung des Kabels muss über die FreileitungenL1 und L2 in das überlagerte Netz abgeführt werden. Die damit verbundenen Verlustesind in p VN ' nicht berücksichtigt. Aber auch hier zeigt sich der stark veränderte Blindleistungsaustauschmit dem überlagerten Netz, der sich von einem Blindleistungsbezug von4,14 Mvar auf eine Blindleistungseinspeisung von 40,23 Mvar verändert.0,83338,73640,831112 kV41,6641,379P N = 0,833 MWQ N = – 46,698 Mvar41,4142,633111,249 kV58,5861001040,11540,9094,70559,0916,7437,367112,48 kV1002,038Bild 7.4c Ausbaustufe 3c mit L1 und L3 als Freileitung (Doppelleitung) und L2 als Kabel (2 Systeme)von jeweils 30 km LängeDas Verlustverhältnis Kabel/Freileitung beträgt p VL = 0,078/0,155 = 0,503 > 0,275. Durch dasKabel wird die Leitung L1 stärker und die Leitung L2 geringer belastet. Die entsprechende relativeÄnderung der Netzverluste ist pVN'0,355, so dass sich ein resultierender Verlustfaktorvon p V = 0,148 < 0,275 ergibt. Die kapazitive Blindleistung des Kabels wird in dasüberlagerte Netz abgeführt werden. Die damit verbundenen Verluste sind nicht berücksichtigt.32

Tabelle 7.4 Leitungsverluste für Bild 7.5a und Bild 7.5bL2 FreileitungL2 KabelL1 0,457 0,523L2 0,145 0,047L3 0,481 0,402P VN' /MW 0,938 0,925Mit den geänderten Leitungsverlusten nach Tabelle 7.4 ergibt sich ein Verlustfaktor in derGrößenordnung von R K /R F :0,0470,145pVL 0,324 0,275 , pVN0,925 0,938' 0,090, pV 0,324 0,090 0,2340,145Die Barwerte der Betriebskosten der zu verkabelnden Freileitungen in den einzelnen Ausbaustufenberechnen sich mit den Kostenparametern nach der Tabelle 7.5 aus der Beziehung:PVI,maxB 'F rN kI Ta (7.1)lLTabelle 7.5 KostenparameterKostenparameterWertWACC-Zinssatz p 6,5 %spezifische Verlustkosten k I80 €/MWhArbeitsverlustfaktor 0,11Verluste bei Jahreshöchstlast P VImax Bild 7.2 bis Bild 7.4Nutzungsdauer N40 JahrePeriodendauer T a1 Jahr = 8760 hRentenbarwertfaktor r N 14,15Der Arbeitsverlustfaktor im 110-kV-Netz liegt nach Angaben von zwei Energieversorgungsunternehmenin der Größenordnung von 0,08 bis 0,13 wobei die kleineren Werte fürLeitungen mit hoher Windstrombelastung gelten.In der folgenden Tabelle 7.6 sind die Verhältnisse der Gesamtkosten Kabel/Freileitung für dieeinzelnen Ausbaustufen für zwei verschiedene Annahmen für das Verhältnis der Investitionskostenaufgelistet.Tabelle 7.6 Maximale Verluste der zu verkabelnden Freileitungen, deren relative Betriebskosten undVerhältnis der Gesamtkosten Kabel/Freileitung bei Freileitungskosten von 300 T€/km und einem Verhältnisder Investitionskosten Kabel/Freileitung von 2,0 und 2,5StufeFP VI maxF/FB I p V35p B / I V KF (2,0) V KF (2,5)V F F1b 1,502 0,182 0,268 0,049 1,73 2,162b 1,406 0,170 0,515 0,088 1,78 2,212c 1,406 0,170 0,308 0,052 1,75 2,183b 0,642 0,078 0,211 0,016 1,87 2,333c 0,155 0,019 0,148 0,003 1,97 2,463d 0,155 + 0,642 0,048 0,345 0,017 1,92 2,40

A56,85211.46248,1929,39141,99310,36661,61417,46233,59,015,55,0FG47,9339,05956,43113,02348,1929,39114,4330,059K41,93810,328L50,49513,255B11,04,058,911,1H40,9318,02340,7247,89741,53010,00141,74610,194M11,0072,73950,13512,74228,1356,742D22,06,027,5939,08927,4939,261C38,512,011,0401,89228,0406,892J4,2461,63714,3463,13717,05,0E10,11,5Bild 7.6 110-kV-Teilnetz mit Leistungsflüssen. Alle Leitungen als Freileitungen. Erste ZahlenangabeP in MW, zweite Zahlenangabe Q in Mvar37

A50,7053,98145,9226,95856,5415,30055,03712,41333,59,015,55,0FG45,6916,70850,4045,82912,191-2,292K56,4475,159L43,9458,276B11,04,058,911,1H34,9040,82934,7590,83756,02514,22556,1164,666M4,622-1,75443,6828,03421,6822,034D22,06,033,9133,98733,87813,754C38,512,04,628-2,69221,6282,308J2,030-0,64612,1300,85417,05,0E10,11,5Bild 7.7 110-kV-Teilnetz mit Leistungsflüssen. Leitungen H-K und H-C alternativ als Kabel38

A54,8077,89389,52811,83964,74514,52933,59,0FG54,4787,29820,978-1,702K89,29211,320L53,61710,299B11,04,015,55,058,911,1H15,5005,00015,5324,76788,22718,30788,4459,516M14,061-0,40653,2249,69331,2243,693D22,06,024,4582,71824,43912,406C38,512,014,112-1,20531,1123,795J10,696-0,32120,7961,17917,05,0E10,11,5Bild 7.8 110-kV-Teilnetz mit Leistungsflüssen bei Ausfall der Leitung A-G. Leitungen H-K und H-Cals Kabel39

8 Zusammenfassung und Fazit8.1 Zusammenfassung1. Der Wirtschaftlichkeitsvergleich von Kabeln und Freileitungen erfolgt nach der Barwertmethode.Der Barwert der Gesamtkosten setzt sich aus den Investitionskosten zum ZeitpunktNull (Stichtag) und den abgezinsten jährlichen Betriebskosten während der Betrachtungsdauerzusammen. Hierfür maßgebend ist der sog. Rentenbarwertfaktor. Als Betrachtungsdauer werdengewöhnlich 40 Jahre angenommen. Weitere Investitionskosten zu späteren Zeitpunktenwerden ebenfalls abgezinst.2. Die Betriebskosten bestehen im Wesentlichen aus den Verlustkosten. Für 110-kV-Leitungenkönnen die spannungsabhängigen Verluste gegenüber den stromabhängigen Verlusten vernachlässigtwerden. Die von den stromabhängigen Verlusten verursachte Jahresverlustarbeitergibt sich aus den zur (angenommenen) Jahreshöchstlast gehörenden maximalen Verlustenmultipliziert mit dem sog. Arbeitsverlustfaktor und der Jahresdauer von 8760 Stunden. DerArbeitsverlustfaktor berücksichtigt dabei, dass die Verluste im Laufe eines Jahres kleiner alsdie maximalen Verluste sind. Er ist deshalb stets kleiner als eins. Nach Angaben der Energieversorgungsunternehmenergibt sich für Leitungen mit hoher Windstrombelastung ein Arbeitsverlustfaktorvon 0,08 und für Leitungen mit geringer Windstrombelastung von 0,13.3. Die Betriebsparameter von Kabeln und Freileitungen unterscheiden sich erheblich. Es istdeshalb erforderlich, beim Einsatz von Kabeln anstelle von Freileitungen die Auswirkungenauf die Leistungsflüsse und die Spannungen zu überprüfen, insbesondere dann wenn der Kabelanteilstark zunimmt. Darüber hinaus ist der Blindleistungsaustausch mit dem überlagertenNetz ggf. durch zusätzlich aufzustellende Blindleistungskompensationsspulen zu begrenzen,die ihrerseits zusätzliche Verluste verursachen. Unter Umständen muss die Netzplanung komplettüberdacht und verändert werden, womit wiederum zusätzliche Kosten verbunden sind.4. Der Zubau von Leitungen in 110-kV-Netzen mit Resonanz-Sternpunkterdung ist aus Gründender Einhaltung der Löschgrenze für die Lichtbogen-Erdschlüsse begrenzt. Aufgrund dersehr viel größeren Leiter-Erde-Kapazität der Kabel gegenüber der Freileitung (etwa 40- bis50-fach) wird die Löschgrenze beim Einsatz von Kabeln schon bei bedeutend kürzeren Längenals bei der Freileitung erreicht. Ist in einem Netz beispielsweise noch der Zubau von1000 km Freileitung möglich, so verringert sich z. B. die zulässige Cu-Kabellänge auf etwa1000 km/40 = 25 km. Beim Erreichen der Löschgrenze ist entweder eine Auftrennung desNetzes in kleinere Teilnetze oder eine Umstellung der Resonanz-Sternpunkterdung auf niederohmigeSternpunkterdung erforderlich /4/. Beide Maßnahmen sind mit erheblichem netztechnischemAufwand und entsprechend hohen Kosten verbunden, die sich in den Investitionskostenniederschlagen.5. Für einen detaillierten Wirtschaftlichkeitsvergleich sind die Kosten von Freileitung undKabel projektgenau zu ermitteln, da die Leitungsausführung von der Trassenführung, die fürFreileitung und Kabel durchaus unterschiedlich verlaufen können, abhängt. Auf die Tiefbaukostender Kabel haben die Bodenbeschaffenheit und die Anzahl von Verkehrswegekreuzungenund Wasserläufen einen wesentlichen Einfluss. Für die Bewertung der Verlustkosten sindausführliche Angaben zur Übertragungsleistung während eines Jahres z. B. in Form einer Jahresbelastungsdauerlinieerforderlich. Auch diese Angaben sind projektspezifisch.6. Im Kapitel 5 wurde eine Beziehung hergeleitet, mit der man das Gesamtkostenverhältnis(Verhältnis der Barwerte) Kabel/Freileitung auch ohne ausführliche Netzberechnungen abschätzenkann. Dazu benötigt man vier Angaben:40

a) Das Verhältnis der Investitionskosten Kabel/Freileitungb) Die Investitionskosten der Freileitung pro Kilometerc) Die Verlustkosten (Barwerte) der Freileitung pro Kilometer im Betrachtungszeitraumd) Den resultierenden Verlustfaktor p V Kabel/FreileitungDie Verlustkosten der bei Netzausbau mit Kabeln ggf. notwendig werdenden Kompensationsspulenwerden hierbei nicht berücksichtigt.Die Investitionskosten der Freileitung sind aufgrund der bisher ausgeführten Projekte gut bekannt.Die Barwerte der Verlustkosten der zu verkabelnden Freileitung (Freileitungen) lassensich ausgehend von der bekannten (oder geplanten) Jahreshöchstlast und dem Arbeitsverlustfaktorsowie den aktuellen Strompreisen genügend genau bestimmen. Diese Angaben sind denNetzbetreibern bekannt. Der Verlustfaktor p V kann nur über eine ausführliche Leistungsflussberechnungmit der Leitungsausführung als Freileitung und als Kabel bestimmt werden. DerEinfluss von p V auf das Kostenverhältnis Kabel/Freileitung ist von den genannten vier Einflussgrößenam geringsten, wenn nicht gar vernachlässigbar. Bei Vernachlässigung von p Ventfällt die aufwändige Netzberechnung und man erhält für das Kostenverhältnis:IKIFVKFBF1IFDas folgende Bild 8.1 zeigt, wie man das Kostenverhältnis Kabel/Freileitung V KF bei bekanntenrelativen (auf die Investitionskosten bezogenen) Betriebskosten der Freileitung in Abhängigkeitvom Verhältnis der Investitionskosten oder bei gegebenem Verhältnis der Investitionskostenals Funktion der relativen Betriebskosten ermitteln kann oder aber, welche Bedingungenhinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten einzuhalten sind, um ein angestrebtesKostenverhältnis zu erreichen. Für Leitungen mit geringem Arbeitsverlustfaktor ergebensich kleine relative Betriebskosten. Für das Modellnetz wurden mit einem Arbeitsverlustfaktorvon 0,11 relative Betriebskosten nicht größer als 0,182 berechnet.2.5V KF21.511,94I K /I F2.52.01,50.50,2900 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5B F/ I FBild 8.1 Kostenverhältnisse Kabel/Freileitung V KF für das Modellnetz für p V = 0 bei Annahme von InvestitionskostenverhältnissenKabel/Freileitung I K /I F = 1,5, 2,0 und 2,5 in Abhängigkeit vom relativen(auf die Investitionskosten bezogenen) Betriebskosten der Freileitung. Die vollen Punkte gelten für p Vnach Tabelle 7.6. Die gestrichelten Linien gelten für das Beispiel 5: I K /I F = 2,5 und B F /I F = 0,29 ergebenein Kostenverhältnis Kabel/Freileitung V KF (p V = 0) = 1,94.41

7. Die Betriebskosten hängen linear von den spezifischen Stromkosten k I ab (s. Gl. 7.1)), d.h.bei einer Erhöhung (Verringerung) der spezifischen Stromkosten um beispielsweise ±10 %erhöhen (veringern) sich auch die relativen Betriebskosten (Abszissenwert in Bild 8.1 um±10 %. Das Gleiche gilt für die Abhängigkeit der relativen Betriebskosten vom Arbeitsverlustfaktor, den maximalen Verlusten P VI,max und dem Rentenbarwertfaktor r N . Die entsprechendenAuswirkungen auf das Gesamtkostenverhältnis lassen sich dann aus Bild 8.1 ablesen.8. Die Kosten der abschnittsweisen Zwischenverkabelung hängen vom Kabelanteil an der gesamtenLeitungslänge und von der Anzahl n der Übergänge Freileitung/Kabel ab. Mit Hilfeder folgenden Beziehung ist es möglich, bei bekanntem Gesamtkostenverhältnis Kabel/FreileitungV KF und bekannten oder angenommenen relativen (auf die Kosten der Leitungals 100 % Freileitung bezogenen) Kosten für die Übergangsanlagen Freileitung/Kabel das GesamtkostenverhältnisFreileitung mit n Zwischenverkabelungen zu 100 % Freileitung abzuschätzen.V 1 ( V 1) l kKTK KF ÜlLDas folgende Bild 8.2 (identisch mit Bild 6.4) zeigt ein Anwendungsbeispiel.1.81.7n = 3 2 1 01.61.5V TK1.41.31.21.110 0.2 0.4 0.6 0.8 1l K/l LBild 8.2 Kostenverhältnis Freileitung mit n Zwischenverkabelungen zu 100 % Freileitung bei einerLeitungslänge von 50 km und einem spezifischen Kostenverhältnis pro km Kabel zu km Freileitungvon V KF = 1,8 in Abhängigkeit vom Kabelanteil an der gesamten Leitungslänge l K /l L . Die gestrichelteLinie gilt ohne Kosten für die Übergangsanlagen (n = 0)9. Beim Zubau von Leitungsstrecken und insbesondere von Kabelstrecken mit ihren wesentlichhöheren Kapazitätsbelägen können grundsätzlich zusätzliche Investitions- und Betriebskostenfür Blindleistungskompensationsspulen entstehen. Kann dabei als Sternpunkterdungdie üblicherweise eingesetzte Resonanz-Sternpunkterdung beibehalten werden, so entstehendarüber hinaus nur noch relativ geringe Investitionskosten für weitere Erdschlusslöschspulen.Wird allerdings die Umstellung der Sternpunkterdung von Resonanz-Sternpunkterdung aufniederohmige Sternpunkterdung notwendig, so sind Investitionen für die folgenden Einzelmaßnamenerforderlich: zusätzliche niederohmige Spulen in den Sternpunkten von Transfor-42

matoren, Ertüchtigung der Erdungsanlagen und insbesondere der Erdungen der Freileitungsmaste,Ausstattung des Netzschutzes mit einer AWE-Automatik und einer Unterimpedanzanregung,Ausrüstung der Leistungsschalter mit einem Einzelantrieb bei Durchführung der einpoligenAWE sowie Kosten für die Vermeidung der Beeinflussung von TK-Anlagen undRohrleitungen. Alternativ zu einer Umstellung der Sternpunkterdung könnte auch eineNetztrennung in zwei getrennte Netzgebiete unter Beibehaltung der Resonanz-Sternpunkterdung vorgenommen werden. Hierbei werden Investitionen von ca. 20 Mio. € fürein zusätzliches (n-1)-sicheres HöS/110-kV-Umspannwerk mit zwei Transformatoren und vierHöS-Schaltfeldern notwendig.Bei einer Umstellung der Sternpunkterdung entstehen erhebliche zusätzliche Folgekosten, dieeine einzelne Netzausbaumaßnahme mit Kabeln unwirtschaftlich werden lassen und deshalbgeeignet im Rahmen der Langfristplanung auf mehrere Netzausbauprojekte zu verteilen sind.8.2 Fazit1. Für eine konkrete Aussage zum Wirtschaftlichkeitsvergleich bedarf es einer projektgenauenErmittlung der jeweiligen Gesamtkosten.2. Anhand von Modellrechnungen (s. Bild 8.1 und 8.2) lässt sich der Einfluss der wesentlichenvariablen Kostenfaktoren darstellen und eine Abschätzung der Mehrkosten vornehmen.So ergibt sich z. B. (Beispiel 5) unter Vernachlässigung des resultierenden Verlustfaktorsp V bei einem Verhältnis der Investitionskosten Kabel/Freileitung I K /I F von 2,5 undeinem Verhältnis der Verlust- zu den Investitionskosten der Freileitung B F /I F von 0,29 einGesamtkostenverhältnis V KF von 1,94. Bei höheren Investitionskosten des Kabels im Verhältniszu den Investitionskosten der Freileitung erhöht sich bei unveränderten Betriebskostenauch das Gesamtkostenverhältnis Kabel zu Freileitung. Ein Anstieg der Verlustkostenund damit der Betriebskosten der Freileitung führt bei unveränderten Investitionskostendagegen zu einer Reduzierung des Gesamtkostenverhältnisses Kabel zu Freileitung.3. Die wesentlichen variablen Kostenfaktoren, die der Marktentwicklung unterliegen, sind− die Strompreise (spezifische Verlustkosten)− die Stahlkosten beim Freileitungsbau und die Metall- und Kunststoffkosten (KupferAluminium, VPE) bei den Kabeln4. Bei einer abschnittsweisen Verkabelung einer Freileitung sind spezielle ÜbergangsanlagenFreileitung/Kabel und Kabel/Freileitung erforderlich, die zu zusätzlichen Kosten führen.5. Neben den Investitionskosten für die Erdverkabelung kann ab einem bestimmten Kabelanteileine Blindleistungskompensation erforderlich werden. Diese ist mit zusätzlichen Investitions-und Betriebskosten verbunden.6. Ab einem bestimmten Kabelanteil im Netz ist eine Umstellung der Resonanz-Sternpunkterdung auf niederohmige Sternpunkterdung notwendig. Die Umstellung bedeuteteinen hohen netztechnischen Aufwand mit erheblichen zusätzlichen Investitionskosten.43

9 Literaturverzeichnis/1/ Oswald, B. R.: Vergleichende Studie zu Stromübertragungstechniken im Höchstspannungsnetz.Hannover, Oldenburg, 2005./2/ Hosemann, G. (Herausgeber): Hütte. Taschenbücher der Technik. Elektrische Energietechnik3: Netze. Springer, Berlin, 30. Auflage, Dezember 2000./3/ Zebisch, M.: Netzverluste. VEB Verlag Technik Berlin, 1959./4/ Hofmann, L., Oswald, B. R.: Gutachten zum Vergleich Erdkabel – Freileitung im 110-kV-Hochspannungsbereich im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft und Europaangelegenheitendes Bundeslandes Brandenburg, Potsdam. Hannover, Dez. 2010./5/ VDEW e.V.: Richtlinien für die Kurzunterbrechung in elektrischen Netzen. VDEW-Ringbuch, Schutztechnik, 1987.44