16/04/2014 - UPV/EHU-Engineering-Gruppe hat die Technologie für die Umwandlung von Wechselstrom-zu Gleichstromleitungen optimiert

Menéame

Obwohl heute die meisten Stromleitungen Wechselstrom sind, werden in einigen Fällen auch Gleichstromleitungen genutzt. Und Forscher erkennen, dass in einigen Fällen Gleichstromleitungen bequemer sind als Wechselstromleitungen.

In diesem Sinne hat die Forschungsgruppe GISEL der UPV/EHU Abteilung für Elektroingenieurwesen an der Verbesserung der für diese Umstellung erforderlichen Technologie gearbeitet. Das Ziel bestand darin, diese Übertragung einfacher, schneller und damit weniger kostspielig zu machen.

Strom wird in der Regel über Wechselstrom transportiert, aber es ist nicht der einzige Weg, und es ist nicht immer der beste. In einigen Fällen wird der Hochspannungs-Gleichstrom, der HVDC (des englischen Begriffs High Voltage Direct Current).

In Spanien gibt es zum Beispiel eine einzige Gleichstromleitung, die die Halbinsel mit den Balearen verbindet; alle anderen Leitungen transportieren Strom über Wechselstrom. Tatsächlich "ist der Gleichstrom für Unterwasser- und Unterwasserlinien sehr geeignet," so Marene Larruskain, eine der Ingenieurinnen der UPV/EHU-Gruppe GISEL. Darüber hinaus "sind geringere Investitionen für den Bau von Gleichstromleitungen erforderlich und haben weniger Verluste im Stromtransport."

Da es sich jedoch um die meisten Leitungen des Wechselstromnetzes handelt, sind Konverter erforderlich, um die Art des Stromtransports zu ändern, die einen hohen Preis haben. "Aus diesem Grund sind die Gleichstromleitungen von einer bestimmten Länge aus geeignet," so Larruskain. Und genau das ist der Nutzen, den die Hochspannungs-Gleichstromleitungen haben, nämlich den Stromtransport über sehr lange Strecken; die längsten Leitungen, die es gibt, sind Gleichstrom."

Auf allen fünf Kontinenten gibt es Gleichstrom-Stromübertragungsanlagen. Das typische Beispiel sind die Transportlinien der großen Wasserkraftwerke: das Itaipu-Zentrum in Südamerika, das Drei-Kanonen-Zentrum in China usw.

Angesichts der Tatsache, dass der größte Teil des Stromtransports derzeit über Wechselstromleitungen erfolgt, ist "unser Ziel in keinem Fall, diese Leitungen durch Gleichstromleitungen zu ersetzen. Unser Vorschlag basiert auf der Nutzung des Gleichstroms als Lösung für Probleme mit Wechselstromleitungen," erklärt Larruskain. Erneuerbare Energien können ein Beispiel dafür sein. Erneuerbare Energien werden in sehr unregelmäßiger Weise erzeugt; zum Beispiel kann der Wind zu bestimmten Zeiten sehr stark sein und in anderen sehr schwach sein. Und diese Produktion kann nicht mit den Momenten des größten Energieverbrauchs übereinstimmen. "Eine Möglichkeit, das Problem der Stromversorgung zu lösen, könnte darin bestehen, die Parks oder Stationen in mehreren Ländern, in denen erneuerbare Energien erzeugt werden, zu vereinen. Wenn also eine Region zu einem bestimmten Zeitpunkt einen hohen Energieverbrauch hat, aber keine erneuerbaren Energien erzeugt, könnte sie ihren Bedarf mit den erneuerbaren Energien decken, die irgendwo anders erzeugt werden - die Forscherin hat es deutlich gemacht. Durch ein globales Netz könnten die Produktionsschwankungen bei den erneuerbaren Energien ausgeglichen werden. Die GISEL-Gruppe der UPV/EHU schlägt vor, diese globalen Netze mit Gleichstrom zu betreiben.

Das Ziel, die Übertragung zu fördern

Die GISEL-Gruppe arbeitet daran, die Energieaustauschwandler zwischen Gleichstromleitungen und Wechselstromleitungen zu verbessern. Insbesondere arbeiten sie an einer neuen Technologie für Konverter, die VSC (Voltage Source Converter) genannt wird. Im Vergleich zur klassischen Technologie "hat die VSC viele Vorteile; unter anderem ist es einfacher, die von ihr transportierte Leistung zu kontrollieren, und das ist beispielsweise in Windparks sehr wichtig. Da der Gleichstrom in den Unterwasserlinien große wirtschaftliche Vorteile hat, ist er für sie sehr geeignet."

Die VSC-Technologie hat jedoch auch mehrere Nachteile: Einerseits verfügt sie über eine geringere Kapazität zum Transport von Energie, Energieverluste sind größer und reagiert nicht gut, wenn Probleme auftreten. Zum Beispiel, wenn es einen Kurzschluss gibt, hat das System Probleme. "Wir arbeiten also daran, diese Probleme zu minimieren," erklärt die Forscherin.

Andererseits wollen die Forscher die Vorteile beider Verkehrsträger nutzen, um auf den steigenden Energieverbrauch reagieren zu können. " Obwohl immer mehr Energie erzeugt wird, um der Nachfrage gerecht zu werden, können Probleme beim Transport dieser Energie auftreten. Wegen ihrer Grenzen ist es nicht immer möglich, den Energieüberschuss in bestehende Strecken einzuführen. In solchen Fällen kann die Nutzung des Gleichstroms das Problem der bereits installierten Wechselstromleitungen lösen, da HGÜ-Linien unter anderem eine höhere Leistung transportieren können," erklärt Larruskain.

Die Forschungsgruppe GISEL hat untersucht, wie die Merkmale der Wechselstrom- und Gleichstromleitungen kompatibel gemacht werden können. Wechselstromleitungen sind dreiphasig. Die Zahl der Fahrer beträgt also drei oder mehr. HGÜ-Linien haben jedoch zwei Pole: einen positiven und einen negativen. "Wie sollen wir zwei Pole zwischen drei Fahrern teilen?" fragte Larruskain. Wenn wir für jede Phase einen Pol verwenden, wird einer der Fahrer der ursprünglichen Linie frei sein und ein Teil der Leistung wird verloren gehen. Daher entspricht jeder Pol der Gleichstromleitung einer anderthalbfachen Linie des Wechselstroms. Obwohl es unmöglich erscheint, gibt es verschiedene Möglichkeiten, um eine solche Vereinbarung zu treffen.

"Die HGÜ-Netze sollen künftig mit Wechselstromnetzen zusammenleben, die heute mehrheitlich bestehen. Die Übertragung des Gleichstroms auf die derzeit vorhandenen Leitungen kann ein erster Schritt zur Bildung von HGÜ-Netzen sein," hat die Ingenieurin der UPV/EHU erklärt.

Weitere Informationen

Diese Studie wurde in der Abteilung für Elektrotechnik an der Universitätsschule für technische Ingenieurwissenschaften für Bergbau und öffentliche Arbeiten durchgeführt. Die Leiterin der Abteilung ist die Unbefleckte Professorin Zamora, und die Forschungsgruppe wird von den Doktoren Marene Larruskain, Oihane Abarrategui und Araitz Iturregi gebildet. Die Gruppe hat sechs Artikel in mehreren wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht und hat viele weitere Präsentationen zu diesem Thema gemacht. Darüber hinaus haben sie zwei Patente in Spanien registriert: ein Strombegrenzer und ein System zur Begrenzung der Spannung in Konverterstationen.

Bibliographische Angaben

M. Larruskain, I. Zamora, O. Abarrategui, A. Iturregi. Enero del 2014. "VSC-HVDC configurations for converting AC distribution lines into DC lines". International Journal of Electrical Power & Energy Systems 54: 589 -597 040 0142-0615 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142061513003360
M. Larruskain, I. Zamora, O. Abarrategui, A. Iturregi. 2013. "A Solid-State Fault Current Limiting Device for VSC-HVDC Systems". International Journal of Emerging Electric Power Systems, Volume 14, Issue 5: 375-384, ISSN (onlinekoa) 1553-779X, ISSN (inprimatua) 2194-5756, DOI: 10.1515/ijeeps-2013-0017. http://www.degruyter.com/view/j/ijeeps.2013.14.issue-5/ijeeps-2013-0017/ijeeps-2013-0017.xml

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