HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung)

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), High Voltage Direct Current (HVDC), wird zur Übertragung von elektrischer Energie über große Entfernungen eingesetzt und stellt eine interessante Alternative zu den konventionellen Drehstrom-Hochspannungsleitungen dar. Die verlustarme HGÜ-Technik besteht aus Hochspannungs-Gleichstromkabeln, mit denen Entfernungen von mehreren hundert und auch einigen tausend Kilometer überbrückt werden können, aus Leistungsschaltern, Umrichtern mit leistungsstarken Thyristoren und IGBTs und aus Leistungskondensatoren, die die Spannungsspitzen aufnehmen und die konvertierten Signale glätten.

In der Vergangenheit wurden für die überregionale Energieübertragung Hochspannungsleitungen und Drehstrom benutzt. Der Vorteil dieser Technik liegt in der einfachen Transformierbarkeit. Allerdings haben die Drehstromleitungen durch kapazitive Blindströme, induktive Widerstände und den Skineffekt relativ hohe Verluste, der den effektiven Leitungsquerschnitt verringert. Diese Verluste können sich bei Entfernungen von tausend Kilometer auf weit über zehn Prozent kumulieren.

Hochspannungs-Gleichstromkabel können Spannungen von bis zu 1 Megavolt (MV) und Leistungen von mehreren 1.000 Megawatt (MW) übertragen. Es gibt sie als Freileitungen, Erd- oder Hochspannungs-Seekabel. Im Unterschied zu Drehstromkabeln bestehen sie nur aus dem stromführenden Leiter und dem Erdleiter. Der wesentliche Vorteil liegt in den geringeren Verlusten gegenüber der Wechselspannungsübertragung. Setzt man beispielsweise für die Wechselspannungsleitungen einen Verlust von 10 % bei einer Leitungslänge von 1.000 km an und für die HGÜ-Leitungen einen von 3 %, dann ergibt sich bei der HGÜ-Übertragung von 200 MW über 1.000 km eine Verlustminderung von 14 MW. Es werden somit 14 MW Verlustleistung eingespart. Die leistungsstärkere Variante der HGÜ-Technik ist die Ultra-Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (UHGÜ). Bei dieser Technik geht es um Leistungen von 10 Gigawatt (GW) und mehr und um Spannungen von über 800 kV.

Was die Belastung mit Störfeldern betrifft, so entstehen bei der Übertragung statische elektrische Felder und statische magnetische Felder. Beide haben eine relativ geringe Feldstärke, die bei der Verlegung als Erdkabel in etwa der Stärke des Erdmagnetfeldes entspricht und keine gesundheitsgefährdenden Auswirkungen haben. Die statischen elektrischen Felder von Erdkabeln werden von der Kabelisolation, der Schirmung und dem Erdreich soweit geschirmt, dass sie an der Erdoberfläche kaum messbar sind.

Als Erd- oder Seekabel haben Hochspannungs-Gleichstromkabel einen Durchmesser zwischen 5 cm und 20 cm. Sie werden für Offshore-Windparks oder Länder- und Kontinent-übergreifend verlegt.

Komponenten der HGÜ-Technik

Neben den Hochspannungs-Gleichstromkabeln geht es in der HGÜ-Technik um die HGÜ-Plattformen, auch als Konverter-Plattformen bezeichnet, in denen die Wechselpannng in Gleichspannung konvertiert wird und um die Leistungskondensatoren. Was die Umformer betrifft, so werden in der HGÜ-Technik leistungsstarke Thyristoren und IGBTs für Hochspannungen eingesetzt. Bei den Leistungskondensatoren handelt es sich um Snubber-Kondensatoren, die die Spannungsspitzen der HGÜ-Wandler glätten. Die in der HGÜ-Technik eingesetzten Leistungskondensatoren zeichnen sich durch eine Spannungsfestigkeit von mehreren hundert Kilovolt (kV) aus. Sie werden am Streckenanfang in der Gleichrichtung und für die Glättung eingesetzt und am Streckenende in den Wechselrichtern, in denen der Hochspannungs-Gleichstrom in Wechselspannung umgeformt und in das Versorgungsnetz eingespeist wird.