Umbau des Netzknotens Kühmoos

Technologie und Umwelt

Funktionsweise von Umspannwerken

Für einen effizienten Stromtransport von den Erzeugern zu den Verbrauchern in die Regionen werden Höchstspannungsleitungen auf der Ebene von 220 Kilovolt oder 380 Kilovolt eingesetzt. In den Regionen vor Ort wird der Strom in das sogenannte Verteilnetz eingespeist. Dieses wird auf der Ebene der Mittelspannung üblicherweise mit 30 Kilovolt oder weniger betrieben.
Um den Strom zwischen den unterschiedlichen Spannungsebenen der Übertragungsleitungen zu transferieren, werden sogenannte Umspannwerke eingesetzt. Umspannwerke bestehen neben Transformatoren aus Schaltanlagen und weiteren Einrichtungen zur Mess- und Regeltechnik. Die Transformatoren haben die Aufgabe, eine Spannung von einer höheren in eine niedrigere Spannungsebene umzuwandeln und umgekehrt.


Funktionsweise des Pumpspeicherkraftwerks Wehr und seine Rolle bei der Energieversorgung

Das Umspannwerk Kühmoos regelt den Energietransport von und zu dem Pumpspeicherkraftwerk Wehr der Schluchseewerke AG. Das Kraftwerk Wehr wurde zwischen den Jahren 1968 und 1976 gebaut und ist über eine 6,5 Kilometer lange 380-Kilovolt-Freileitung mit dem Umspannwerk Kühmoos verbunden. Es zählt mit einer Erzeugungskapazität von 910 Megawatt zu den leistungsfähigsten Wasserkraftwerken in Deutschland.
Das Pumspeicherkraftwerk Wehr verfügt über einen oberen Wasserspeicher (das Hornbergbecken) und einen 630 Meter tiefer gelegenen, unteren Wasserspeicher (das Wehrabecken). Die beiden Becken sind über ein sogenanntes Kavernenkraftwerk verbunden, das sich tief im Felsgestein zwischen den Speicherbecken befindet.
Im Falle eines kurzfristigen Energiebedarfs wird Wasser aus dem Hornbergbecken durch Rohrleitungen über vier große Kraftwerksturbinen geleitet und im unteren Wehrabecken aufgefangen. Dabei durchströmt das Wasser die Turbinen, die Generatoren antreiben und somit Strom erzeugen.
Wenn der Energiebedarf gering ist, werden mit überschüssiger, elektrischer Energie leistungsfähige Pumpen angetrieben, die Wasser aus dem unteren in den oberen Speicher zurückpumpen. In diesem Prozess verbrauchen die elektrischen Maschinen überschüssigen Strom und befüllen dadurch das obere Speicherbecken für den nächsten Einsatz mit Wasser.


Im Stromnetz erfüllen Pumspeicherkraftwerke folgende wichtige Funktionen:
Pumspeicherkraftwerke stellen sogenannte Regelleistung bereit, indem sie, zum Beispiel bei hohem Strombedarf in den frühen Morgenstunden, kurzfristig Strom ins Netz einspeisen können und bei geringem Energieverbrauch überschüssigen Strom aus dem Netz nehmen. Sie gewährleisten das Gleichgewicht aus bereitgestellter Leistung und dem Verbrauch. Außerdem halten sie die erforderliche Netzfrequenz von 50 Hertz stabil.
Pumspeicherkraftwerke sind „schwarzstartfähig“. Das heißt, dass zum Anfahren des Kraftwerks kein Strom benötigt wird. Bei einem großflächigen Stromausfall haben Pumpspeicherkraftwerke deshalb eine hohe Bedeutung, da mit ihrer Hilfe die Stromversorgung umgehend wiederhergestellt werden kann.

Unterschied zwischen gasisolierten Schaltanlageen (GIS) und luftisolierten Freiluftschaltanlageen (AIS)

Am Netzknoten Kühmoos werden die bestehenden luftisolierten 380-Kilovolt-Schaltfelder durch besonders platzsparende gasisolierte 380-Kilovolt-Schaltanlagen (GIS) ersetzt.Der Vorteil einer gasisolierten Schaltanlage (GIS) gegenüber einer luftisolierten Freiluftschaltanlage (AIS) besteht in ihrer Kompaktheit: Eine GIS-Anlage benötigt nur ein Fünftel der Fläche einer entsprechenden AIS-Anlage.
TransnetBW betreibt gasisolierte Schaltanlagen unter anderem bereits an den Standorten Bruchsal, Großgartach und Wendlingen. Im Zuge des Ausbaus der Umspannwerke in Baden-Württemberg werden in mehreren Umspannwerken neue, raumsparende gasisolierte Schaltanlagen errichtet und in Betrieb genommen.

Welche Rolle spielt die sogenannte Blindleistung im Netz?

Für die Energieübertragung mit Wechselstrom ist Blindleistung unverzichtbar. Mit ihrer Hilfe kann die Spannung im Übertragungsnetz bedarfsgerecht angehoben oder abgesenkt werden, so dass die Netzspannung frei von Schwankungen bleibt und die Netzstabilität gesichert wird. Zu diesem Zweck wurden bisher vor allem Generatoren in großen Kraftwerken eingesetzt. Da diese im Zuge der Energiewende nach und nach vom Netz gehen, setzt TransnetBW für die Bereitstellung von Blindleistung verstärkt auf eigene Anlagen und neue Technologien. Zur Spannungsreduzierung werden Kompensationsdrosselspulen eingesetzt, zum Erhöhen der Spannung Kompensationskondensatoren (MSCDN-Anlagen). STATCOM-Anlagen können sowohl spannungsreduzierend, als auch spannungserhöhend wirken und stabilisieren die Spannung im Netz in beide Richtungen.

Funktionsweise einer STATCOM-Anlage (Static Synchronous Compensator)

STATCOM-Anlagen können in Abhängigkeit der jeweiligen Netzsituation eine Spannung generieren und Blindleistung liefern, die je nach Bedarf die Netzspannung reduziert oder erhöht. Diese dynamisch bereitgestellte Blindleistung stabilisiert die Spannungsschwankungen im Netz und sichert die Netzstabilität.
TransnetBW plant am Netzknoten Kühmoos eine Weiterentwicklung der bisherigen STATCOM-Technologie einzusetzen, die sogenannte STATCOM Gridforming (STATCOM-GFM). Sie erweitert die konventionelle STATCOM um netzbildende Eigenschaften (Gridforming), mit denen der Rückgang der bisher verfügbaren Generatoren in den Großkraftwerken im Netz von TransnetBW kompensiert werden kann. Der Energiespeicher ist die Voraussetzung für die Wirkleistungseinspeisung und damit die Gridforming-Fähigkeit.

Funktionsweise einer Kompensationskondensatoranlage - MSCDN (Mechanical Switched Capacitor with Damping Network)

Eine Kompensationskondensatoranlage besteht aus miteinander verschalteten Kondensatoren und einer Filteranlage zur Dämpfung von elektrischen Oberschwingungen. Kompensationskondensatoranlagen werden auch Blindleistungskompensationsanlagen genannt, da sie Blindleistung, die auf der Höchstspannungsebene die Übertragungsnetze und Transformatoren belastet, in das Netz einspeisen kann. Durch eine gleichmäßige Verteilung dieser Anlagen im Netz wird ein regionaler Ausgleich erreicht und der Transport von Blindleistung über weite Strecken vermieden. Dadurch können die Kapazitäten der Leitungstrassen effizient für den Energietransport genutzt und gleichzeitig die Spannung stabil gehalten werden. Letztlich sorgen die in Umspannwerken installierten Kompensationskondensatoranlagen dafür, dass mehr Strom transportiert und das Netz besser ausgelastet werden kann.

Kondensatorenanlage im Umspannwerk Engstlatt


Mensch & Natur

TransnetBW ist bestrebt, die Auswirkungen auf Menschen, Umwelt und Natur so gering wie möglich zu halten. Dabei halten wir als Übertragungsnetzbetreiber alle vorgegebenen Immissionsgrenzwerte sicher ein und werden diese sogar unterschreiten. Für die Modernisierung des Netzknotens brauchen wir keine zusätzlichen Flächen. Im Westen des Netzknotens rücken wir mit unseren Stromleitungen von der Wohnbebauung in Egg ab. Außerdem reduzieren wir die Anzahl der erforderlichen Maststandorte rund um den Netzknoten. Wir vermeiden somit räumliche Konflikte und schonen ökologisch sensible Bereiche.

Im Rahmen der formellen Verfahren ermitteln Umweltgutachter die Auswirkungen auf Mensch, Natur und Umwelt. Diese Erkenntnisse fließen in die Planungen ein und dienen der Vermeidung oder Minimierung von Auswirkungen, zum Beispiel durch die Reduktion von Baulärm. Ermittelt, beschrieben und bewertet werden die Auswirkungen des Vorhabens auf folgende Schutzgüter sowie die Wechselwirkung zwischen diesen Schutzgütern:

  • Menschen, einschließlich der menschlichen Gesundheit
  • Tiere, Pflanzen und die biologische Vielfalt
  • Boden
  • Wasser
  • Luft
  • Klima
  • Landschaft
  • Kulturgüter und sonstige Sachgüter

Im Rahmen der Genehmigungsverfahren prüft TransnetBW die Auswirkungen auf die einzelnen Schutzgüter und schlägt Maßnahmen zur Minderung von Auswirkungen vor.



Umgang mit Immissionen

Geräusche

Unter bestimmten Wetterbedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit wie beispielsweise Regen, Schnee oder Nebel können in geringer Entfernung zu Freileitungen sogenannte Koronaentladungen wahrgenommen werden. Dieses als Knistern oder Brummen zu hörende Geräusch entsteht bei Ionisation der Luft durch elektrische Entladung. Freileitungen und Umspannwerke werden so geplant, dass die nach der technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) maßgeblichen Immissionsrichtwerte eingehalten bzw. möglichst unterschritten werden.

Elektrische und magnetische Felder

Jede elektrische Ladung ist von einem elektrischen Feld umgeben. Dieses elektrische Feld existiert bereits, wenn Elektrogeräte (unter anderem Haartrockner, Bügeleisen, Computer und Fernseher) mit einem Kabel an das Stromnetz angeschlossen sind. Je höher die Spannung, desto größer ist das elektrische Feld. Wird das Gerät eingeschaltet und der Strom fließt, entsteht zusätzlich ein magnetisches Feld. Bei Wechselstromleitungen – wie am Netzknoten Kühmoos – entstehen elektrische und magnetische Wechselfelder. Der Gesetzgeber schreibt vor, dass bei neu errichteten Anlagen die Möglichkeiten zur Minimierung der elektrischen und magnetischen Felder nach dem Stand der Technik auszuschöpfen sind.

Deshalb gibt es exakte Grenzwerte für elektrische und magnetische Felder, die Betreiber für Anlagen der Stromversorgung einhalten müssen. Diese Werte sind so ausgelegt, dass sie vor gesundheitlichen Beeinträchtigungen schützen. Bei jedem unserer Bauvorhaben – ob für eine Freileitung oder ein Umspannwerk − sind wir verpflichtet, alle gesetzlichen Vorgaben und Grenzwerte einzuhalten. Nur so erhalten wir von der zuständigen Behörde eine Genehmigung für das jeweilige Projekt.


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