Mittlerer Ausfallzeitraum: Erluterung und Normen - Teil 1

Supraleitfähigkeit - Teil 4: Vorteile von VLI Supraleiterkabeln
Im vierten Teil lesen Sie über die wirtschaftlichen, finanziellen sowie Vorteilen die sich
bezüglich der Umwelteinflüsse ergeben.
Wirtschaftliche und finanzielle Vorteile
Durch die Verwendung von VLI-Kabeln bei Lastflussproblemen kann man erhebliche Kosten
einsparen. Wie bereits weiter oben beschrieben lassen sich die Faktoren, die bei einem
installierten System die Kosten senken können, wie folgt zusammenfassen:
•
Kürzere Längen
Setzt man an strategisch günstigen Stellen kürzere VLI-Kabel in die Netze ein,
könnte man damit dieselben Vorteile in Bezug auf den Lastfluss erreichen, wie mit
längeren Freileitungen. Das VLI-Kabel muss für sich genommen nicht mit der
konventionellen Kabel- oder Freileitungstechnologie kostenmäßig konkurrieren, um
eine insgesamt gesehen kostengünstigere Lösung zu ergeben. Mit VLI können
beispielsweise Lastflussprobleme mit kürzeren Leitungen gelöst werden, z. B. indem
man an das weit verbreitete 115/138/161-kVSystem anschließt und nicht an das
weiter entfernte Höchstspannungs-BackboneÜbertragungssystem.
•
Niedrigere Spannungen
Wegen der höheren Übertragungskapazität von VLI-Kabeln (etwa drei- bis fünfmal
höhere Strombelastbarkeit als herkömmliche Leitungen) können die
Versorgungsunternehmen Geräte mit niedrigerer Spannung einsetzen, wodurch
sowohl die elektrischen (I²R) Verluste, die für einen Hochstrombetrieb typisch sind,
als auch die Kapitalkosten für die Aufwärts- und Abwärtstransformatoren (und auch
die Leerlauf-Verluste in den Transformatoren selbst) vermieden werden können.
Hochstrom-VLI-Kabel bei 115 kV oder auch bei 69 kV können Probleme lösen, die
normalerweise bei einer konventionellen Lösung 230 kV oder 345 kV erfordern
würden. Auf lange Sicht können mit VLI die wesentlich höheren Systemkosten (z. B.
Ersatz von Transformatoren und Leistungsschaltern) für die großflächige Aufrüstung
der Netze überflüssig werden.
•
Größere Kontrollierbarkei
Bei VLI-Kabeln können die Lastflüsse mit herkömmlichen serienmäßigen
Drosselspulen oder Schrägregler kontrolliert werden, woraus sich Markt- und
Zuverlässigkeitsvorteile ergeben, die man typischerweise mit anderen
„kontrollierbaren" Formen der Übertragung in Verbindung bringt - z. B. FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) oder DC-Übertragung. Doch diese Kontrolle an
den Endpunkten einer Leitung wäre mit wesentlich weniger Aufwand und weit
unkomplizierter erreicht, als es im typischen Fall bei herkömmlichen Technologien der
Fall wäre (z. B. große und unflexible DC-Umrichterstationen oder die großen
Leistungselektronischen Anlagen, die oft bei den herkömmlichen FACTGeräten
notwendig sind). Während DC-Leitungen auf Lastflüsse von Punkt zu Punkt
beschränkt sind, könnte die Kontrollierbarkeit bei VLI-Kabelsystemen auf viele Punkte
in einem Netzwerk erweitert werden. Diese inhärente Kontrollierbarkeit ist auch im
Hinblick auf regulatorische Fragen wichtig. Beispielsweise könnte VLI die Grundlage
bilden für eine private risikoabhängige Investition in handelsorientierte
Übertragungsprojekte mit übertragbaren Eigentumsrechten an der
Übertragungskapazität, die sich außerhalb des Rahmens der Bemessungsgrundlage
bewegen, in Situationen, in denen DC- und konventionelle FACTS-Lösungen
kostenmäßig nicht wettbewerbsfähig sind. Die Kosten für DC-Systeme werden stark
beeinflusst von den Umrichterstationen. Bei kurzen DCÜbertragungsstrecken werden
die Systemkosten von den Kosten der Umrichterstationen beherrscht; bei VLI-Kabeln
gibt es diese Einbußen nicht.
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•
Längere Lebensdauer und bessere Anlagennutzung
VLI-Kabel sind eine neue Möglichkeit das größte Problem überlasteter urbaner
Übertragungssysteme - die Hitze – zu lösen. Im Laufe der Zeit altert die
Kabelisolierung durch thermische Überbeanspruchung, was zu einer höheren
Ausfallwahrscheinlichkeit führt. Indem man den Stromfluss von überlasteten Kabeln
und Leitungen abzieht, kann man bei den urbanen Stromversorgungsnetzen, die als
unvermeidliche Folge zunehmender Belastung immer anfälliger für Überhitzungen
sind, „Hitze wegnehmen" und die akuten Standortschwierigkeiten der
herkömmlichen Systeme bei Systemerweiterungen (auf Kupfer- oder Aluminiumbasis)
durch Einfügen von VLI-Kabeln an strategisch günstigen Stellen vermeiden. Indem
man die Belastung von den vorhandenen Stromleitungspfaden wegnimmt, erhöht
man die Lebensdauer der herkömmlichen Systemelemente. Mit dieser Methode
verbessert man außerdem die Ausnutzung der gesamten Anlage und große
Kapitalinvestitionen für den Austausch der veralteten Netz-Infrastruktur können auf
einen späteren Zeitpunkt verschoben werden.
•
Erweiterte Standortoptionen für Generatoren.
Weil durch VLI-Kabel mit niedriger Impedanz Spannungsabfälle erheblich geringer
sind, haben diese Kabel die Fähigkeit, die „elektrische Distanz zu verringern". Das
heißt, dass neue Generatoren in größeren Abständen von urbanen Lasten
angeordnet werden könnten (wo Grundstücke, Arbeitskraft und andere Kosten
niedriger sind), und trotzdem derselbe Grad an Spannungsunterstützung erreicht
werden kann, als wären sie im oder nahe am Stadtzentrum angeordnet.
HTSÜbertragungsleitungen könnten also als „virtuelle Generatoren" eingesetzt
werden, womit sowohl die Stromversorgungsprobleme als auch die
Blindleistungsprobleme gelöst wären.
•
Geringere elektrische Verluste
In speziell optimierten Entwürfen können VLI-Kabel zu geringeren
Nettoenergieverlusten führen, als sie entweder bei herkömmlichen Leitungen und
Kabeln oder bei ungeschirmten HTS-Kabeln mit einem einzigen Leiter pro Phase
vorkommen, woraus sich ein Übertragungspfad mit hoher elektrischer Effizienz
ergibt. Weil bei VLILeitungen die Tendenz besteht, dass sie den Stromfluss anziehen,
arbeiten sie natürlicherweise mit einem hohen Auslastungsfaktor, wodurch sich die
Verluste bei anderen Leitungen reduzieren, und sich der Effizienzvorteil weiter
vergrößert.
•
Indirekte und nicht monetäre Einsparungen
Mit VLI-Kabeln können neben diesen „harten" Kosteneinsparungen noch weitere
„weiche" Einsparungen erzielt werden. Beispielsweise kann sich die Installationszeit
dadurch verkürzen, dass Standorthindernisse, wie sie bei kompakten
Erdverlegungen üblich sind, reduziert werden, und dass die Standortauflagen für
Anlagen mit niedrigerer Spannung weniger streng sind.3 VLI-Kabel könnten durch
vorhandene, nicht mehr genutzte unterirdische Gas-, Öl- oder Wasserrohre verlegt
werden, durch vorhandene (aktive oder inaktive) elektrische Installationsrohre, neben
vorhandenen Autobahn- oder Eisenbahntrassen, oder durch andere vorhandene
Korridore. Zwar sind HTSKabel in der Anschaffung zunächst wahrscheinlich teurer
als konventionelle Kabel, doch können die Nettokosten eines voll installierten
Kabelsystems wegen des geringeren Platzbedarfs der HTS-Kabel, der Möglichkeit,
die vorhandene Infrastruktur anzupassen und wieder zu verwenden, oder der
Möglichkeit, anstelle des kostspieligen und störenden Grabenaushubs gesteuerte
Horizontal-Bohrgeräte zu verwenden, niedriger sein. Durch die erweiterten
Standortoptionen würden kostspielige und kontroverse Enteignungsverfahren
seltener werden. Auch indirekte Auswirkungen auf Grundstückswerte durch den Bau
von Freileitungen würden vermieden. Gemeinden, in denen VLI-Projekte
durchgeführt würden, hätten den Vorteil einer höheren Grundstücksbewertung,
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beispielsweise höhere Vermögenssteuereinnahmen und breitere
Erschließungsmöglichkeiten.
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Kosteneinsparung durch weniger regionale Engpässe
Die Möglichkeit, Netzaufrüstprojekte schneller zu realisieren, wird sich schließlich,
und das ist vielleicht der wesentlichste Vorteil, auf die frühere Beseitigung oder
Entspannung von Netzengpässen auswirken. Durch die Lösung physikalischer
Engpassprobleme werden sich die Kosten, die heutzutage auf dem noch weitgehend
ungeregelten und hinsichtlich des Wettbewerbs unvollkommenen Markt für
Verbraucher und Wirtschaft ungeheure Nachteile haben, in diesem Zusammenhang
drastisch reduzieren.
Umweltvorteile
Neben den oben beschriebenen Kostenvorteilen haben VLI-Kabel im Vergleich zur
konventionellen Technologie außerdem viele Umweltvorteile. Einige dieser Vorteile beruhen
auf genau den Eigenschaften der VLI-Kabel, die auch Grund für die geringeren installierten
Kosten sind. Beispiele:
•
Erdverlegung
Durch die Erdverlegung der VLI-Kabel werden die sichtbaren Auswirkungen von
Freileitungen beseitigt.
•
Kürzere Kabellängen
Kann man Lastflussprobleme durch kürzere Kabellängen und raumsparende Trassen
lösen, werden dadurch Störungen durch Bauarbeiten geringer.
•
Geringere elektrische Verluste
Die geringeren elektrischen Verluste der VLI-Leitungen sowie geringere I²R-Verluste
an benachbarten konventionellen Leitungen, die aufgrund der StromanziehungsEffekte der VLI-Kabel entlastet werden, werden sich in einem geringeren
Brennstoffverbrauch für ihre Erzeugung auswirken.
•
Umweltfreundliches Dielektrikum.
Flüssigstickstoff, das Kühlmittel/Dielektrikum der Wahl für VLI-Kabel, ist preisgünstig,
reichlich vorhanden und umweltverträglich.
Andere Umweltvorteile von VLI sind mehr indirekter Natur und schwerer zu quantifizieren,
können jedoch entscheidend dafür verantwortlich sein, ob ein Versorgungsunternehmen ein
Projekt zu Ende bringen kann. Beispiele:
Beseitigung von EMF
Der koaxiale Entwurf eines VLI-Kabels, gekoppelt mit der HTSAbschirmung, unterdrückt
elektromagnetische Felder (EMF) vollständig. Die Abschirmung der Phasenströme, die
typisch ist für den VLI-Entwurf, führt zu einander entgegenwirkenden und sich gegenseitig
aufhebenden Feldern. VLI-Kabel erzeugen dadurch, und das wurde im Labor nachgewiesen,
nur eine minimale oder überhaupt keine EMF außerhalb der kompakten Kabelbaugruppe.
Die Beseitigung von EMF-Streufeldern hat den Vorteil, dass Wirbelstromverluste von in der
Nähe liegenden metallischen Leitungsrohren oder anderen metallischen Konstruktionen
vermieden werden. Zusätzlich werden Interferenzen mit elektrischen Strom- oder
Fernmeldekabeln in der Umgebung beseitigt und die Leitungsinduktanz ist vollkommen
unabhängig von der Konfiguration dieser Phasen.
Bessere Generatorverteilung
Der vielleicht signifikanteste Umweltvorteil von VLI ist die Entspannung hinsichtlich der
Beschränkungen in der Generatorverteilung, die sich aus der erweiterten Netzkapazität
ergibt. Wie sich in den letzten Jahren herausgestellt hat, können Netzbeschränkungen dazu
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führen, dass man gezwungen ist, auf ältere, weniger saubere, so genannte „reliability mustrun“ (RMR)-Erzeugungseinheiten zurück zu greifen, die mitten in stark besiedelten
urbanisierten Gebieten liegen. Diese RMR-Generatoren haben typischerweise höhere
Wärmewerte und Emissionen, als moderne Generatoren. Eine Entspannung dieser
Verteilungsbeschränkungen wird zu geringeren regionalen Luftverunreinigungen und
Brennstoffkosten führen, was sich positiv sowohl auf die öffentliche Gesundheit als auch
auf die Strompreise auswirken wird. Zwar bieten alle Netzerweiterungen diesen Vorteil, doch
können Aufrüstungen mit VLI-Kabeln möglicherweise auch in Situationen geeignet sein, in
denen andere Netzaufrüstungen nicht zugelassen werden können. Weder eine Verstärkung
mit VLI-Kabeln noch irgendeine andere Form der Netzerweiterungen kann jedoch die
Notwendigkeit einer lokalen Erzeugungskapazität aus bestimmten Gründen überflüssig
machen (z. B. lokale Spannungsunterstützung, Fähigkeit zur Wiederinbetriebnahme);
Strategien, die einen reduzierten Einsatz dieser RMR-Anlagen ermöglichen, können zu
beträchtlichen Wirtschafts- und Umweltvorteilen führen.
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