Auf dem Weg zur Mehrübertragung: Hochspannungs-Gleichstrom

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Wie Hochspannungs-Gleichstrom-Leitungen Solar- und Windenergie besser an das Stromnetz anbinden könnten

Vergleich der Routen: HVAC versus HVDC

Diese Frage beschäftigt Netzplaner in den gesamten Vereinigten Staaten: Wie können wir die besten erneuerbaren Ressourcen des Landes zu den geringstmöglichen Kosten erschließen?

Dieses Ziel ist in greifbarer Nähe, aber dafür müssen wir möglicherweise die Art und Weise überdenken, wie unsere Stromübertragungssysteme aufgebaut sind. Lassen Sie uns also den Bau von Hochspannungs-Gleichstromleitungen in Erwägung ziehen.

Derzeit gibt es in den Vereinigten Staaten nur fünf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen, von denen die älteste 1970 fertiggestellt wurde. Historisch gesehen war die Gleichstromübertragung teurer und technisch komplexer als Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen, insbesondere bei kürzeren Leitungen von weniger als ein paar hundert Meilen. Doch dank jüngster Fortschritte sind Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen erschwinglicher und für das Netz vorteilhafter geworden.

HVDC-Leitungen funktionieren grundsätzlich anders als HVAC-Leitungen. Gleichstrom fließt kontinuierlich in eine Richtung, wie der Strom, der von der Batterie Ihres Autos zu den elektrischen Systemen Ihres Autos fließt. Bei Wechselstrom wechselt der Stromfluss Dutzende Male pro Sekunde hin und her.

HVDC-Leitungen unterscheiden sich physikalisch in einigen Punkten von HVAC-Leitungen. Der offensichtlichste Unterschied ist die Anzahl der verwendeten Drähte. HVAC-Leitungen verwenden normalerweise drei Leiter, während für die HVDC-Übertragung nur zwei Leiter erforderlich sind.

Da weniger Leitungen zur Stromleitung benötigt werden, sind auch die Masten, die sie tragen, schmaler als ihre Gegenstücke für HLK-Anlagen. Das bedeutet, dass die Anforderungen an die Wegerechte für HLK-Leitungen, die die gleiche Strommenge übertragen, ebenfalls geringer sind als für HLK-Leitungen.

Den Weg des geringsten Widerstands finden

Es gibt mehrere Vorteile, die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen für ein zukünftiges Netz mit größeren Mengen an Wind- und Solarenergie attraktiver machen könnten.

Erste, Der Fluss des Gleichstroms kann kontrolliert werden viel einfacher als unser aktuelles Wechselstromsystem, da die Umrichterstationen, die zur Installation von Gleichstromleitungen im Netz erforderlich sind, von Haus aus die Möglichkeit haben, zu steuern, wie viel Strom die Gleichstromleitungen transportieren.

Zweitens können Hochspannungs-Gleichstromleitungen (HGÜ) höhere Spannungen über Kabel mit vergleichbarer Größe wie HLK-Leitungen übertragen, was bedeutet, dass sich die Leitungen weniger erhitzen und weniger Energie durch Wärme verlieren. Weniger Energieverlust bedeutet, dass mehr Leistung über größere Entfernungen übertragen werden kann.

Finanziert vom US-Energieministerium und in Partnerschaft mit dem Pacific Northwest National Laboratory führt das National Renewable Energy Laboratory (NREL) die Nationale Übertragungsplanungsstudie um die unterschiedlichen Möglichkeiten zu untersuchen, mit denen Netzplaner Strom aus Gebieten mit reichen erneuerbaren Energieressourcen zu den wichtigsten Lastzentren des Landes bringen können.

In Szenarien mit großer Reichweite, wie sie bei potenziellen interregionale Zonen für erneuerbare Energien (IREZ), das kostengünstige, saubere Energie aus den an erneuerbarer Energie reichsten Regionen des Landes zu großen Lastzentren bringen könnte, könnten die Energieverluste bei HVDC-Leitungen im Vergleich zu ähnlichen HVDC-Leitungen um bis zu 50 % gesenkt werden.

„Obwohl bisher nicht viele Hochspannungs-Gleichstromleitungen für lange Strecken in Betracht gezogen wurden, gibt es inzwischen eine beachtliche Anzahl von Vorschlägen für Gleichstromleitungen“, sagte Paul Denholm, leitender Forschungsmitarbeiter am NREL. „Es ist nur noch eine Frage der größeren Herausforderung, sie in Zukunft zu untersuchen, zu platzieren und zu genehmigen.“

Ein Blick auf das Potenzial der HGÜ-Technik

Die meisten HGÜ-Leitungen sind „Punkt-zu-Punkt“-Leitungen, d. h. sie sind nur am Anfang und Ende der Leitung mit dem Netz verbunden. NREL erforscht, wie Multiterminal-HGÜ-Leitungen in der zukünftigen Netzplanung eingesetzt werden könnten. Diese könnten die Übertragungsmöglichkeiten erweitern, indem sie die Möglichkeit schaffen, an mehreren Punkten eine noch längere Leitung anzuzapfen, ohne dass die Leitung an diesen Punkten endet.

„Es ist so, als würde man eine Autobahn mit einer Überholspur bauen“, sagte Denholm. „Eine der Fragen, die wir haben, ist, die Kostenabwägungen beim Bau von Kombinationen aus Punkt-zu-Punkt-HGÜ-, Multiterminal-HGÜ- und HVAC-Leitungen zu verstehen. Wir beginnen gerade erst damit, diese detaillierte Analyse im Rahmen der National Transmission Planning Study durchzuführen.“

Abonnieren Sie die Energieanalyse-E-Mails von NREL um Updates zu erhalten, und achten Sie darauf, Sehen Sie sich das kurze Video von NREL an, in dem vier Möglichkeiten zur Erhöhung der Übertragung zusammengefasst werden.