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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
„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.
Freundlich grüßt
H. Liesegang
Grüße aus dem Allgäu
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
Sozialpätagogen, Politologen, Landesbischöfen, Vertretern von Greenpeace und NABU, evtl noch ein Bauernverband und Abgeordneten des zuständigen Ministeriums.
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 .
https://youtu.be/3Q6uXb1RAzo
Ab Minute 30
Wissen ist Macht.
Nichtwissen macht nichts.
Weil die Macht
sich aus Wissen nichts macht!
Dipl.-Ing. D.F.
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
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?
Wer investiert denn in ein solches Vorhaben?
Carsten
—
Dummheit ist nachhaltig
Weltweit werden heute HGÜs im GW-Bereich betrieben. Der Rest ist Wissenstand 80iger des vergangenen Jahrhunderts.
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….
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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
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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.
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Und so wird der Betreiber des Offshore-Windparks Jahr für Jahr für Phantomstrom vergütet.
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.
Frage: Die Umwandlungsprozesse leuchten mir insofern nicht ein, weil ich den Schritt mit dem Rechteckstrom nicht verstehe: Wie – wozu – wofür…
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.
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.
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…
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
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.
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.
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.
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.
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.