Montage des 525 kV Kunststoff-isolierten Kabelsystems in der Testhalle. Bild: ABB

Montage des 525 kV Kunststoff-isolierten Kabelsystems in der Testhalle. Bild: ABB

Eine der Herausforderungen, die die Energiewende bereithält, sind die neuen Aufgaben, die das Übertragungsnetz künftig übernehmen muss. Doch es geht voran: Ein neu entwickeltes Kunststoff-isoliertesGleichstromkabelsystem kann ungefähr die gleiche Leistung übertragen wie ein Freileitungssystem.

Die Energiewende in Deutschland hat eigentlich bereits im Jahr 2000 mit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) begonnen. Richtig Fahrt hat sie jedoch erst durch die Entscheidung nach der Katastrophe von Fukushima, alle Kernkraftwerke in Deutschland bis 2022 abzuschalten, aufgenommen. Seitdem ist klar, dass vor allem in den industriellen Leistungszentren Süddeutschlands massive Veränderungen der Erzeugungsstruktur innerhalb kürzester Zeit kompensiert werden müssen.

Das Stromübertragungsnetz verstärken

Neben dem Neubau von fossilen Kraftwerken, der jedoch mit den heutigen Marktmechanismen kaum machbar erscheint, ist die Verstärkung des Stromübertragungsnetzes zum großräumigen Ausgleich von Erzeugungs- und Verbrauchsschwankungen ein probates Mittel.

Dies ist auch entsprechend im Bundesbedarfsplangesetz durch die Bundesregierung dokumentiert worden. Mit dem Neubau von drei HGÜ-Korridoren mit Übertragungsdistanzen von 400 bis 800 Kilometern sollen diese Schwankungen überregional ausgeglichen werden. Für die Verwirklichung der Verbindung zwischen den Netzanschlusspunkten dieser Korridore sollen dabei hauptsächlich Freileitungen zum Einsatz kommen, in einzelnen Abschnitten können aber auch Kabel verwendet werden.

Inzwischen gibt es dafür ein von ABB entwickeltes Kunststoff-isoliertes-Gleichstromkabelsystem für Spannungen bis 525 Kilovolt, das eine so hohe Leistungsdichte aufweist, dass erstmals ein Kabelsystem ungefähr die gleiche Leistung übertragen kann wie ein Freileitungssystem.

Doch der Reihe nach: Die mehr als 2000 km Neubaustrecken in HGÜ-Technologie verlaufen in vielen Fällen auch durch sensible Umweltbereiche oder passieren Wohnbebauung in geringer Entfernung. Wo dies möglich ist, ziehen die Übertragungsnetzbetreiber in ihre Planung auch alternative Routen ein, in denen diese Bereiche großräumig umgangen werden.

Dort wo dies nicht oder nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand möglich ist, ist vom Gesetzgeber die Möglichkeit geschaffen worden, Teilstrecken mit Erdkabeln zu verwirklichen. Bisher wären solche Kabelabschnitte mit klassischen masse-imprägnierten Kabeln (sogenannten MI-Kabeln) umgesetzt worden, da für die angedachten Übertragungsspannungen von 400 bis 500 kV im Gleichstrombereich keine modernen Kunststoff-isolierten Kabel zur Verfügung standen.

Je HGÜ-Korridor mit zwei Gigawatt (GW) Übertragungsleistung musste dabei mit zwei Kabelsystemen, das heißt insgesamt vier Einleiter-Kabeln geplant werden, sodass durch die Trassenbreite von bis zu 40 Metern relativ hohe Tiefbaukosten entstanden wären.

Der interne Bleimantel und eine äußere Stahlarmierung machen die MI-Kabel sehr schwer, wodurch es außerdem bei der Verlegung ein ausgeklügeltes Logistikkonzept für die Schwertransporte bräuchte. Auf eine Kabeltrommel passen dabei standardmäßig jeweils nur etwa 500 m, wobei die einzelnen Kabelabschnitte mit vor Ort gefertigten Muffen verbunden werden müssen. Das Anbringen dieser Muffen ist bei MI-Kabeln sehr aufwendig und erfordert jeweils etwa eine Woche Zeit.

Steigerung um 64 Prozent

ABB hat im August 2014 ein Kunststoff-isoliertes (oder: XLPE-) Kabelsystem für Gleichspannungen bis 525 Kilovolt vorgestellt, mit dem einige Nachteile der Kabeltechnik gegenüber der Freileitung minimiert werden. Das höchste Spannungsniveau, das bei dieser Technologie derzeit in kommerziellen Anwendungen zum Einsatz kommt, liegt bei 320 Kilovolt.

Kunststoff-isolierte Kabelsystem

Testaufbau für das 525 kV Kunststoff-isolierte Kabelsystem. Bild: ABB

In Deutschland haben sich so beispielsweise für den Anschluss von Offshore-Windparks Kunststoff-isolierte Kabelsysteme mit 320 Kilovolt als Standard etabliert, ABB hat allein in Norddeutschland 360 Kilometer Landkabel und in der Nordsee 240 Kilometer Seekabel installiert. Die Übertragungskapazität kann bei dieser Spannungsebene bis zu 1200 Megawatt betragen. Mit dem neuen Kabelsystem hat der Hersteller im Vergleich zu den bisherigen 320 Kilovolt-Standard also schon eine Steigerung um 64 Prozent erzielt.

Die Trassenbreite halbiert sich

Doch es geht noch mehr: Mit dem neuen 525-Kilovolt-Kabelsystem konnte die Übertragungskapazität auf bis zu 2600 Megawatt mehr als verdoppelt und gleichzeitig das Gewicht je installiertem Megawatt reduziert werden. Die Steigerung der Übertragungsspannung beruht dabei auf einem neuen Isoliermaterial aus vernetztem Polyethylen, das gemeinsam mit einem führenden Hersteller von Kunststoffen entwickelt wurde. Das neuartige HGÜ-Kabelsystem wurde bereits erfolgreich getestet. Es steht damit ab sofort ein komplett geprüftes Kabelsystem zur Verfügung, das zusätzlich bereits den vorgeschriebenen Langzeittest für neue Kabelsysteme bestanden hat.

Dabei wurden das Kabel selbst, Kabelmuffen und Kabelendverschlüsse innerhalb eines Testaufbaus in einem Testlabor und unter der Aufsicht eines unabhängigen Gutachters für mehr als ein Jahr einem aufwendigen Testprogramm unterzogen. Damit sind die Zuverlässigkeit des Kabels und der Komponenten, wie Kabelmuffen und Kabelendverschlüssen, entsprechend der relevanten technischen Normen nachgewiesen.

Für die deutschen HGÜ-Korridore steht damit ein Erdkabel zur Verfügung, mit dem bis zu 2,6 Gigawatt je Kabelsystem übertragen werden können, das heißt je HGÜ-Korridor mit zwei Gigawatt Übertragungsleistung reicht ein Kabelsystem mit nur zwei Einleiter-Kabeln. Damit halbiert sich die Trassenbreite, und da im Vergleich zu den MI-Kabeln auch nur halb so viele Kabel verlegt werden müssen, sinken sowohl die Tiefbau- als auch die Logistikkosten.

Zusätzlich wiegen die Kabel nur rund die Hälfte, wodurch die Länge der einzelnen Kabelabschnitte mehr als verdoppelt werden kann – auf etwa 1200 Meter je Kabeltrommel – und damit auch nur die Hälfte an Muffen gesetzt werden muss. Für Kunststoff-isolierte Kabel können die Muffen bereits in der Fabrik vorgefertigt werden, sodass vor Ort je Muffe nur etwa zwei Tage Montagezeit benötigt werden. Zusätzlich lassen sich bei der Produktion der Kunststoff-isolierten Kabel in der Fabrik Zeiteinsparungen erzielen, sodass mit den gleichen Produktionsmaschinen mehr kunststoff-isolierte Kabel produziert werden können.

Für die HGÜ-Trassen konnten bisher schon Teilverkabelungsstrecken mit 500-Kilovolt-MI-Kabeln geplant und verwirklicht werden, durch das neu entwickelte 525-Kilovolt-XLPE-Kabelsystem sind nun jedoch zusätzliche Effizienzvorteile möglich. Gegenüber den klassischen MI-Kabelsystemen ergeben sich erhebliche Ressourcen-, Kosten- und Zeiteinsparungen. aru

War dieser Beitrag für Sie nützlich? Schreiben Sie uns!

Ihre Meinung an leser@konstruktion.de, www.xing.com/net/ke, www.facebook.com/ke.next

Autor: Raphael Görner, ABB