Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)

Auf direktem Weg

Die Energiewende erfordert den weiteren Ausbau der Stromnetze. Um parallel dazu bestehende Leitungen effizienter zu nutzen, arbeitet Ralf Machholz an der verlustarmen Übertragung von Gleichstrom in HGÜ-Technik– unter Hochspannung über weite Strecken.

Nur ein leises Knistern verrät, dass Spannung in der Luft liegt. Ralf Machholz zeigt in verschiedene Himmelsrichtungen. „Wenn viele Freileitungen auf einen bestimmten Punkt hinführen, dann muss dort ein Umspannwerk sein – so wie hier“, sagt er. Eine Streckenbefahrung hat den Projektmanager von Amprion, einem von vier Übertragungsnetzbetreibern in Deutschland, zu einem Umspannwerk im Südwesten Dortmunds geführt. „Die Leitungen auf den hohen Masten dort hinten transportieren den Strom unter Höchstspannung von 220 oder 380 Kilovolt zur Schaltanlage“, berichtet er. „Die Leistungstransformatoren senken die Spannung dann auf 110 Kilovolt, um den Strom in der Region verteilen zu können.“ An dieser Stelle endet die Aufgabe von Übertragungsnetzbetreibern wie Amprion. Sie verantworten die Stromautobahnen. Dafür transportieren sie die elektrische Energie im Höchstspannungsnetz innerhalb Deutschlands, steuern die Kuppelleitungen ins europäische Ausland und sorgen vor allem dafür, dass an jedem Tag und in jeder Sekunde eine Balance zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch besteht.

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In Zeiten der Energiewende ist diese Aufgabe schwieriger geworden. Erneuerbare Energien wie Solar- und Windstrom müssen laut Gesetz vorrangig eingespeist werden, unterliegen aber je nach Wetterlage starken Schwankungen. Für das Übertragungsnetz bedeutet das: Bei Wind und Wolken muss immer mehr Strom über weite Strecken vom Norden in den Süden Deutschlands transportiert werden, an sonnigen und windstillen Tagen dagegen genau in die umgekehrte Richtung. „Bis 2025 wird Amprion auf einer Gesamtstrecke von 2.000 Kilometern bestehende Leitungen verstärken oder neue bauen“, erläutert Machholz. Es geht aber auch darum, die bestehende Infrastruktur effizienter zu nutzen. Genau daran arbeitet der diplomierte Elektrotechniker und Wirtschaftsingenieur: Seit vier Jahren leitet er gemeinsam mit einem Kollegen von TransnetBW das Projekt „Ultranet“. In dem gemeinsamen Netzausbauprojekt der beiden Betreiber soll der Strom nicht mehr wie üblich unter Wechselspannung, sondern unter Gleichspannung transportiert werden. „Damit übertragen wir eine vor allem bei Seekabeln erprobte Technologie auf das Stromnetz zu Lande“, sagt Machholz.

Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, die häufig auch mit dem Kürzel „HGÜ“ bezeichnet wird, handelt es sich um eine direkte und gerichtete Übertragung von elektrischer Energie zwischen zwei Punkten, die auch weit voneinander entfernt sein können. Anders als beim konventionellen Transport mit Wechselstrom verändert sich dabei die Richtung des Stromflusses nicht, sondern Pluspol und Minuspol bleiben stets gleich. Dazu wird mit Hilfe von Konverteranlagen der in den Kraftwerken erzeugte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt, von einem Punkt zum anderen übertragen und am Zielort von einer weiteren Konverteranlage wieder in Wechselstrom für den Endverbraucher umgewandelt. „Durch die HGÜ-Technologie entstehen weniger Übertragungsverluste, weil für die Steuerung des Netzes keine Blindleistung bereitgestellt werden muss – also elektrische Leistung, die nicht vom Verbraucher genutzt werden kann“, erklärt Machholz. „Außerdem stellen die HGÜ-Korridore zusätzliche Kapazität bereit und helfen so bei der erfolgreichen Gestaltung der Energiewende. Und nicht zuletzt können die neuen Konverterstationen auch klassische Regelaufgaben von Kraftwerken übernehmen, etwa die Spannung kontrollieren und das Netz stabilisieren.“

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Das alles ist beim Ultranet-Projekt ohne einen nennenswerten Neubau von Freileitungen möglich. Machholz verantwortet die 340 Kilometer lange Trasse zwischen dem Raum Meerbusch-Osterath in Nordrhein-Westfalen und Mannheim in Baden-Württemberg, die bis 2025 um einen „Korridor A Nord“ bis zur Nordsee erweitert werden soll. „Beim Ultranet arbeiten wir genau wie im Wechselstromnetz mit einer Spannung von 380 Kilovolt. Deswegen können wir bestehende Leitungen umwidmen und so etwa 90 Prozent der bestehenden Infrastruktur nutzen“, berichtet Machholz. Dass das Projekt mit rund einer Milliarde Euro dennoch eine erhebliche Investition ist, liegt vor allem an den beiden Konverterstationen, die bei Osterath und Philippsburg errichtet werden müssen. Dabei handelt es sich um sehr große Anlagen mit 80.000 Quadratmetern Freifläche und 20.000 Quadratmeter großen Hallen, in denen jeweils 6.000 Halbleitermodule in Boxen aufeinandergestapelt sind. Die Module richten den Wechselstrom in Gleichstrom um, der dann in zwei Stromkreisen mit jeweils einem Gigawatt Leistung zwischen Osterath und Philippsburg transportiert werden kann. Die Gesamtleistung entspricht fast exakt derjenigen des Kernkraftwerks in Philippsburg, das 2019 vom Netz gehen soll.

Bis der Strom in HGÜ-Technik fließen kann, hat Machholz aber noch so einiges zu tun. „Unser Projekt ist im Bundesbedarfsplan gesetzlich vorgegeben und befindet sich derzeit im Genehmigungsstadium“, berichtet er. Planung und Projektierung sind also schon abgeschlossen, die Umsetzung steht aber noch aus. Der gebürtige Thüringer rechnet mit einer Projektlaufzeit von insgesamt zehn Jahren. Und er denkt schon weiter: „Wenn wir die Strecke bis zur Nordsee verlängern, haben wir erstmals eine zusammenhängende Leitung über mehrere Verbindungspunkte.“ Das könnte dann der Startschuss für ein europaweites HGÜ-Netz sein.

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Autor: Laurin Paschek, Fotos: Matthias Haslauer