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1975 – Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Cabora Bassa: Gleichstrom über 1.420 km Entfernung
Südliche Kopfstation, um 1975
Wenn elektrischer Strom über größere Entfernungen transportiert werden soll, kommt es durch den ohmschen Spannungsabfall entlang der Leitung zu Energieverlusten, die es möglichst gering zu halten gilt. Ein erster Ansatz zur Minimierung dieser Verluste zielte darauf ab, hohe Wechselspannungen für die Übertragung zu verwenden mit der Folge, dass sich der anteilige Spannungsverlust aufgrund der geringen Stromstärke und des ohmschen Widerstands der Leitung reduziert. Allerdings tritt bei hochgespannten Wechselströmen der sogenannte Skin-Effekt auf, durch den der Strom an den Rand des Leitungsquerschnitts gedrängt wird. Dadurch kann ein Großteil des (Frei)leitungsquerschnitts nicht effizient genutzt werden.
Dieser Effekt lässt sich durch die Verwendung sehr hochgespannten Gleichstroms reduzieren. Dieser Lösungsansatz kam jedoch knapp 100 Jahre lang großtechnisch nicht zum Einsatz: Es fehlte an der Möglichkeit, Wechselströme in hochgespannte Gleichströme (und zurück) zu verwandeln. Entsprechend hatten die Pionierversuche, die René Thury Ende des 19. Jahrhunderts in der Schweiz durchführte, keinen dauerhaften Erfolg.
Erst mit Aufkommen der modernen Halbleitertechnik in den 1960er Jahren ergaben sich praxistaugliche Möglichkeiten durch sogenannte Thyristoren (gesteuerte Halbleiterbauelemente) wirtschaftlich und technisch beherrschbar Wechselströme in Gleichströme (und zurück) zu verwandeln. Bis Ende der 1960er Jahre war die Technik soweit entwickelt, dass man begann, Anfang der 1970er Jahre derartige Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ) auf Entfernungen über 1.000 Kilometern zu planen.
Das Projekt des Wasserkraftwerks Cabora Bassa (Kooperation u. a. von Siemens, AEG und Hochtief) im heutigen Mozambique bot sich für den Einsatz einer solchen HGÜ an. Die Energieübertragung zwischen der Cabora-Bassa-Talsperre im Norden des Landes und dem Großraum Johannisburg in Südafrika über eine Leitungslänge von insgesamt 1.420 Kilometern wären mit konventioneller Drehstrom-Übertragung nicht wirtschaftlich zu realisieren gewesen.
In der Nähe des Wasserkraftwerks wurde bei der Bausiedlung Songo die gleichnamige Stromrichterstation erbaut. Am Ende der Fernleitung entstand die Stromrichterstation Apolle in der Nähe von Johannesburg, wo der hochgespannte Gleichstrom von +/ - 533.000 Volt wieder in Drehstrom für das südafrikanische Verbundnetz zurückverwandelt wurde. Im Mai 1975 wurde die Anlage in Betrieb genommen, erfuhr als Folge von Kriegshandlungen in Afrika jedoch immer wieder Unterbrechungen durch abschnittsweise Zerstörungen der Leitungsanlagen. In diesem Zusammenhang bewährte sich, dass die Verantwortlichen die Anlage mit einer bipolaren Gleichspannung von + / - 533 kV und möglicher Rückleitung über die Erde konzipiert hatten. Denn auch nach Sprengung einer Hälfte der Leitung war die Anlage noch funktionsfähig.
Bei der Anlage Cabora Bassa konnten damals 2.000 Ampere pro Thyristor verarbeitet werden. Das Design der Umrichterstationen verwendete auf Porzellanisolatoren stehende Umrichterelemente in ölgefüllten Containern in Freiluftaufstellung. Ferngesteuert wurden die Umrichterelemente durch Signale, aus Glasfaserkabeln – ebenfalls ein technischer Meilenstein der Technik.
Heute kommen HGU-Anlagen üblicherweise ab Entfernungen von rund 700 Kilometern zum Einsatz, da in Summe die Übertragungsverluste dann geringer sind als bei einer Hochspannungs-Drehstrom-Fernübertragung – trotz der zusätzlich zu berücksichtigenden Verluste in den Stromrichtern. Die HGÜ-Technik findet auch Anwendung bei den großen Windpark-Projekten in der Nordsee (BorWin, HellWin, SylWin) um den Strom über entsprechende Seekabel dem Festland zuzuführen und dort via Umrichterstationen in das Drehstrom-Verbundnetz einzuspeisen.
Mai 2011 – Volker Leiste