Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ): Hochleistung für lange Transporte 

Mit dem wachsenden Anteil des Stroms aus erneuerbaren Energien ändern sich die Anforderungen an das Stromnetz stark. Meist kann der Strom aus erneuerbaren Energien nur weit entfernt von den zentralen Erzeugungsorten gewonnen werden, beispielsweise in Windparks auf dem Meer. In der Regel muss der dort produzierte Strom lange Distanzen an die Verbrauchsorte zurücklegen, zumeist vom Norden in den Süden Deutschlands, wo der größte Verbrauchsbedarf für Strom liegt.

Das bestehende Netz, überwiegend mit der etablierten Wechselstromtechnik (AC-Technologie) ausgestattet, gibt die dafür erforderlichen Kapazitäten jedoch nicht her. Zudem geht bei der AC-Technologie während der Übertragung zwischen langen Distanzen zu viel Energie verloren. Dies ist physikalisch begründet, denn während der Wechselstrom beständig seine Richtung ändert und dabei Energie verliert, fließt der Gleichstrom nur in eine Richtung. Aus diesen Gründen muss das Stromnetz entsprechend effektiver und leistungsfähiger ausgebaut werden.  

Vorteile DC-Technologie: hohe Wirtschaftlichkeit, bessere Steuerbarkeit, weniger Raumbedarf

Eine Lösung für den gewachsenen Kapazitätsbedarf kann der Ausbau der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung  sein. Denn mit der HGÜ-Technologie lässt sich Energie über lange Strecken nicht nur wirtschaftlicher transportieren als bei der etablierten AC-Technologie. Vor allem bei langen Strecken bieten die HGÜ-Verbindungen (DC-Technologie) weitere Vorteile: Sie sorgen für Systemsicherheit und Systemstabilität, da sie Engpässe vermeiden und das Drehstromnetz stabilisieren. Grund dafür ist, dass ihre physikalisch-technischen Eigenschaften an den Endpunkten mit denen großer Kraftwerken zu vergleichen sind. Aus Windenergie gewonnener Strom wird auf direktem Weg über eine HGÜ-Leitung in den Süden transportiert und kommt dort an, wo früher große Kraftwerke zur Versorgung einer Region standen. Darüber hinaus bieten die Gleichstromleitungen eine bessere Regelbarkeit und Steuerbarkeit im Netz, da sie als aktives Netzelement zur Steuerung von Leistungsflüssen eingesetzt werden können. Bei HGÜ-Leitungen lässt sich der Strom in die gewünschte Richtung steuern, bei Wechselstromleitungen nimmt der Strom dagegen immer den Weg des geringsten Widerstandes. Deshalb kommt es hier oftmals zu Überlastungen einzelner Leitungen. Zudem nimmt die DC-Technologie geringeren Raum in Anspruch als die etablierte Drehstromtechnik. Vor dem Hintergrund dieser großen Vorteile der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung sprechen sich die Übertragungsnetzbetreiber für den Bau einiger leistungsstarker HGÜ-Verbindungen aus. Insbesondere für den Weg von Nord nach Süd – der Distanz mit besonders hohem Transportbedarf.

Am Zielort der HGÜ: Transformation auf andere Spannungsniveaus

Stromnetze

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Wenn große Strommengen über die HGÜ-Verbindungen in die Zielregion transportiert wurden und dort ankommen, wo früher Kraftwerke Strom produziert haben, beginnt ein Umwandlungsprozess: Am Zielort der HGÜ-Leitungen wird der unter Höchstspannung stehende Gleichstrom in Konverterstationen (Umrichterstationen) wieder in Wechselstrom umgewandelt. Das ist nötig, weil nur Wechselstrom auf andere Spannungsniveaus weiter transformiert werden kann, zum Beispiel auf Mittelspannung oder Niederspannung. Gleiches gilt für den Anfangspunkt der HGÜ-Leitung: Wechselstrom wird „transportfertig“ gemacht, d. h. in Gleichstrom konvertiert.

Elektrische und magnetische Felder von HGÜ-Leitungen

Elektrische und magnetische Felder

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Wechsel- und Gleichstrom unterscheidet sich auch in Bezug auf die elektrischen und magnetischen Felder (EMF), die während des Stromflusses entstehen. In der Nähe von Drehstromleitungen entstehen elektrische und magnetische Wechselfelder, rund um Gleichstromleitungen sind es elektrische und magnetische Gleichfelder. Die elektrischen und magnetischen Gleichfelder werden im Allgemeinen als relativ unbedenklich eingeschätzt (vgl. Fachliteratur). Denn schon seit Jahrzehnten sind wir Menschen von diesen Gleichfeldern umgeben: Sie bilden sich im natürlichen Magnetfeld der Erde und in der Atmosphäre, z. B. im schienengebundenen Nahverkehr. Obwohl Fachleute von einer Unbedenklichkeit der Gleichfelder bei Höchstspannungsleitungen ausgehen, wurden im Jahr 2013 in der novellierten 26. Bundes-Immissionsschutzverordnung (26. BlmSchV) Grenzwerte aufgenommen. Mit diesen Grenzwerten soll sichergestellt werden, dass gesundheitliche Beeinträchtigungen vollkommen ausgeschlossen werden können, wenn sich die elektrischen und magnetischen Felder in unmittelbarer Nähe befinden.

Erdkabel: Vorrang vor Freileitungen

HGÜ können grundsätzlich als Freileitung – wie bei den Leitungen für Wechselstrom – oder als Erdkabel realisiert werden. Aus Gründen der Akzeptanz sollen nach einer am 1. Januar 2016 in Kraft getretenen Novelle des Bundesbedarfsplangesetzes (BBPlG) Gleichstromvorhaben auf der Höchstspannungsebene künftig vorrangig als Erdkabel statt als Freileitung gebaut werden. Bisher war es umgekehrt: Freileitungen hatten Vorrang und Erdkabel waren die Ausnahme. Freileitungen kommen nur noch ausnahmsweise in Betracht: aus Naturschutzgründen, bei der Nutzung von Bestandstrassen oder beispielsweise auf Verlangen betroffener Kommunen. In der Nähe von Siedlungen sind Freileitungen untersagt. Für Wechselstromleitungen bleibt es aus technischen Gründen beim Freileitungsvorrang. Mit zusätzlichen Pilotprojekten für Erdkabel sollen jedoch auch in diesem Bereich Erfahrungen mit der Erdverkabelung gesammelt und deren technische Entwicklung vorangetrieben werden.

Hintergrund: Energiewende erfordert effizientere Übertragungsmethoden

Vor der Energiewende verlief der Transport des Stroms von der Erzeugung zum Verbraucher wie folgt: Nah gelegene große Kraftwerke versorgten Industriegebiete oder Haushalte in Großstädten mit Energie. Dies geschah über Höchstspannungsleitungen mit einer Spannung von 220 oder 380 Kilovolt. An den Verbrauchsorten wurde der Strom durch Transformatoren in Umspannwerken in eine niedrigere Spannung heruntergeregelt: von der Höchstspannung auf Hochspannung, dann auf Mittelspannung und zuletzt auf Niederspannung, das heißt auf 230 bzw. 400 Volt für den Haushaltsgebrauch. Durch den zunehmenden Anteil von erneuerbaren Energien werden neue Transportwege nötig: Denn es sind nun nicht mehr die großen Kraftwerke, die Energie liefern, sondern viele kleinere Anlagen wie Windparks, Solar- und Biomasseanlagen. Diese befinden sich oft weit entfernt von Verbrauchszentren, so dass große Distanzen überbrückt werden müssen, bevor der Strom zu den Verbrauchern gelangt.

Der Ausbau der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung ist ein sinnvoller und notwendiger Weg, um der durch die Energiewende veränderten Anforderungen für die Systemstabilität Rechnung zu tragen.