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Stromnetz Notausschalter für die Energiewende

Ökostrom verlangt nach Gleichstromtrassen - bisher ließen sich allerdings nur Punkt-zu-Punkt Verbindungen realisieren. Mit einem neuen Schalter sind jetzt auch großflächige Netze möglich.

© ABB Vergrößern Im Labor werden die Grenzen der Technik ausgelotet. Ziel ist höchste Zuverlässigkeit, denn eine Stunde Stromausfall kostet über eine Milliarde Euro

Die massenhaft in Deutschland aufgestellten Photovoltaikanlagen erzeugen Gleichstrom. Erst wenn ihn Wechselrichter in Drehstrom verwandelt haben, kann er ins Netz eingespeist werden. Folgerichtig wird immer mal wieder spekuliert, ob Wechsel- oder Gleichstrom besser zur vielbeschworenen Energiewende passen. Endgültig ist diese Frage noch nicht geklärt. Es mehren sich aber die Anzeichen, dass, anders als bei dem um 1890 zwischen Thomas Alva Edison und George Westinghouse ausgetragenen „Stromkrieg“, diesmal der Gleichstrom die Nase vorne haben könnte. Damals hatte Edison vorschlagen, Gleichspannung mit 110 Volt zu verwenden, was jedoch viele kleine Kraftwerke in allen Stadtteilen erforderlich gemacht hätte. Dazu kam es nicht, hatten die Arbeiten von George Westinghouse doch die Vorteile des Wechselstroms deutlich gemacht. Er konnte, transformiert auf eine höhere Spannung, mit geringen Verlusten transportiert werden.

Heute sieht die Situation anders aus. So denkt man darüber nach, in die Wechselstromwelt lokale Gleichstromnetze zu bauen, die bis in die Häuser hinein reichen, um dort die auf Gleichstrom angewiesenen Geräte wie LED-Lampen, Router, Computer und Tuner - wie die dazugehörenden Verstärker - zu versorgen. Der Vorteil: Auf die heute benötigten Vorschaltgeräte könnte so verzichtet werden. In jedem Gebäude wäre dann nur noch ein zentraler Gleichrichter erforderlich. Die Verluste ließen sich deutlich reduzieren.

Übertragungsverluste halten sich in engen Grenzen

Längst ist Gleichstrom erste Wahl, wenn es darum geht, den von Offshore-Windrädern erzeugten Strom an Land zu schaffen. Denn liegen die Windparks weiter als 50 Kilometer vor der Küste, können sie nicht mit klassischen Drehstromkupplungen mit dem Stromverteilnetz verbunden werden. Denn je länger die Verbindungen und je größer die zu übertragenden Spannungen sind, desto gravierender sind Kondensatoreffekte, die bei eng zusammenliegenden Phasen eines Stromkabels zwangsläufig anfallen. Nachteilig sind auch induktive Verluste. Sie entstehen, da nach jedem Phasendurchgang des Wechselstroms sich ein Magnetfeld um den Leiter herum aufbaut, das beim nächsten Phasendurchgang wieder zusammenbricht. Dabei wird eine Spannung induziert, die genau der Spannung entgegengerichtet ist, die übertragen werden soll.

Auf Gleichstrom setzt man seit längerem auch dann, wenn große Strommengen über weite Entfernungen zu transportieren sind. Mittlerweile gibt es rund 150 der von Asea 1954 in Schweden erstmals realisierten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ), die den Vorteil bieten, dass weder kapazitive noch induktive Widerstände stören. Denn nur beim ersten Stromdurchfluss bauen sich hier ein elektrisches und ein magnetisches Feld auf. Damit gibt es, theoretisch zumindest, beim Gleichstrom auch keine Spannungsobergrenze für dessen Transport, was den Vorzug bietet, dass sich die Verluste einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) in engen Grenzen halten.

Die leistungsstärkste HGÜ-Verbindung mit einer Kapazität von 6400 MW findet sich momentan im Südwesten Chinas, wo man mit dieser Technik den Strom des Wasserkraftwerks Xiangjiaba über 2071 Kilometer nach Schanghai transportiert. In Indien baut man zurzeit an einer noch leistungsstärkeren Gleichsttromverbindung. Von 2015 an will man im Nordosten des Landes (North-East Agra) eine Leistung 8000 MW über eine Entfernung von 1728 Kilometer übertragen.

Bei Spannungen von 3000 Volt war bisher Schluss

Und auch in Deutschland sollen im Zuge der Energiewende HGÜ-Fernleitungen gebaut werden. So sieht der Netzentwicklungsplan vor, bis 2022 sieben HGÜ-Stromautobahnen zu errichten, über die Windstrom aus dem Norden in die Verbrauchszentren in West- und Süddeutschland geleitet werden soll. Vor allem die vergleichsweise niedrigen Verluste sprechen für diese Technik. Zudem liegen die Investitionskosten von HGÜ-Leitungen unter denen für klassische Wechselstromhöchstspannungstrassen, speziell dann, wenn die Entfernungen wie auch die zu übertragenden Leistungen vergleichsweise groß sind. Weitere Vorzüge verdankt die HGÜ-Technik der größeren Kapazität der Gleichstromleitungen, so dass weniger Speicher und auch Regelkraftwerke zum Ausgleich des unstetigen Angebots an Ökostrom benötigt werden.

Nach den derzeit vorliegenden Planungen sollen die neu zu bauenden Gleichstromautobahnen reine Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden. Denn Netze konnte man bisher mit der HGÜ-Technik nicht errichten. Dazu fehlten „Abzweigungsstücke“, die, wie ABB vor wenigen Tagen verkündet hat, nun aber angeboten werden können. Mit diesen neu vorgestellten Gleichstrom-Leistungsschaltern werde möglich, großflächige Gleichstromnetze (Overlay-Netze) zu bauen, über die große Leistungen quer über den Kontinent verschoben werden können. Vor allem das Entstehen eines Lichtbogens zwischen den Kontakten hat bisher den Bau leistungsstarker Gleichstromschalter verhindert. Bei Spannungen von 3000 Volt war Schluss. Mit den jetzt neu vorgestellten Leistungsschaltern lassen sich Spannungen von bis zu 320.000 Volt und einem Stromfluss von 2600 Ampere beherrschen. Möglich mache das ein geschicktes Zusammenspiel aus Leistungselektronik und schneller Mechanik.

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Der Unterschied

Elektrischer Strom besteht aus sich bewegenden Elektronen in einem metallischen Leiter (Kabel). Dabei wird elektrische Energie übertragen, was auf zwei unterschiedliche Arten geschehen kann: Bei Geichstrom fließen die Elektronen über eine Leitung zum Nutzer hin, geben dort einen Teil ihrer Energie ab und fließen dann über einen zweiten Leiter zum Stromerzeuger zurück. Im Fall des Wechselstroms gibt es diesen gleichförmigen Strom der Elektronen nicht. Sie wechseln vielmehr in beiden Leitungen kontinuierlich ihre Richtung mit einer festen Frequenz (in Europa 50 Mal je Sekunde), wobei ebenfalls Energie an den Nutzer abgegeben wird.

Quelle: F.A.Z.

 
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