von Bernd Kehrmann
In Europa betreiben wir ein 50 Hertz Wechselstrom Netz. In diesem Netz geben die großen in der Grundlast laufenden Kraftwerke (ca. 40%) den Takt vor. Das heißt, alle zusätzlichen Stromerzeuger müssen sich an diesen Takt (Sinus) orientieren.
Im Rahmen der Energiewende wurden eine Vielzahl von Windanlagen errichtet, die alle ihren Wechselstrom mit 50 Hz in das bestehende Stromnetz einspeisen. Da aber im Norden und speziell auf der Nordsee der Wind am kräftigsten weht, versprach er dort für die Investoren auch die höchste Rendite. In der Nordsee wurden drei Offshore-Anlagen geplant, bei denen ein Windpark zwischenzeitlich fertig gestellt ist. Für die Übertragung des Windstroms an Land ist jetzt die deutsche Netzagentur zuständig.
Da im Meer eine Übertragung des Stroms über eine Freileitung nicht möglich ist, kam nur eine Übertragung über ein Seekabel in Frage. Wegen der kapazitiven Verluste bei einem Kabel, war nur eine Übertragung mit Gleichstrom möglich (HGÜ bzw. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung). Hierbei wird der Wechselstrom in einem Konverter auf einer Plattform im Meer in Gleichstrom umgewandelt. Später an Land soll dann der Gleichstrom in einem weiteren Konverter wieder in Wechselstrom umgewandelt werden, um in dann in das deutsche Stromnetz eingespeist zu werden. Dass eine HGÜ mit den zwei Konvertern über eine Milliarde Euro kosten wird, spielte plötzlich keine Rolle mehr. Die Energiewende sollte gerettet werden, koste es was es wolle. Diese Kosten sollten dann später über eine Erhöhung des Strompreises von den einzelnen Stromkunden getragen werden.
Weltweit werden HGÜ’s aber nur für einen Inselbetrieb (Mallorca, Ibiza, Korsika) eingesetzt. Das heißt, man muss sich nicht an einen sauberen Sinus eines Konverter orientieren.
Das obere Bild zeigt den Verlauf eines Gleichstroms, unten rechts dann eine Umwandlung in einen Rechteckstrom. Mit Hilfe von verschiedenen Komponenten versucht man jetzt diesen Rechteckstrom in eine sinusähnliche Kurve (unten links) umzuwandeln. Bei dem Versuch diesen durch einen Konverter erzeugten sinusähnlichen Strom jetzt in das deutsche Stromnetz einzuspeisen, hat es enorme technische Probleme gegeben. Hierbei war der Brand des Konverters noch das kleinere Übel. Dieser sinusähnliche Strom war für eine Einspeisung in das deutsche Stromnetz nicht geeignet.
Jetzt kam man auf die glorreiche Idee, diesen Strom nach Norwegen zu leiten, um ihn dann in einem Pumpspeicherkraftwerk zu leiten. Hierbei wird mit Hilfe einer großen Pumpe Wasser aus einem tiefen liegenden Becken in ein höher liegendes Becken gepumpt. Bei Strombedarf kann man dann aus dem oberen Becken mittels Generatoren wieder Strom erzeugen.
Durch die Verluste auf dem mehrere hunderte Kilometer langen Kabel Richtung Norwegen und die ca. 30% Verluste des Pumpspeicherkraftwerkes war jedoch kaum noch Strom vorhanden. Diesen dann später bei Bedarf wieder nach Deutschland zu leiten, wäre technischer Unsinn gewesen. Diese Anlage kann als ein weiteres ad absurdum der Energiewende bezeichnet werden.
Der Strom der weiteren zwei Offshore-Windparks soll jetzt per HGÜ Trassen in den Süden Deutschlands geleitet werden. Auch hier spielen jetzt plötzlich die Kosten von mehreren Milliarden Euro keine Rolle mehr. Wie will man jetzt jedoch der Bevölkerung erklären, dass man diesen volatilen und nur sinusähnlichen Strom dort gar nicht in das existierende Stromnetz einspeisen kann? Pumpspeicherkraftwerke wie in Norwegen sucht man dort vergebens.
Wahrscheinlich hoffen die heute für diesen Unsinn verantwortlichen Politiker, nicht mehr im Dienst zu sein, wenn dieser technische Unsinn realisiert wird.
Bernd Kehrmann, Dipl.-Ing.
Hallo Herr Millauer,
Ich glaube wir sollten hier nicht auf technische Feinheiten des Konverters eingehen. Tatsache ist doch, dass man im Moment den Windstrom der über der HGÜ zum Festland geführt wird, nicht ins deutsche Verbundnetz einspeisen kann.
Auf folgenden Artikel ein Jahr nach Fertigstellung des Offshore-Windpark Bard 1 möchte ich hinweisen:
Konverter Station verursacht erhebliche Probleme:
Ausfälle im Offshore-Windpark Bard 1: Was sind die Gründe?
Seit Monaten liefert der erste große Offshore-Windpark „Bard Offshore 1“ in der Nordsee fast keinen Strom mehr. Die Suche nach den Ursachen für die aufgetretenen technischen Störungen liefert bislang keine eindeutigen Ergebnisse. IWR Online hat bei allen Beteiligten nachgehakt…
Im Juni 2014 sollte der Windpark abermals in Betrieb genommen werden, doch der Termin ist verschoben worden. Vor allem die Konverter-Station bereitet immer wieder Probleme.
Seit Jahresbeginn stockt die Strom-Erzeugung bzw. –Übertragung in dem seit August 2013 in Betrieb befindlichen Offshore-Windpark. Probleme sind in der Übertragungsstation von Bard 1 aufgetreten. Im Februar musste die Anlage wegen Überlastung mehrere Male abgeschaltet werden. Ende März brannte ein elektrisches Bauteil der Konverter-Plattform und führte zum vorläufigen Ausfall. Die dadurch notwendig gewordenen Reinigungs- und Reparaturarbeiten wurden mittlerweile zwar erfolgreich beendet, aber weitere Tests sind erforderlich.
Ich möchte hier einmal auf die Zeichung eingehen, die ich im Kopf des Artikels erstellt habe. Oben links habe ich den Verlauf des Gleichstroms gezeichnet, so wie er bei der Übertragung einer HGÜ erwünscht wird. Oben rechts sieht man den Verlauf von Wechselstrom, so wie er von den konventionellen Kraftwerken im Verbundnetz erzeugt wird.
Die Aufgabe des Konverters an Land besteht jetzt darin, den Gleichstrom wieder in Wechslstrom umzuwandeln. Vergessen wir jetzt mal, dass das mit einem Generator gemacht werden kann ( wegen der Spannungshöhe nicht möglich ). Das heisst, der Konverter muß in vielen kleinen Schritten den Gleichstrom zerhacken und in einen sauberen Sinus verwandeln.
Ich bin jetzt mal ganz großzügig. Man schafft es jetzt einen Sinus zu erzeugen, wie ich ihn unten links gezeichnet habe. Alle Abweichungen dieses Sinus zu dem sauberen Sinus im Netz bedeutet Wärmeverlust, bzw. Erhitzung oder auch Brand des Konverters.
Der Windpark hat eine installierte Leistung von 400MW. Gehen wir mal davon aus, die steht an, und der erzeugte Sinus in dem Konverter weicht nur 1% von dem sauberen Sinus im Netz ab. Jetzt hat der Konverter 4MW Verlustwärme zu verarbeiten. Bei 2% wären das schon 8MW. Die enorme Wärme entsteht natürlich nur, wenn man den künstlich erzeugten Wechselstrom ins Verbundnetz einspeisen will. Bei einem Inselnetz wären die Probleme kleiner.
Das Resultat ist, der Konverter kann gar nicht so schnell wieder neu errichtet werden, wie er durch Brand zerstört wird.
Auch wenn man den Gleichstrom jetzt direkt über 800km in den Süden transportiert, sind wohl mit geringeren Problemen zu rechnen. Nur das kann doch nicht der Sinn der Energiewende sein. Die Forderung kann doch nur sein: Sofortiger Stopp vom Bau aller Offshore Windparks, die über eine HGÜ mit dem Festland verbunden sind. Und sofortiger Planungsstopp aller unsinnigen Stromtrassen in den Süden.
S. g. Herr Kehrmann, also nochmal die gleiche Antwort wie ganz unten, so wie Sie das hier darstellen, funktioniert es eben nicht. Man muss nicht den „Gleichstrom in vielen kleinen Schritten zerhacken“. Das sind keine zwangskommutierten Zerhackerschaltungen, die da im Einsatz sind sondern netzgeführte 50Hz Stromrichter, die mit natürlicher Kommutierung arbeiten. Voraussetzung ist, dass das 50 Hz Netz, in das man einspeisen will, vorhanden ist, was hier natürlich immer der Fall sein muss und hier auch ist. (Ausgenommmen auf einer Insel, die sonst überhaupt noch kein 50 Hz Netz hat, genau da funktioniert dieses Prinzip nämlich nicht. Da müsste man dann tatsächlich mit zwangskommutierten WR arbeiten).
Durch die Verwendung von 12-pulsigen Schaltungen entsteht ein 50 Hz Strom mit einem sehr geringen Oberwellengehalt. Neben der Grundfrequenz von 50 Hz finden sich im wesentlichen nur die 11. , die 13. und die 23. und die 25. Oberwelle. Die noch höheren sind vom Anteil her schon vernachlässigbar. Diese Oberwellen verursachen auch keine Verlustleistung, vielmehr spricht man hier von Verzerrungsblindleistung. Wegen des großen Abstandes zur Grundfrequenz sind diese Oberwellen auch relativ einfach mit Saugkreisen wegzufiltern. Zu den Ursachen der Brände, die es da schon gegeben haben soll kann ich nur sagen, Verlustleistung war es sicher nicht. Zu vermuten ist, dass Isolationsfehler oder Halbleiterschäden vorrangig als Ursache in Frage kommen. Natürlich geht das alles nicht ohne Verluste ab, die sind aber kalkulierbar und über Kühlmaßnahmen zu beherrschen. Sie liegen mit 1 – 2 % der Nennleistung zwar prozentual moderat, bewegen sich bei einer 500 MW Anlage absolut so zwischen 5000 und 10000 KW, also nicht gerade ein Pappenstiel.
Noch eine Ergänzung zu den Leitungsverlusten: Da gilt grundsätzlich ein sehr einfacher Zusammenhang, die prozentualen Verluste pro km hängen nämlich nur ab von der Stromdichte in der Leitung und der Nennspannung des Systems.
Verluste in % pro km = 3,6 x Stromdichte s [A/mm²] / Nennspannung [KV]. Dies gilt für eine Gleichstromleitung (Hin- u. Rückleiter) aus Kupfer. Bei Alu steht statt 3,6 dann 5,4. Wenn man da z. B. 1 A/mm² als Stromdichte, wie bei Kabel üblich, einsetzt und 400 KV als Betriebsspannung, dann ergeben sich 0,9% pro 100 km.
Hallo Herr Mueller, ich habe den Artikel gegen 23.10 Uhr geschrieben und ich gebe zu bei der Spannungsangabe ein k vergessen zu haben. Natürlich will man die unsinnigen Stromautobahnen in den Süden mit einer Gleichspannung von 380kV betreiben. Was bei einer Länge von 800 km einfach Unsinn ist. Die Verluste auf den Leitungen sind abhängig von der Spannungshöhe und bei 800km und den Verlusten in den zwei Konvertern wird in Bayern so gut wie kein Strom mehr ankommen. Bezahlen soll jedoch der kleine Stromverbraucher den Unsinn über den Strompreis.
Politiker bauen keine HGÜ. Netzbetreiber bauen HGÜ, und Netzbetreiber beschäftigen Techniker, Ingenieure = Fachleute.
Netzbetreiber beschäftigen aber auch Kaufleute und die haben hier das Sagen. Die machen alles womit man Geld verdienen bzw. besser gesagt scheffeln kann, indem man sich über Umlagen finanziert und dazu noch jedes Risiko auf die Kunden (Verbraucher) abwälzt. Ob die Leitungen dann auch Sinn machen, ist denen zunächst mal ***egal. An der Volatilität von Wind- u. Sonnenstrom und damit an der Achillesverse der ganzen Energiewende können die Leitungen nämlich nichts ändern. Wenn kein Wind weht nützen die ganzen schönen HGÜ Leitungen nichts. Ohne Speichermöglichkeiten im erforderlichen Umfang wird da nie ein Schuh draus und alles bleibt nur ein gigantisches Geschäftsmodell, an dem Landbesitzer, Erzeuger, Netzbetreiber und nicht zu vergessen auch die ausrüstende Industrie glänzend verdienen. Und das ist auch der Grund, warum aus dieser Ecke nur selten oder nie eine kritische Frage zur Sinnhaftigkeit des Gesamtsystems Energiewende kommt, auch nicht von deren Ingenieuren. Wes Brot ich ess, ……
Und wenn man genau hinschaut, fällt auf, dass man die Gesamtverantwortung immer den Politikern und ihren „Gremien“ (Politologen Soziologen, Biologen, Theologen) hinschiebt, wohl wissend, dass die keine Ahnung haben.
„Fachgremien, die diesen Irrsin erkennen müßten“?
Die ducken sich weg, sehr geehrter Herr Wiek.
Ergänzung:
In technischer Sicht hoffentlich korrekt:
Liste der HGÜ Anlagen
https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_HG%C3%9C-Anlagen
Mit diesem Artikel tun wir uns keinen Gefallen.(„Weltweit werden HGÜ’s aber nur für einen Inselbetrieb (Mallorca, Ibiza, Korsika) eingesetzt.“). Seit mehreren Jahrzehnten haben wir HGÜ/HVDC (Cabora Bassa, Itaipu -Brasilien oder vom Dreischluchtenstaudam nach Shanghai), da die Übertragung großer Energiemengen über lange Entfernungen mit GS durchaus Stand der Technik ist. Allein in China sind eine hohe Zahl weiterer Anlagen in Betrieb um die im Hochland von Tibet installierten Wasserkraftwerke mit der Ostküste zu verbinden.
Die hohen Konverterkosten rechnen sich dann ,wenn sehr hohe Entfernungen mit sehr hoher Spannung überwunden werden müssen.
Grundsätzlich sind HGÜ’s Anwendungen für Sonderfälle, die Technik schenkt einem nichts.
Abschaltung von Kurzschlüssen und die Umrichtung in verwendungsfähigen Wechsel- / Drehstrom erfordert einen enormen Aufwand. Halbleiterelemente können nur „Stromblöcke“ aus dem Gleichstrom schneiden, erst mit aufwendigen Filter- und Glättungseinrichtungen (Kondensatoren und vor allem Drosseln) wird darauf ein „Produkt“, das ein TV oder PC verträgt. Im obigen Aufmacherbild, untere Zeile, sind „Sinusähnlich“ und „Rechteck“ zu sehen, so etwas langt eben nicht! Bei kleinen Leistungen ist der Aufwand vertretbar, bei großen Leistungen wird es sehr kostspielig.
Andere Dinge wie Wartung und Zuverlässigkeit sind hier schon genannt worden.
Hallo Herr Gallas, Sie haben natürlich Recht, dass schon weltweit HGÜ’S im Betrieb sind. Nur bei den von Ihnen genannten HGÜ’S handelt es sich um große Strommengen die über eine große Entfernung ( größer 800 km ) und mit einer Spannung größer 800 kV DC betrieben werden. In unserem Fall handelt es sich um einen Windpark mit einer installierten Leistung von 400 MW die über ein Seekabel zum Verbundnetz an Land transportiert werden muß. Dort soll der Strom durch einen Konverter umgewandelt in AC ins Verbundnetz eingespeist werden. Da das nicht funktioniert, spricht man jetzt von einer Weiterleitung als HGÜ. Oder wollen Sie mir ernsthaft sagen, dass dieser Windstrom an Land erst einmal wieder in Wechselstrom umgewandelt wird, dann später wieder in Gleichstrom, um ihn über HGÜ bis nach Bayern zu leiten. Und das mit einer Spannung von 380V DC. Soll ich ihnen noch etwas von den Verlusten eines Konverters und den Verlusten auf einer 800km langen Leitung erzählen. Diese Stromautobahnen sind ein verzweifelter Versuch der Energiewende und hier den Offshore Windparks noch einen Sinn zu geben.
Bernd Kehrmann schreibt am 12. März 2019 um 23:10
„Und das mit einer Spannung von 380V DC. Soll ich ihnen noch etwas von den Verlusten eines Konverters und den Verlusten auf einer 800km langen Leitung erzählen.“
Soll ich ihnen noch etwas von den Spannungen erzählen Herr Bernd Kehrmann ?
380V AC gab es mal vor ca. 25 Jahren nur wo haben Sie die Spannung von 380V DC gefunden ?
Und in welchen Zusammenhang sehen 380V DC mit den einer 800km langen Leitung?
Und in welchen Zusammenhang sehen 380V DC mit dem Konverter ?
Na dann erzählen Sie doch bitte was von den 380V DC und noch etwas von den Verlusten eines Konverters und den Verlusten auf einer 800km langen Leitung.
Hallo Herr Mueller, ich habe den Artikel gegen 23.10 Uhr geschrieben und ich gebe zu bei der Spannungsangabe ein k vergessen zu haben. Natürlich will man die unsinnigen Stromautobahnen in den Süden mit einer Gleichspannung von 380kV betreiben. Was bei einer Länge von 800 km einfach Unsinn ist. Die Verluste auf den Leitungen sind abhängig von der Spannungshöhe und bei 800km und den Verlusten in den zwei Konvertern wird in Bayern so gut wie kein Strom mehr ankommen. Bezahlen soll jedoch der kleine Stromverbraucher den Unsinn über den Strompreis.
Sehr geehrte Nicht-Elektroingenieure Derks und MG, jetzt wird’s knifflig: Wer keine Elektrotechnik kennt, kann nicht wissen, wie und warum beim Übertragen elektrischer Energie mit Wechsel- bzw. Drehstrom kapazitive Verluste entstehen. Das liegt daran, daß die Phase verschoben wird. Sie wird mehr verschoben (Verluste höher), je enger die Leiter beieinander liegen (Kabel). Sie wird geringer verschoben, je weiter die Leiter auseinander liegen (Freileitung). Wie Sie bekomme auch ich „Sodbrennen“, wenn ich von Stromautobahnen und dergleichen lese.
Freundlich grüßt
H. Liesegang
Meines Wissens nach werden HGÜ Strecken weltweit erfolgreich betrieben. Warum sollten sich HGÜ Verbindungen nur für Inselsysteme eignen? Wie sonst könnten z.B. die HGÜ zwischen Italien und Griechenland oder Schweden und Polen funktionieren wenn an der jeweils gegenüberliegenden Seite sich nicht ein Wechselstromnetz mit Kraftwerken und Abnehmern befindet?
Grüße aus dem Allgäu
„Bei dem Versuch diesen durch einen Konverter erzeugten sinusähnlichen Strom jetzt in das deutsche Stromnetz einzuspeisen, hat es enorme technische Probleme gegeben. Hierbei war der Brand des Konverters noch das kleinere Übel. Dieser sinusähnliche Strom war für eine Einspeisung in das deutsche Stromnetz nicht geeignet“.
Sehr geehrter Herr Dipl.-Ing. Bernd Kehrmann,
sicherlich können Sie entsprechende Fach-Artikel nennen, welche die geschilderten Probleme und deren Lösung detaillierter beschreiben. In nachstehender Aufstellung ist z. B. eine Vielzahl von HGÜ-Kabel-Verbindungen aufgeführt. Es ist nicht anzunehmen, dass diese nur einen Inselbetrieb (auch elektro-technisch gemeint) einspeisen. https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_HG%C3%9C-Anlagen
Korrektur: HGÜ-Verbindungen, statt: HGÜ- Kabel-Verbindungen.
Das die meisten Politiker die technischen Zusammenhänge nicht überblicken, ist mir schon klar. Aber es gibt ja da noch(ich hoffe es jedenfalls)Fachgremien, die diesen Irrsinn erkennen müßten. Wo bleibt deren Stimme?
Fachgremien? Damit kann man keine politisch ideologischen Ziele durchwinken. Bei uns nennt man die „Expertenrunde“ Ethikkommission und besteht aus
Sozialpätagogen, Politologen, Landesbischöfen, Vertretern von Greenpeace und NABU, evtl noch ein Bauernverband und Abgeordneten des zuständigen Ministeriums.
Allein die Aussage, das man in Deutschland „Pumpspeicherkraftwerke wie in Norwegen“ vergebens sucht, ist falsch und zeugt von sehr wenig Kenntniss der Materie. In Deutschland gibt es mehr als 30 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Leistung von ca. 7 GW (entspricht ca. 6 Kohlekraftwerke oder ca. 5 Atomkraftwerke) Weitere sind in Planung, werden jedoch von Umweltschützern verhindert.
„Weitere ( Pumpspeicherkraftwerke ) sind in Planung
Bitte schauen Sie sich das Video „Energiewende ins Nichts“ von Prof.Dr w. Sinn an.
Wir brauchen nicht ein paar sondern TAUSENDE ( 3544 )von Pumpspeicherkraftwerke . aber selbst wenn wir die komplett Alpen damit zubauen, haben wir nicht genügend Platz dafür .
Ab Minute 30
Nee von den Bürgern, die dort wohnen, werden sie nicht gewollt. In Dtl. sind max. noch 2 mögl. u. davon realistisch nur 1, was das Problem überhaupt nicht löst.
Und wenn schon.30 Pumpspeicherwerke gibt es.Es sind Werke,die kurzzeitig einen erhöhten Strombedarf abfangen können.Nach einer Stunde gehen den meisten die Puste aus,oder das Wasser,dass ich ja dann wieder hoch pumpen muss.Für einen Dauerbetrieb also völlig ungeeignet.
Danke für diese Klarstellung, lieber Kollege! An der Ignoranz der ideologie-getriebenen Rot-Grünen Energie-Wende-Apologeten wird auch die Kenntnisnahme dieser Zusammenhänge nicht ändern:
Wissen ist Macht.
Nichtwissen macht nichts.
Weil die Macht
sich aus Wissen nichts macht!
Dipl.-Ing. D.F.
Guten Morgen allerseits,
Das Problem, mit der nicht möglichen direkten Einspeisung kannte ich noch garnicht, passt aber wiedermal super zum „Wolkenschlösschenbau“ unserer unter Realitätsverlust leidenden Protagonisten in Politik, Medien und der wegtreuen Wissenschaft.
Unglaublich wie verantwortungslos hier mit uns umgegangen wird.
Mit freundlichen Grüßen!
Christian Möser
Zimmerer
Danke Herr Kehrmann für Ihren sehr mutigen Beitrag „Sinusähnlich“.
Um diese Konverter ist es so typisch still geworden, wie um den Verbleib des See-Windstroms, obwohl er mit weit über 90zig % vergütet wird, abgerechnet nach Wind lt. Seewetterbericht, per „gesetzlicher“ Haftungsumlage, unabhängig von der Nutzbarkeit.
Immerhin, Rösler & Merkel boten dem großen Wind-Investor mit der Risikofreistellung auf Kosten der Bevölkerung, ein sicheres Engagement.
Wo ist Philipp Rösler denn nun, wie geht es ihm und dem Investor des Klima-Rettungs-Stroms in der Nordsee?
Unglauben: Ist das tatsächlich so, dass der Offshore Strom nicht mit realistischem Aufwand ins Netz gespeist werden kann??
Wer investiert denn in ein solches Vorhaben?
Na dann muß ein Generatorsatz mit Gleichstromantrieb ran — trotzdem viel Spaß. Geht etwas in der Größenordnung?
Carsten
—
Dummheit ist nachhaltig
Und 100% erneuebar
„Weltweit werden HGÜ’s aber nur für einen Inselbetrieb (Mallorca, Ibiza, Korsika) eingesetzt. Das heißt, man muss sich nicht an einen sauberen Sinus eines Konverter orientieren.“
Weltweit werden heute HGÜs im GW-Bereich betrieben. Der Rest ist Wissenstand 80iger des vergangenen Jahrhunderts.
Warum die Stromautobahnen in den Süden für Einige eben kein technischer Unsinn sind beatworten sie sehr gut in ihrem Beitrag !
Ob ökonomich, ob ökologisch , ob generell sinn voll, spielt für diese ÖkoProfiteure keine Rolle !
Die Rendite zählt, der schöne Schein von Öko zählt und das Gespenst des Menschen gemachten Klimawandels vernebelt die Wahrheiten….
Aber es wird der Tag kommen, wo viele große Augen machen werden und feststellen, das man mit ÖKO allein kein Licht hat, keine heizung hat, nichts produzieren kann….
Herzlichen Dank für den Beitrag. Noch eine Frage: Im Artikel heißt es: „Wegen der kapazitiven Verluste bei einem Kabel, war nur eine Übertragung mit Gleichstrom möglich (HGÜ bzw. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung).“ Nun werden „Kabel“ auch für normale Wechselspannungs-Überlandleitungen verwendet. Diese müssten demnach ebenfalls hohe kapazitive Verluste aufweisen. Das passt irgendwie nicht richtig zusammen. Oder sind im zitierten Satz nicht „Kabel“ allgemein gemeint, sondern „Seekabel“? Dann sollte dies präzisiert und vielleicht noch mit zwei oder drei Sätzen erklärt werden, wie ein solches Seekabel aufgebaut ist, wieso dieser spezifische Aufbau zu einer hohen Kapazität führt und warum überhaupt eine Kapazität bei der Übertragung von Wechselströmen hinderlich ist. Das würde den Beitrag m.E. abrunden. Dank und bester Gruß von MG
Bitte hier nur unter vollem Klarnamen posten, siehe Regeln.
Leitet man Strom durch Kabel, entstehen grundsätzlich kapazitive Verluste. Das ist bei Erdkabel wie bei Seekabel so.
„Leitet man Strom durch Kabel, entstehen grundsätzlich kapazitive Verluste. Das ist bei Erdkabel wie bei Seekabel so.“
Lieber Herr Kehrmann, ich fürchte, Sie haben meine Frage falsch verstanden. Ich hatte deshalb gefragt, weil ja auch übliche, an Masten aufgehängte, Hochspannungsleitungen „Kabel“ sind, oder fallen diese Leitungen nicht unter den Begriff „Kabel“? Nun wird über diese aufgehängten Kabel fleißig Strom selbst über größere Strecken transportiert. Demnach wäre der kritische Punkt nicht, dass man ein Kabel braucht, sondern dass ein Seekabel benötigt wird und dass dieses bauartbedingt eine höhere Kapazität aufweist als die frei aufgehängten „Kabel“ an Masten, und dass wegen dieser höheren Kapazität beim Wechselspannungsbetrieb auch höhere Verluste produziert würden. Gruß von MG
Bitte hier nur unter vollem Klarnamen posten, siehe Regeln.
Grundsätzlich wird im Verbundnetz der Strom über längere Enfernung über Freileitungen transportiert. Hier werden Spannungen von 110, 220 und 380KV gewählt. Höhere Spannungen sind wegen der Koronaverluste nicht möglich. Bei Erdkabel gibt es kapazitive Verlust zwischem dem Leiter und der Abschirmung. Hier versucht man Leitungslängen von 35 – 40km zu vermeiden. Bei den hier genannten Offshore Anlagen handelt es sich aber um Kabellängen von über 100km. Da hier eine Freileitung nicht möglich ist, besteht nur ein Tranport des Strom über Kabel und das als Gleichstrom, da bei Gleichstrom keine kapazitiven Verluste anfallen. Über die Verluste in den beiden notwendigen Konvertern will ich hier gar nicht reden. Das ist halt der Fluch der Energiewende und hier besonders der Offshore Anlagen.
#Bernd Kehrmann: „Leitet man Strom durch Kabel, entstehen grundsätzlich kapazitive Verluste.“ Bei Wechsel- bzw. Drehstrom! Die Verluste können bis zu 25% über denen von Freileitungen liegen, vor allem auf Grund des hohen Blindleistungsbedarf, obwohl die ohmschen Verluste dank der größeren Leiterquerschnitte kleiner ausfallen. Daher ergibt sich u.A. schon deshalb ein Zwang zu HGÜ, will man die Kabel im Boden verbuddeln. Dgl. natürlich auch bei Langstrecken-Seekabeln.
Wie immer ist die Antwort, die Länge macht es, richtig.
Jede Leitung bildet mit dem Rets der Welt eine Kapazität. Diese Kapazitäten werden bei 50Hz Wechselspannung 100 Mal pro Sekunde umgeladen, was zu nutzlosen Verschiebungsströmen führt, die die Leitung unnötig belasten und am ohmeschen Anteil der Leitung Verluste enstehen lassen.
Bei Gleichspannungsleitungen werden diese Kapazitäten einmalig geladen, es gibt nur beim Ein- und Ausschalten der Quelle enstprechende Verschiebungsströme und damit Verluste.
Wechselspannung führende Erdleitungen haben größere Kapazitäten gegenüber der Umgebung als Freileitungen. Bei Überlandleitungen wird für die Symmetrie von Scheinwiderständen (Kapazitäten, Induktivitäten) die 3er-Verseilung daher in festen Streckenabschnitten in ihren Postionen in der Aufhängung „verdreht“, was man sehr gut bei Überlandfahrten beaobachten kann.
Herzlichen Dank für die Erläuterung. Gruß von MG
Bitte hier nur unter vollem Klarnamen posten, siehe Regeln.
Hinzu kommt, dass es auch in Norwegen so gut wie keine Pumpspeicherkraftwerke gibt. Das meiste sind Laufwasserkraftwerke. Und im Winter importiert Norwegen Strom aus schwedischen Kernkraftwerken.
Und so wird der Betreiber des Offshore-Windparks Jahr für Jahr für Phantomstrom vergütet.
Das ist korrekt, Norwegen hat so gut wie keine Pumpspeicher. Das Wasserkraftwerk Tonstad (eigtl. ein Kraftwerksverbund) hatte z. B. bei einer Leistung von 1400 MW nur eine Pumpspeicherleistung von 3MW….für wie lange, weiss ich nicht mehr.
Einspeisung nach Norge funktioniert deshalb etwas anders ( z.B. NORNED, eine 580km lange HGÜ Leitung):
Es wird der “angelieferte“ Strom direkt ins norwegische Netz gespeist und dafür die Leistung der Wasserkraftwerke gedrosselt, das Wasser bleibt also weiterhin in den Oberseen gespeichert. Bei Bedarf kann das normale Wasserkraftwerk unter Beachtung seiner installierten Leistung natürlich auch liefern, sofern das Kabel und die Konverter bipolar ausgelegt sind.
Euphemistisch wird deshalb von “virtuellen Pumpspeichern“ gesprochen.
Jetzt mal in richtig:
Frage: Die Umwandlungsprozesse leuchten mir insofern nicht ein, weil ich den Schritt mit dem Rechteckstrom nicht verstehe: Wie – wozu – wofür…
Hallo Herr Derks,
das Sodbrennen lässt sich vermeiden, wenn Sie sich über getaktete Netzteile kundig machen.
Der Begriff -autobahn, lässt sich vlt. mit Hauptverbindung, -strecke korrelieren und verdeutlicht das Stammkabel für Strom bzw. Daten zur Visualisierung.
Oder einen Ing. fragen.
Die obige Graphik mit der Darstellung der Strom“arten“ sollten Sie exemplarisch betrachten.
Ein sinusformiger Verlauf von Strom und Spannung entsteht bei normalen Generatoren “von selbst“ dadurch, dass die Generatorwicklungen die Magnetfelder des Stators durchlaufen.
Bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom muss diese Sinuswelle wieder “nachgebildet“ werden, das ist nicht trivial, aber technisch gelößt.
Das dabei ein erster Schritt das Zerlegen des Gleichstroms in eine Rechteckform ist, ist dabei durchaus denkbar.
Danke für den Artikel.
Eine Frage und eine Anmerkung habe ich:
Frage: Die Umwandlungsprozesse leichten mir insofern nicht ein, weil ich den Schritt mir dem Rechteckstrom nicht verstehe: Wie – wozu – wofür…
Anmerkung: Ich bekomme immer ein leichtes Sodbrennen, wenn man (zumal noch bei Wissenschaftlern oder in Ihrem Fall Ing.) Begriffe wie Stromautobahn, Radautobahn oder Datenautobahn benutzt. Ich hoffe aber mal, daß der Begriff im Titel ironisch gemeint war…
Sehr geehrter Herr Kehrmann, mit allem Respekt muss ich Ihnen leider sagen, dass man solche Artikel besser nicht veröffentlichen sollte. Da stimmt schon fast gar nichts. Die HGÜ Technik gibt es schon über 80 Jahre. Besonders viele Anlagen sind entstanden, seit Leistungshalbleiter wie Tyristoren und IGBTs verfügbar sind, also seit etwa 1975. Da hat es auch noch nie ein Problem gegeben, aus einer HGÜ Leitung in ein Drehstromnetz einzuspeisen und zwar unter vollem Erhalt von sinusförmigem Strom und Spannung. Das braucht man nämlich auch auf der Insel, sogar auf Malle. Die Technik ist etabliert und wird auch als Netz(kurz)kupplung verwendet, wenn es darum geht 2 nicht synchrone Netze oder 2 Netze mit unterschiedlichen Frequenzen (z. B. in Japan 50 / 60 Hz) zu verbinden. Das ist alles Stand der Technik seit zig Jahren.
Wo nun der Unfug wirklich angeht, das ist die geplante Verkabelung von Landstrecken. Das hat man bislang nur gemacht, wenn es über das Meer ging, aus gutem Grund, weil Freileitungen da etwas unhandlich sind. Sonst sind das über Land bisher fast ausschließlich alles Freileitungen. Kabel sind nicht nur etwa 7 mal (!) so teuer, sie haben auch einen gravierenden Nachteil bei der Störungsbeseitigung. Ein Freileitungsschaden ist mitunter innerhalb von Stunden zu beheben, eine Kabelreparatur kann Tage oder Wochen beanspruchen. Hier muss die Kritik ansetzen neben vielen anderen Dramen, die uns die Energiewende täglich beschert. Ob Sinusstrom aus so einem Konverter kommt, das gehört nicht dazu und dies auf diese Art zu Thematisieren fördert nicht die Glaubwürdigkeit von Eike. MfG. W. Millauer
Sehr geehrter Herr W. Millauer
Danke für Ihren Beitrag zu Herrn Kehrmann. Es ist für mich nicht nachvollziehbar, dass von EIKE der Beitrag überhaupt veröffentlicht wurde. Leider zeigen die meisten anderen Kommentare auch wieder, wie manipuliert werden kann.
Hallo Herr Millauer,
nach meinem Kenntnisstand ist der Konverter von ABB landseitig nach mehreren Bränden nicht funktionsfähig. So lässt sich auch erklären, dass man die HGÜ weiter bis nach Bayern bauen will. Bei einer Spannung von 380kV DC ist das anders nicht zu erklären. Bei ca. 4 bis 5% Verluste auf 100 km wird bei 380KV bei einer Leitungslänge von 800 km im Süden nur noch so wenig Strom ankommen, dass es der Konverter dort wohl schafft.
Hallo Herr Kehrmann,
Von Problemen mit den Konverterstationen zur Offshore Anbindung habe ich auch schon gehört, z. T. wg. Isolationfehlern die durch die salzhaltige Seeluft verursacht waren. Genauere Informationen dazu habe ich nicht. Diese Probleme haben aber sicher nichts mit den geplanten Fernleitungen nach Süddeutschland zu tun. Diese Anlagen sind sicher nicht kompatibel mit Offshore Anbindungen, weil bei den Fernleitungen mit viel höheren Spannungen gearbeitet werden muss. Was die Verluste betrifft, die von Ihnen genannten 4- 5 % beziehen sich eher auf Entfernungen von 800 km, nicht von 100. Außerdem wäre das ja schon der Beginn einer Vernetzung non HGÜ Netzen, was bislang noch weitgehend Neuland ist.
Ich möchte hier einmal auf die Zeichung eingehen, die ich im Kopf des Artikels erstellt habe. Oben links habe ich den Verlauf des Gleichstroms gezeichnet, so wie er bei der Übertragung einer HGÜ erwünscht wird. Oben rechts sieht man den Verlauf von Wechselstrom, so wie er von den konventionellen Kraftwerken im Verbundnetz erzeugt wird.
Die Aufgabe des Konverters an Land besteht jetzt darin, den Gleichstrom wieder in Wechslstrom umzuwandeln. Vergessen wir jetzt mal, dass das mit einem Generator gemacht werden kann ( wegen der Spannungshöhe nicht möglich ). Das heisst, der Konverter muß in vielen kleinen Schritten den Gleichstrom zerhacken und in einen sauberen Sinus verwandeln.
Ich bin jetzt mal ganz großzügig. Man schafft es jetzt einen Sinus zu erzeugen, wie ich ihn unten links gezeichnet habe. Alle Abweichungen dieses Sinus zu dem sauberen Sinus im Netz bedeutet Wärmeverlust, bzw. Erhitzung oder auch Brand des Konverters.
Der Windpark hat eine installierte Leistung von 500MW. Gehen wir mal davon aus, die steht an, und der erzeugte Sinus in dem Konverter weicht nur 1% von dem sauberen Sinus im Netz ab. Jetzt hat der Konverter 5MW Verlustwärme zu verarbeiten. Bei 2% wären das schon 10MW. Die enorme Wärme entsteht natürlich nur, wenn man den künstlich erzeugten Wechselstrom ins Verbundnetz einspeisen will. Bei einem Inselnetz wären die Probleme kleiner.
Das Resultat ist, der Konverter kann gar nicht so schnell wieder neu errichtet werden, wie er durch Brand zerstört wird.
Auch wenn man der Gleichstrom jetzt direkt über 800km in den Süden transportiert, sind wohl mit geringeren Problemen zu rechnen. Nur das kann doch nicht der Sinn der Energiewende sein. Die Forderung kann doch nur sein: Sofortiger Stopp vom Bau aller Offshore Windparks, die über eine HGÜ mit dem Festland verbunden sind. Und sofortiger Planungsstopp aller unsinnigen Stromtrassen in den Süden.
S. g. Herr Kehrmann, so wie Sie das hier unten darstellen, funktioniert es eben nicht. Man muss nicht den „Gleichstrom in vielen kleinen Schritten zerhacken“. Das sind keine zwangskommutierten Zerhackerschaltungen, die da im Einsatz sind sondern netzgeführte 50Hz Stromrichter, die mit natürlicher Kommutierung arbeiten. Voraussetzung ist, dass das 50 Hz Netz, in das man einspeisen will, vorhanden ist, was hier natürlich immer der Fall sein muss und auch ist. (Ausgenommmen auf einer Insel, die sonst überhaupt noch kein 50 Hz Netz hat, würde das gar nicht funktionieren. Da müsste man dann tatsächlich mit zwangskommutierten WR arbeiten).
Durch die Verwendung von 12-pulsigen Schaltungen entsteht ein 50 Hz Strom mit einem sehr geringen Oberwellengehalt. Neben der Grundfrequenz von 50 Hz finden sich im wesentlichen nur die 11. , die 13. und die 23. und die 25. Oberwelle. Diese Oberwellen verursachen im Prinzip auch keine Verlustleistung, vielmehr spricht man hier von Verzerrungsblindleistung. Wegen des großen Abstandes zur Grundfrequenz sind diese Oberwellen auch relativ einfach mit Saugkreisen wegzufiltern. Zu den Ursachen der Brände, die es da schon gegeben haben soll kann ich nur sagen, Verlustleistung war es sicher nicht. Zu vermuten ist, dass Isolationsfehler oder Halbleiterschäden vorrangig als Ursache in Frage kommen. Natürlich geht das alles nicht ohne Verluste ab, die sind aber kalkulierbar und über Kühlmaßnahmen zu beherrschen. Sie liegen mit 1 – 2 % der Nennleistung zwar prozentual moderat, bewegen sich bei einer 500 MW Anlage absolut so zwischen 5000 und 10000 KW, also nicht gerade ein Pappenstiel.
Noch eine Ergänzung zu den Leitungsverlusten: Da gilt grundsätzlich ein sehr einfacher Zusammenhang, die prozentualen Verluste pro km hängen nämlich nur ab von der Stromdichte in der Leitung und der Nennspannung des Systems.
Verluste in % pro km = 3,6 x Stromdichte s [A/mm²] / Nennspannung [KV]. Dies gilt für eine Gleichstromleitung (Hin- u. Rückleiter) aus Kupfer. Bei Alu steht statt 3,6 dann 5,4.