Erster Gleichstrom-Leistungsschalter (PDF, 1,3 MB) - ABB
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Raphael Görner, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz, 16. Januar 2013Funktionsweise und Anwendungsgebietedes hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>s© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz
Energiewende in EuropaErneuerbare Energien verändern unser EnergiesystemQuelle: DG Energy, European Commission• Standortferne, große Kraftwerke• Windenergie, speziell offshore• Wasserkraft (Alpen, Skandinavien)• Solarthermie (langfristig)• Dezentrale, kleine Einheiten• Photovoltaik• Kraft-Wärme-Kopplung• Volatile Erzeugung• Windenergie• SonnenenergieNeue Herausforderungen für dieÜbertragungsnetze in Europa© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 2
DrehstromübertragungBis heute das System der Wahl für EuropaÜbertragungsnetzder ENTSO-E(European Network ofTransmission SystemOperators forElectricity).Quelle:www.entsoe.eu• Vorteile• Transformierbarkeit• Einfache elektromechanischeEnergieumwandlung• Einfache Stromunterbrechung• Frequenz als systemweiteFührungsgröße• Vermaschbarkeit© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 3
Der StromkriegEdison versus Westinghouse• Von Edison favorisierter <strong>Gleichstrom</strong> verlorStromkrieg im späten 19. Jahrhundert gegenWestinghouse’s Wechselstrom.• Nachteil: <strong>Gleichstrom</strong> war nicht auf höhereSpannungen transformierbar.• Dadurch hohe Verluste bei der Übertragungüber größere Entfernungen.• Erst seit Mitte des 20. Jahrhunderts kann auch<strong>Gleichstrom</strong> wirtschaftlich über große Distanzenund sogar mit geringeren Verlusten als Wechselstromtransportiert werden.© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 4
DrehstromübertragungGrenzen• Energieübertragung über langeStrecken• Verluste (Wirtschaftlichkeit)• Stabilität• Drehstromkabel bereits bei Entfernungen< 100 km wegen Blindleistungsbedarftechnisch schwierig© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 5
Anwendungsgebiete und Technik derHochspannungs-<strong>Gleichstrom</strong>-Übertragung (HGÜ)© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 7
Anwendungsgebiete für HGÜ-TechnologieInstallierte Leistung und AnwendungsgebieteKlassische Anwendungsgebiete• Übertragung großer Leistungen überweite Strecken• Asynchrone Verbindung vonDrehstromnetzen (auch als HGÜ-Kurzkupplung)Zukünftige Einsatzgebiete der HGÜ„Embedded DC“(Parallel zubestehendenDrehstromverbindungen)InterkonnektorenAnbindung vonWasserkraft• SeekabelverbindungenNeue AnwendungsgebieteAnbindungvon Onshore-WindAnbindung von Offshore-Wind• Anbindung von Offshore-Windparks• Verstärkung und Stabilisierungbestehender Drehstromnetze durchparallelen Betrieb von HGÜ-Systemen• Aufbau von überlagerten DC-Netzen(HVDC Overlay-Netze)Installierte Leistung HGÜ weltweit:• 2003: 50.000 MW• 2010: 100.000 MW• 2015: 200.000 MW** geschätzt© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 8
<strong>ABB</strong> mit einzigartiger Position bei HGÜAlles aus einer HandKernelemente für Hochspannungs-<strong>Gleichstrom</strong>-ÜbertragungUmrichterstationenLeistungshalbleiterHochspannungskabelUmwandlung von AC zu DCund umgekehrtHochleistungs-Bauelementeauf SilliziumbasisÜbertragung von Energieüber Land und unter Wasser© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 9
Investitionen und Erweiterungen für HGÜin den letzten zwei JahrenHochspannungs-<strong>Gleichstrom</strong>-Übertragung• Neues Büro- und FertigungsgebäudeInvestitionsvolumen: ~ 50 MUSDLeistungshalbleiter• Erweiterung und Modernisierung derFertigung von HochleistungshalbleiternInvestitionsvolumen: ~ 200 MUSDKabelfertigung• Neubau einer Landkabelfabrik in Huntersville,USAInvestitionsvolumen: ~ 90 MUSD• Erweiterung und Ausbau der Kabelfabrik inKarlskrona, SchwedenInvestitionsvolumen: ~ 400 MUSD© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 10
Hochspannungs-<strong>Gleichstrom</strong>-ÜbertragungSystemverhaltenKlassische HGÜ (netzgeführte HGÜ)• Induktiver Blindleistungsbedarf• Kurzschlussleistung / spannungsstarres Netzwird benötigt• Minimaler Leistungsfluss erforderlich• Leistungsflussumkehr nur mit Ver-zögerungbei Kabelsystemen• Filterschaltungen notwendigHVDC Light (selbstgeführte HGÜ)• Unabhängige Blindleistungsregelung• Benötigt keine Kurzschlussleistung• Jeder Wirkleistungsfluss einstellbar• Sofortige Leistungsflussumkehr• Keine Filterschaltungen notwendig• Multiterminalfähigkeit© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 11
HVDC Light-TechnologieWeiterentwicklung von Generation 1 zu Generation 4Generation 1 (1997)+ U d• Zwei-Punkt-Umrichter• Umrichterverluste 3%-U d• AC-Filter• Hohe SchaltfrequenzGrundschwingung0 2Generation 4 (2010)• Kaskadierte Zwei-Punkt-Umrichter(CTLC)• Umrichterverluste 1%+ U d• Keine AC-Filter• Niedrige Schaltfrequenz (pro Zelle)0 CTL Spannung am Umrichter2-U d© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 12
HVDC Light-Technologie±320 kV-Ventilarm (2 x 18 Doppelzellen)+-© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 13
Offshore-Netzanbindung DolWin1Erste ±320 kV HVDC Light-UmrichterstationKonverterstation(im UmspannwerkDörpen-West derTenneT TSO GmbH)© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 14
<strong>Gleichstrom</strong>-<strong>Leistungsschalter</strong>© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 15
Szenario Europa 20XX mit erneuerbarer EnergieDie Vision von <strong>ABB</strong> für ein DC-Overlay-Netz aus 1992WasserkraftSonnenenergieWasserkraft200 GWWindenergieHGÜ-VerbindungenWindenergie300 GW25 000 km 25000 x 10 kmSonnenenergie700 GW8000 km 290 x 90 km© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 16
Der bestätigte Netzentwicklungsplan 2012HGÜ als wichtiger Baustein für die EnergiewendeQuelle:Bundesnetzagentur© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 17
Fehlerschutzkonzepte für HVDC-SystemeKurzschluss auf der Übertragungsstreckex x xX = AC-<strong>Leistungsschalter</strong>• Alle AC-<strong>Leistungsschalter</strong> öffnen bei einem DC-Leitungsfehler• DC-Trenner öffnen und isolieren den fehlerhaftenTeil der Übertragungsstrecke• Wiedereinschalten des nichtfehlerhaften TeilsKurzzeitiges Abschalten für Fehlerklärung notwendig© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 18
Fehlerschutzkonzepte für HVDC-SystemeKurzschluss auf der ÜbertragungsstreckeDC-SchaltanlagexxxDC-<strong>Leistungsschalter</strong>• Schnelles Freischalten derfehlerhaften Leitung mitDC-<strong>Leistungsschalter</strong>nxKEIN Abschalten für Fehlerklärung notwendig© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 19
Aufbau des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sStandardelemente intelligent kombiniert•Einsatz von zuverlässigen 4,5 kVStakpak IGBTs die auch schonin den Konverterstationen eingesetztwerden•Schneller mechanischerTrennschalter (UFD) basierend aufbekannter gasisolierterSchaltanlagentechnik© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 20
Funktionsweise des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sNormalbetrieb1. Normaler Betrieb,Strom fließt durchden verlustarmenBypass© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 21
Funktionsweise des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sFehler im DC-Stromkreis erkannt1. Normaler Betrieb,Strom fließt durchden verlustarmenBypass2. Fehler erkannt,Widerstand wirderhöht, Stromkommutiert aufHauptstrompfad© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 22
Funktionsweise des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sMechanischer Trennschalter öffnet1. Normaler Betrieb,Strom fließt durchden verlustarmenBypass2. Fehler erkannt,Widerstand wirderhöht, Stromkommutiert aufHauptstrompfad3. Ultra-FastDisconnectoröffnet, DC-Stromkann nur nochüber denHauptstrompfadfließen© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 23
Funktionsweise des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sStrom unterbrochen1. Normaler Betrieb,Strom fließt durchden verlustarmenBypass2. Fehler erkannt,Widerstand wirderhöht, Stromkommutiert aufHauptstrompfad3. Ultra-FastDisconnectoröffnet, DC-Stromkann nur nochüber denHauptstrompfadfließen4. Leistungselektronikunterbrichtim Hauptstrompfadden DC-Fehlerstrom© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 24
Funktionsweise des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sTestergebnisse© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 25
Anwendung des hybriden DC-<strong>Leistungsschalter</strong>sVerifikation in Echtzeit im DC-Simulationszentrum© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 26
Funktionsweise und Anwendungsgebiete des hybridenDC-<strong>Leistungsschalter</strong>s – Zusammenfassung• Neue Herausforderungen für dieÜbertragungsnetze in Europa• Deutschland setzt zukünftig gezielt aufdie Hochspannungs-<strong>Gleichstrom</strong>-Technologie für Nord-Süd-Stromtrassen• Hybrider DC-<strong>Leistungsschalter</strong> sorgt fürzuverlässigeren Netzbetrieb, auch imWechselstromnetz• Innovative Kombination aus schnellerMechanik und Leistungselektronik<strong>Gleichstrom</strong>-<strong>Leistungsschalter</strong>unterstützt die Energiewendein Deutschland© <strong>ABB</strong>16.01.2013, <strong>ABB</strong>-Pressekonferenz | Slide 27
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