Wo diese Technik benötigt wird und wie sie funktioniert. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung erlaubt den Transport hoher elektrischer Energie über weite Entfernungen mit kleineren Verlusten als bei Wechselstromsystemen.
Am Anfang der Elektrifizierung kam es zu einem Wettbewerb der Stromsysteme. Gleichstrom oder Wechselstrom lautete die Frage. Thomas Alva Edison, der Erfinder der Glühbirne, propagierte den Gleichstrom. Sein Konkurrent Gorge Westinghouse favorisierte Wechselstrom.
Die Stärken und Schwächen der Systeme
Elektrischer Strom ist die Bewegung elektrischer Ladungen vom Energieerzeuger zum Energieverbraucher. Beim Gleichstrom bewegt sich dieser Ladungsstrom stets in einer Richtung. Beim Wechselstrom bewegen sich die Ladungen im Rhythmus der Netzfrequenz.
Der wesentliche Vorteil von Wechselstromsystemen ist, dass die Spannung für die Übertragung mit Transformatoren erhöht oder gesenkt werden kann. Das hat bei der Übertragung von elektrischer Energie Vorteile, da höhere Spannungen bei gleicher zu übertragender Energie niedrigere Ströme erzeugen. Die Leitungsverluste sind in erster Näherung proportional der Stromstärke. Allerdings treten bei Wechselstromübertragungen zusätzliche Verluste durch Blindströme auf, die das elektrische und magnetische Wechselfeld bedingen. Dazu kommen noch Verluste des so genannten Skin-Effektes. Denn die Wechselstromübertragung konzentriert sich auf der Außenhaut des Leiters.
Da die Transformation in Gleichspannungsnetzen damals nicht machbar war, aber die Übertragung elektrischer Energie über größere Entfernungen nötig wurde, setzte sich schließlich die Wechselspannung mit Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hertz weltweit durch.
Der Energieaustausch über große Entfernungen
Je länger der Übertragungsweg der elektrischen Energie wird, desto stärker fallen bei einen Wechselstromsystem die Blindleistungsverluste ins Gewicht. Bei gleicher Spannung hat bei größeren Entfernungen eine Gleichstromübertragung wegen geringerer Übertragungsverluste die Nase deutlich vorn.
Und der technische Fortschritt hat mit Halbleitern möglich gemacht, was zu den Zeiten von Edison und Westinghouse um 1880 noch undenkbar war: die Transformation von Gleichstromquellen auf ein höheres Spannungsniveau.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)
Mit diesen Techniken werden heute lange Leitungen mit hoher Übertragungsleistung mit geringen Übertragungsverlusten realisiert. Die reinen Leitungsverluste summieren sich pro 1000 Kilometer einer solchen HGÜ auf rund 3%. Dazu kommen die Verluste bei der Auskopplung aus einem Wechselstromnetz und der Wiedereinspeisung in ein Wechselstromnetz.
Ein realisiertes Beispiel einer HGÜ ist eine Seekabelverbindung zwischen Norwegen und den Niederlanden. Diese Verbindung ist 580 Kilometer lang und verursacht einen gesamten Verlust von 3,7% der eingespeisten Energie. Eine vergleichbare Wechselstromverbindung würde sehr viel höhere Verluste mit sich bringen und wäre als Kabelverbindung nur mit erheblichem Mehraufwand realisierbar.
Die Bedeutung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
Die Übertragung mit sehr hoher Leistung und/oder über längere Strecken ist die Stärke der HGÜ. Sie hat außerdem noch den großen Vorzug, dass sie auch als Kabelverbindung wirtschaftlich realisierbar ist. Die Verfügbarkeit von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen ist eine Voraussetzung für die Verbindung von Stromerzeugern in Nordafrika und Nahost mit den Stromverbrauchern in Europa, die unter dem Stichwort Desertec projektiert wird.