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HVDC vs. HVAC-Übertragung

Die elektrische Energie muss übertragen werdenlängere Entfernungen von Erzeugungsstationen zu elektrischen Unterstationen, die an die Verbraucher verteilt werden. Obwohl das Gleichstromübertragungssystem das erste war, wurde es bald durch ein Wechselstromübertragungssystem ersetzt. Frühere Gleichstromsysteme, die von der Firma Edison entwickelt wurden, konnten die Leistung nicht weiter als ein paar Kilometer übertragen. Somit konnten nur die Kunden, die sich in einer so großen Reichweite der Gleichstrom-Kraftwerke befanden, die Stromversorgung erhalten sinkt deutlich durch das ich2R Verlust. Eine Lösung hierfür ist die Erhöhung der Übertragungsleitungsspannung. Es gab jedoch keine bequeme Möglichkeit, den Spannungspegel der Gleichstromleistung zu ändern. Mit der Entwicklung von Wechselstrom wurde es sehr einfach, die Spannungspegel des Wechselstroms mittels Transformatoren zu ändern. Die Stromversorgung könnte jetzt über Wechselstrom über längere Strecken übertragen werden, indem die Spannung für die Übertragung erhöht und für die Nutzung wieder zurückgenommen wird. Eine große Mehrheit der heutigen Übertragungssysteme verwendet dreiphasige Hochspannungs-Wechselspannungen (HVAC). Die Entwicklungen in der Leistungselektronik veranlassten uns jedoch, die Gleichstromleistung für Übertragungszwecke zu überdenken. Die Frage von AC vs. DC gibt es seit der Ära des Krieges der Strömungen.

Verbesserungen im DC-System

Ein Hauptproblem, das Edison nicht lösen konnte, warwie man die Übertragungsspannung von Gleichstrom erhöht, um die Leistung über längere Strecken zu übertragen. Mit der Entwicklung von Quecksilberbogenventilen wurde es einfacher, die Leistung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom umzuwandeln. Der Wechselstrom könnte jetzt nach Erhöhen der Spannung mit Hilfe eines Transformators in Gleichstrom umgewandelt werden, und am Ende der Übertragungsleitung könnte er zum Zurückschalten wieder in Wechselstrom umgewandelt werden. Das machte Hochspannungs-DC-Übertragung technisch machbar. Unter Verwendung dieser Technologie wurde Ende der fünfziger Jahre die erste HGÜ-Übertragungsstrecke der Welt von ABB gebaut. Die Konverterausrüstung war jedoch sehr groß und teuer und musste gewartet werden. Bald darauf wurden Festkörper-Thyristorventile entwickelt kleiner und kostengünstiger: Verbesserungen in der Leistungselektronik sind für die großen Verbesserungen in der HGÜ-Technologie verantwortlich, die heute als hocheffiziente Alternative für eine große Menge elektrischer Energieübertragung und zur Verbindung von Stromnetzen mit unterschiedlichen Frequenzen eingesetzt wird.
hvdc vs hvac

Vergleich der HVAC- und HVDC-Übertragung

  • Investitionskosten:
    Gleichstromübertragung erfordert weniger Leiter als WechselstromÜbertragung - 2 Leiter pro Gleichstromkreis, während drei Leiter pro 3-Phasen-Wechselstromkreis. Durch HGÜ können die Türme der Leinen kleiner werden und benötigen daher weniger Vorfahrt. Die Kosten für eine HGÜ-Übertragungsleitung sind somit deutlich niedriger als für eine HLK-Leitung. Die Umrichterstationen in HGÜ sind jedoch viel teurer, was für die HLK-Übertragung nicht erforderlich ist. Über eine bestimmte Entfernung, die auch als Break-Even-Distanz bezeichnet wird, wird die HGÜ-Leitung billiger als die HLK. Die Überbrückungsstrecke für Freileitungen beträgt etwa 600 km und für U-Boot-Strecken etwa 50 km.
    Break-Even-Abstand Hvdc Hvac
  • Verluste:
    In DC fehlt der Hauteffekt. Auch die Korona-Verluste sind bei DC deutlich geringer. Eine HGÜ-Leitung hat im Vergleich zu HVAC über längere Strecken erheblich geringere Verluste.
  • Steuerbarkeit:
    Aufgrund der fehlenden DC-Induktivität bietet eine HGÜ-Leitung eine bessere Spannungsregelung. HGÜ bietet auch eine bessere Steuerbarkeit im Vergleich zu HVAC.
  • Asynchrone Verschaltung:
    Wechselstromnetze sind teilweise für 50 Hz genormtLänder und 60 Hz in anderen. Es ist unmöglich, zwei mit unterschiedlichen Frequenzen arbeitende Stromnetze mit Hilfe einer Wechselstromverbindung zu verbinden. Eine HGÜ-Verbindung macht es möglich.
  • Interferenz mit nahegelegenen Kommunikationsleitungen:
    Die Interferenz mit nahegelegenen Kommunikationsleitungen ist bei einer HGÜ-Freileitung geringer als bei einer HVAC-Leitung.
  • Kurzschlussspannung:
    Bei HVAC-Übertragungen über längere Distanzen ist der Kurzschlussstrom im Empfangssystem hoch. Ein HVDC-System trägt nicht zum Kurzschlussstrom des zusammengeschalteten Wechselstromnetzes bei.

Fazit

Das HVDC-Übertragungssystem bietet viele weitere Vorteileim Vergleich zu HVAC (Stabilität, Steuerbarkeit usw.). Bei Entfernungen, die länger als die Gewinnschwelle sind, wird das HVDC-System kostengünstiger. U-Boot-HGÜ-Verbindungen eignen sich besser für den Anschluss von Offshore-Windparks, da sie sich als effizienter und kostengünstiger erweisen als unterirdische HLK-Kabel. Daher besteht ein zunehmendes Interesse an der HGÜ-Übertragung. Das HVAC-System bleibt jedoch noch viel länger, da es in der Übertragung und Verteilung eigene Vorteile hat, z. B. dass es leicht erhöht und heruntergefahren werden kann. HGÜ ist eigentlich eine Ergänzung für Wechselstromsysteme und keine Konkurrenz.

Bemerkungen