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Im Fokus der Studiendatenbank stehen Veröffentlichungen, die sich mit dem notwendigen Umbau und der Steuerung des Energiesystems für eine erfolgreiche Energiewende insgesamt beschäftigen. Mehr zu den Kriterien, nach denen das Forschungsradar Studien aufnimmt …

 

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Ausbau elektrischer Netze mit Kabel oder Freileitung unter besonderer Berücksichtigung der Einspeisung Erneuerbarer Energien

Herausgeber/Institute:

IZES, BET, PowerEngS

Datum:

Juni 2011

Autoren:

Uwe Leprich et al.

Art der Veröffentlichung:

Studie

Auftraggeber/Förderer:

BMU

Themenbereiche:

Energiesysteme
Ökonomie

Schlagwörter:

Akzeptanz, Stromnetze, Netzintegration

Seitenzahl:

117

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Zielsetzung und Fragestellung

Durch den derzeitigen und zukünftigen Ausbau der Erneuerbaren Energien ist eine Anpassung der Netzinfrastruktur notwendig, insbesondere ein Ausbau des Stromübertragungsnetzes. Die Studie untersucht mit Fokus auf das 380 kV-Übertragungsnetz, ob Erdkabel technisch vergleichbar leistungsfähig sind wie Freileitungen und ob die Mehrkosten für Erdkabel im Vergleich zu Freileitungen gesamtwirtschaftlich akzeptabel sind, wenn durch die Nutzung von Erdkabeln Verzögerungen in den Genehmigungsverfahren und dadurch Zusatzkosten vermieden werden können.

Zentrale Ergebnisse

Erdkabel haben die notwendige technische Reife zur Integration in den Netzbetrieb

Im technischen Vergleich weist die Freileitung Vorteile gegenüber einem Erdkabel auf. Freileitungen haben zum Beispiel eine höhere thermische Übertragungskapazität. Die Autoren relativieren diesen Vorteil jedoch, da Stromtrassen im realen Betrieb nicht dauerhaft im Bereich der höchsten theoretischen Belastbarkeit betrieben werden. Zudem können Erdkabel zeitlich beschränkt höhere Übertragungskapazitäten sicherstellen, da sie technisch bedingt höhere thermische Überlastbarkeiten besitzen.

Ein Vergleich einzelner ...

Erdkabel haben die notwendige technische Reife zur Integration in den Netzbetrieb

Im technischen Vergleich weist die Freileitung Vorteile gegenüber einem Erdkabel auf. Freileitungen haben zum Beispiel eine höhere thermische Übertragungskapazität. Die Autoren relativieren diesen Vorteil jedoch, da Stromtrassen im realen Betrieb nicht dauerhaft im Bereich der höchsten theoretischen Belastbarkeit betrieben werden. Zudem können Erdkabel zeitlich beschränkt höhere Übertragungskapazitäten sicherstellen, da sie technisch bedingt höhere thermische Überlastbarkeiten besitzen.

Ein Vergleich einzelner ...

Erdkabel haben die notwendige technische Reife zur Integration in den Netzbetrieb

Im technischen Vergleich weist die Freileitung Vorteile gegenüber einem Erdkabel auf. Freileitungen haben zum Beispiel eine höhere thermische Übertragungskapazität. Die Autoren relativieren diesen Vorteil jedoch, da Stromtrassen im realen Betrieb nicht dauerhaft im Bereich der höchsten theoretischen Belastbarkeit betrieben werden. Zudem können Erdkabel zeitlich beschränkt höhere Übertragungskapazitäten sicherstellen, da sie technisch bedingt höhere thermische Überlastbarkeiten besitzen.

Ein Vergleich einzelner technischer Daten wie der Übertragungskapazität greift nach Ansicht der Autoren deshalb zu kurz. Ein Vergleich der Technologien müsse stets im Zusammenhang mit dem Betriebsregimes des Netzes bzw. des zeitlichen Verlaufs der zu übertragenden Leistungen gesehen werden. Insgesamt bescheinigen die Autoren der Erdkabeltechnologie einen Reifegrad, der die Integration dieser Technologie in den Netzbetrieb ermöglicht. Sie haben keine technischen Bedenken gegen eine Teilverkabelung der notwendigen Stromtrassen.

Repräsentative Ausfallstatistiken von Erdkabeln fehlen aufgrund des sehr geringen Anteils der weltweit verlegten Erdkabel im 380 kV- Übertragungsnetz. Nach bisherigen Erfahrungen besitzen Erdkabel eine geringere Ausfallrate mit einer wesentlich höheren Ausfalldauer im Vergleich zu Freileitungen. Besonders empfindlich sind auf Kabelstrecken die Verbindungsstellen der einzelnen Kabelabschnitte (Muffen). Da ein Großteil der Ausfälle durch Fehler in der Montage verursacht wird, kann dieses Problem nach Einschätzung der Autoren durch gut geschultes und routiniertes Personal minimiert werden. Von den heutzutage genutzten VPE-(vernetztes Polyethylen)-Kabeln ist nach Kenntnis der Autoren noch kein Fall bekannt, in dem es durch ein Versagen der Isolierung des Kabels zu einer Störung kam. Ausfälle durch externe Einwirkungen (z. B. Bagger oder Erdbohrer) könnten durch eine Abschottung der Kabelstrecke mit Beton oder Stahl vermieden werden, wobei dann höhere Investitionskosten berücksichtigen sind.


Gesamtwirtschaftliche Beurteilung einer Teilverkabelung

Eine exemplarische Berechnung ergibt um 1,6 bis 2,4-fache höhere Investitionskosten und um zehn Prozent geringere Verlustkosten bei teilverkabelten Trassen im Vergleich zur reinen Freileitungslösung. Insgesamt zeigt der Variantenvergleich, dass die gesamtwirtschaftlichen Kosten des Ausbaus mit Freileitungen schon bei einer Verzögerung von einem Jahr in vergleichbarer Höhe wie der Ausbau mit Teilverkabelung liegen. Dabei spielen die durch den einjährigen Engpass zu erwartenden Mehrkosten die entscheidende Rolle.

Nach Einschätzung der Autoren können die zusätzlichen Kosten für eine Teilverkabelung von Übertagungstrassen somit akzeptabel sein. Wenn eine Teilverkabelung aufgrund eines beschleunigten Genehmigungsverfahrens zu einem schnelleren Netzausbau und damit zur Vermeidung von Netzengpässen führt, ergibt sich schnell eine gesamtwirtschaftliche Vorteilhaftigkeit. Eine pauschale Vorteilhaftigkeit von Teilverkabelung lasse sich aus dieser Berechnung jedoch nicht ableiten, sondern müsse jeweils fallbezogen ermittelt werden.

Die Autoren empfehlen, die in der Studie entwickelte Methode als Grundlage für zukünftige umfassendere Kostenvergleiche verschiedener Übertragungsvarianten zu verwenden. Sie weisen darauf hin, dass dies nur eine exemplarische Berechnung ohne Allgemeingültigkeit ist. Sie könne nicht für eine reale Kostengegenüberstellung benutzt werden. Zum Beispiel lagen den Autoren keine genauen Kostenwerte für das Countertrading- und Redispatch vor, so dass diese Kosten nur abgeschätzt worden sind. Die realen Kosten liegen aber den Übertragungsnetzbetreibern vor und sollten nach Meinung der Autoren genutzt werden, um die Exaktheit der Schätzungen zu erhöhen.

Zentrale Annahmen und Thesen

Bei der Übertragung von Windenergie aus dem Norden bzw. Nordosten in die Stromverbrauchszentren im Süden gibt es bereits heute Netzengpässe, die zeitweilig eine Reduzierung der Einspeiseleistung der betroffenen Anlagen notwendig machen. Zur Vermeidung von Netzengpässen ist der Ausbau des Übertragungsnetzes notwendig. Aus Kostengründen werden hierfür üblicherweise Freileitungen eingesetzt. Dagegen gibt es jedoch Bedenken in der Öffentlichkeit hinsichtlich Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, die Natur und das Landschaftsbild. Diese führen vermehrt zu Verzögerungen im ...

Bei der Übertragung von Windenergie aus dem Norden bzw. Nordosten in die Stromverbrauchszentren im Süden gibt es bereits heute Netzengpässe, die zeitweilig eine Reduzierung der Einspeiseleistung der betroffenen Anlagen notwendig machen. Zur Vermeidung von Netzengpässen ist der Ausbau des Übertragungsnetzes notwendig. Aus Kostengründen werden hierfür üblicherweise Freileitungen eingesetzt. Dagegen gibt es jedoch Bedenken in der Öffentlichkeit hinsichtlich Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, die Natur und das Landschaftsbild. Diese führen vermehrt zu Verzögerungen im ...

Bei der Übertragung von Windenergie aus dem Norden bzw. Nordosten in die Stromverbrauchszentren im Süden gibt es bereits heute Netzengpässe, die zeitweilig eine Reduzierung der Einspeiseleistung der betroffenen Anlagen notwendig machen. Zur Vermeidung von Netzengpässen ist der Ausbau des Übertragungsnetzes notwendig. Aus Kostengründen werden hierfür üblicherweise Freileitungen eingesetzt. Dagegen gibt es jedoch Bedenken in der Öffentlichkeit hinsichtlich Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, die Natur und das Landschaftsbild. Diese führen vermehrt zu Verzögerungen im Genehmigungsverfahren von Freileitungstrassen.

Die Autoren führen als Alternative zu Freileitungen eine Teilverkabelung mit Erdkabeln an. Sie gehen davon aus, dass Erdkabel von Teilen der Öffentlichkeit bevorzugt werden und damit gegebenenfalls das Genehmigungsverfahren beschleunigt werden kann. Allerdings sind Erdkabel mit höheren Investitionskosten und einigen technischen Nachteilen gegenüber Freileitungen verbunden. Die Autoren wollen mit dieser Studie aufzeigen, dass diese technischen und wirtschaftlichen Bedenken entkräftet werden können. Eine wesentliche These dabei ist, dass ein Vergleich einzelner technischer Daten zu kurz greift und immer das Betriebsregime des Netzes im Ganzen bzw. der zeitliche Verlauf der zu übertragenden Leistungen betrachtet werden muss.

Methodik

Der erste Teil der Studie bietet einen Überblick über die gesetzlichen Rahmenbedingungen und relevanten technischen Normen für den Netzausbau.

Daran schließt eine Bestandsaufnahme des Stands der Technik der elektrischen Energieübertragung und –verteilung in Deutschland an. Es folgen die Diskussion zur Integration der unterschiedlichen Übertragungstechnologien in den bestehenden Netzbetrieb und eine Abschätzung des Reifegrads von Erdkabeln.

Für einen volkswirtschaftlichen Kostenvergleich betrachtet die Studie exemplarisch verschiedene Trassenvarianten für die in der dena-Netzstudie II ...

Der erste Teil der Studie bietet einen Überblick über die gesetzlichen Rahmenbedingungen und relevanten technischen Normen für den Netzausbau.

Daran schließt eine Bestandsaufnahme des Stands der Technik der elektrischen Energieübertragung und –verteilung in Deutschland an. Es folgen die Diskussion zur Integration der unterschiedlichen Übertragungstechnologien in den bestehenden Netzbetrieb und eine Abschätzung des Reifegrads von Erdkabeln.

Für einen volkswirtschaftlichen Kostenvergleich betrachtet die Studie exemplarisch verschiedene Trassenvarianten für die in der dena-Netzstudie II ...

Der erste Teil der Studie bietet einen Überblick über die gesetzlichen Rahmenbedingungen und relevanten technischen Normen für den Netzausbau.

Daran schließt eine Bestandsaufnahme des Stands der Technik der elektrischen Energieübertragung und –verteilung in Deutschland an. Es folgen die Diskussion zur Integration der unterschiedlichen Übertragungstechnologien in den bestehenden Netzbetrieb und eine Abschätzung des Reifegrads von Erdkabeln.

Für einen volkswirtschaftlichen Kostenvergleich betrachtet die Studie exemplarisch verschiedene Trassenvarianten für die in der dena-Netzstudie II definierte Netzregion 22 und die angrenzenden Regionen 23 und 71. Untersucht werden drei verschiedene Trassenkonfigurationen mit verschiedenen Freileitungsarten und unterschiedlichen Verkabelungsalternativen. Für diese Varianten werden jeweils die Investitions- und Verlustkosten berechnet. Basierend auf den Untersuchungen der dena-Netzstudie II werden die Kosten eines einjährigen Netzengpasses in Nordwestdeutschland im Jahr 2020 abgeschätzt. Diese Kosten werden auf die Investitions- und Betriebskosten der Freileitungsvarianten aufgeschlagen, um einen Vergleich der volkswirtschaftlichen Kosten zu ermöglichen.

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