Energienetze: Wechselspannung vs Gleichspannung

[Frage]

Hallo,

bekanntlich haben wir - ich meine sogar weltweit - ein Wechselstromnetz.
Nun habe ich schon des öfteren Berichte gelesen die ein Gleichstromnetz favorisieren. Besonders für den Stromtransport von den geplanten Offshore-Windkraftanlagen an das Land. Was ich nicht verstanden habe, weil es auch nicht richtig erklärt wurde, warum Gleichstrom besser sein sollen. Sind due Verluste durch das ständige Beschleunigen und Abbremsen der Elektronen wirklich so hoch?

Auch letzte Woche war in solcher Hauswurfzeitung ein Bericht enthalten:

So liegt der Gedanke nahe, mit einem Gleichstromnetz im Haus eine Vielzahl an Netzteilen einsparen zu können, wenn man die Verbraucher direkt an die Gleichspannung anschließen kann. Neben dem Kostenvorteil erhöht sich auch die Effizienz, da die Umwandlungsverluste nur noch an einem optimierten zentralen Netzteil anfallen.

Ein weiterer Vorteil wäre, dass Strom aus PV-Anlagen direkt ins Hausnetz eingespeist werden kann, ebenso wie der Strom aus regenerativ gespeisten Batterien.

Gut bei PV-Anlagen könnte ich noch Vorteile erkennen, aber den ersten Absatz halte ich für fragwürdig, da man es mit unterschiedlichen Spannungen zu tun hat. Ich lade mein Handy nicht mit 230V, sondern 5V und meine LED-Leuchten haben 12V. Daher kommt mir die Aussage recht dahergeholt vor, auf Netzteile verzichten zu wollen.

Vorgeschlagen wurde auch eine Spannung von 12 V bis 50 V, da diese nicht sonderlich geschützt werden muss. Bei einem Herd stell ich mir es sportlich vor. Wie dick müssten die Leitungen bei 9KW Leistung sein?

Auch wurde auf die Versorgung über Computernetzwerken "Power over Ethernet" verwiesen. Das ist doch Humburg oder!

mfG
Fragender

 

[werner_1]

Kurze Antwort: Bei Wechsel- und Drehstrom sind die Übertragungsverluste der Leitungen höher als bei Gleichstrom (hat nichts mit Beschleunigung usw. zu tun).

Den restlichen Blödsinn der Zeitung hast du richtig erkannt.

 

[bigdie]

Naja das sind ja nun gleich mehrere Fragen. HGÜ also Hochspannungsgleichstromnetze sind perfekt geeignet große Leistungen über lange Distanzen zwischen 2 Punkten zu übertragen und das nicht nur per Freileitung sondern auch in Kabeln. Nicht geeignet sind sie für ein Verteilnetz. Verluste in Kabeln sind bei Wechselspannung um vieles höher. Außerdem kann man die gleiche Leitung bei DC mit der 1,4 mal so hohen Spannung betreiben. Es gibt sogar HGÜ, die haben 2 Leiter und man kann dabei einen als + und den 2. als - im Normalbetrieb nutzen. Wenn man in Spitzenzeiten die übertragbare Leistung verdoppeln will, nimmt man beide Leiter parallel und die Rückleitung geht über die Erde.

Gut bei PV-Anlagen könnte ich noch Vorteile erkennen, aber den ersten Absatz halte ich für fragwürdig, da man es mit unterschiedlichen Spannungen zu tun hat. Ich lade mein Handy nicht mit 230V, sondern 5V und meine LED-Leuchten haben 12V

Das denkst du, der Akku deines Handys hat 3,6V oder auch 7,2 und hat 4,2V Ladeschlussspannung oder 8,4. und deine LEDs in den Led Leuchten gehen auch nicht mit 12V. Die Spannung wird also in allen elektronichen Geräten gewandelt. Es ist aber viel einfacher das ohne galvanische Trennung und ohne sichere Trennung vom Netz zu machen. Natürlich fünktioniert das nicht bei Großverbrauchern wie einem Herd. Aber so ganz neu ist das Ganze auch nicht. in einem Wohnmobil z.B. hast du auch ein 12V-Netz evtl. sogar mit Photovoltaik und der Herd läuft mit Gas.
Man kann also durchaus über 2 Spannungsebenen in einem Haus nachdenken. ist auf alle Fälle effizienter als Photovoltaik mit Akku 12/24V und danach ein Wechselrichter auf 230 und dann wieder ein Netzteil auf 12 für deine LEDs oder 5V fürs Handy.
PoE ist zwar einfach und praktisch für verschiedene Sachen, aber effizient ist es aufgrund der Verluste in der Leitung sicher nicht.

 

[Frage]

Hallo,

aber warum haben Höchststromgleichstromnetze einen besseren Wirkungsgrad? Und wie transformieren die denn diese hohe Spannung und Leistung? Trafo geht ja nicht.

Und wenn die soviel verlustärmer sind, warum sind denn die großen Überlandleitungen Wechselspannungsleitungen? Und wie wandeln die denn den Gleichstrom in Wechselspannung um, um diesen in das bestehende Netz einspeisen zu können?

mfG
Fagender

 

[Henkel060782]

Von Gleichspannung zur Wechselspannung geht es mit einem Wechselrichter wie bei einer Solaranlage. Nur Größer.

Der Film sollte helfen.

https://www.youtube.com/watch?v=036Xwz_vEPc

http://de.wikipedia.org/wiki/Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

 

[Henkel060782]

Beim Techniscen Hintergrund des Wiki eintrages ist es recht gut erklärt.

 

[bigdie]

Hallo,

aber warum haben Höchststromgleichstromnetze einen besseren Wirkungsgrad? Und wie transformieren die denn diese hohe Spannung und Leistung? Trafo geht ja nicht.

Die Gleichspannung wird nicht transformiert. Die Wechselspannung transformiert man auf die benötigte Höhe richtet gleich und speißt ein. Am anderen Ende kommt dann ein Wechselrichter und danach wird wieder Transformiert. Wenn Transport in beide Richtungen gebraucht wird, dann ist Gleichrichter und Wechselrichter auch oft kombiniert.

Und wenn die soviel verlustärmer sind, warum sind denn die großen Überlandleitungen Wechselspannungsleitungen?

Eben weil Verteilung und Ringförmige Netze nicht möglich ist. Unser Versorgungsnetz ist keine Einbahnstraße sondern besteht aus vielen parallelen Trassen und bei Wechselstrom kann man z.B. den Strom bei 3 parallelen Trassen genau auf die Leistungsfähigkeit der Trassen anpassen. Bei DCginge das nur über den Widerstand. Wenn die eine Trasse also 100km lang ist und die andere 200km dann wird der Strom über die kürzere fließen und diese überlasten bei Parallelschaltung.

Und wie wandeln die denn den Gleichstrom in Wechselspannung um, um diesen in das bestehende Netz einspeisen zu können?

mfG
Fagender

Früher mit Thyratrons oder Ignitrons, das sind steuerbahre Quecksilbergleichrichter. Heute mit Thyristoren. Diese werden zur erhöhung der Spannung in Reihe geschalten und optisch über glasfaser synchron angesteuert. Alles ziemlich aufwändig, deshalb lohnt sich das auch nur bei großen Strecken bzw. hoher Leistung. Es gibt allerdings auch noch eine Anwendung über die kaum einer redet, das ist das koppeln unterschiedlicher Netze. 1990 wurde z.B. eine relativ kurze HGÜ zwischen Bayern und Tschechien gebaut, weil die Frequenzen des Ostverbundes (Russland und der EU) nicht synchron laufen. Mittlerweile hängt Tschechien am EU Netz und die HGÜ ist wieder demontiert.

 

[Henkel060782]

Es gibt allerdings auch noch eine Anwendung über die kaum einer redet, das ist das koppeln unterschiedlicher Netze. 1990 wurde z.B. eine relativ kurze HGÜ zwischen Bayern und Tschechien gebaut, weil die Frequenzen des Ostverbundes (Russland und der EU) nicht synchron laufen. Mittlerweile hängt Tschechien am EU Netz und die HGÜ ist wieder demontiert.

Und wieder was dazu gelernt das wußte ich selbst noch nicht. Bin dafür mit meinen 32J wohl zu jung :lol:

 

[Frage]

Hallo,

interessantes, aber komplexes Thema.
Aber in einem Bericht wird das Einleitersystem als Vorteil dargestellt, da es Material soaren soll, in einem anderen das Dreileitersystem aus dem gleichen Grund. Es kann ja nicht beides richtig sein?

mfG
Fragender

 

[Octavian1977]

Wie bereits erwähnt ist das Thema komplex.

Aus der Historie betrachtet, war es in der Vergangenheit einfacher Wechselstrom herzustellen und auch mittels Transformatoren auf verschiedene Höhen zu bringen.

Mit der Entwicklung der Halbleitertechnik ist es bei Gleichstrom genauso einfach die Höhe der Spannung zu variieren, sogar effizienter als mit herkömmlichen Spulentrafos bei Wechselspannung.

Beim Dreileiternetz benötigt man für 3 Phasen nur einen Rückleiter und spart sich somit pro System je 2 Adern.

Bei Gleichstrom funktioniert das nicht so, ist aber auch nicht nötig.

Bei Wechselstrom geht auf dem Transportweg einiges an Energie verloren. Die Leitung bildet mit der Erde einen Kondensator über den Strom fließt und somit Energie verloren geht. Bei Gleichstrom fehlt dieser Verlust.

Aus heutiger Sicht wäre ein komplettes Gleichstromnetz deutlich besser, aber das umzustellen wäre der Wahnsinn, Es müßte ja die gesamte Elektrik umgestellt werden.

 

[bigdie]

Wie bereits erwähnt ist das Thema komplex.

Aus der Historie betrachtet, war es in der Vergangenheit einfacher Wechselstrom herzustellen und auch mittels Transformatoren auf verschiedene Höhen zu bringen.

Mit der Entwicklung der Halbleitertechnik ist es bei Gleichstrom genauso einfach die Höhe der Spannung zu variieren, sogar effizienter als mit herkömmlichen Spulentrafos bei Wechselspannung.

Das trifft zwar auf der Hausebene zu, bei der Hochspannung ist es trotz Halbleitertechnik sehr komplex und sehr teuer. Und das Schalten der HGÜ ist noch völlig ungelöst, deshalb und aus anderen Gründen gibt es das bisher auch nur als Punkt zu Punktverbindung und nicht als verzweigtes Netz

Beim Dreileiternetz benötigt man für 3 Phasen nur einen Rückleiter und spart sich somit pro System je 2 Adern.

Beim 3 Leiternetz benötigt man 3 Leiter ohne eine Rückleitung

 

[werner_1]

Und das Schalten der HGÜ ist noch völlig ungelöst, ....

Nicht ganz.

ABB hat vor Kurzem den ersten HGÜ-Schalter vorgestellt.

 

[bigdie]

Trotzdem brauchst du zumindest an einem Ende jeder Leitung wieder den ganzen Aufwand mit der Elektronik. Ein Maschennetz ist praktisch unmöglich weil du nicht so einfach die Stromaufteilung in den einzelnen Zweigen steuern kannst

 

[werner_1]

Trotzdem brauchst du zumindest an einem Ende jeder Leitung wieder den ganzen Aufwand mit der Elektronik.

Das habe ich nie bestritten!

Ein Maschennetz ist praktisch unmöglich weil du nicht so einfach die Stromaufteilung in den einzelnen Zweigen steuern kannst

Wie wird denn in Drehstromnetzen die Stromverteilung in den Zweigen gesteuert?

 

[bigdie]

Über Veränderung der Phasenverschiebung lässt sich das steuern. und bei DC gibt es sowas nicht.

 

[werner_1]

... und bei DC gibt es sowas nicht.

Ach neee! :roll:

 

[Frage]

Über Veränderung der Phasenverschiebung lässt sich das steuern. und bei DC gibt es sowas nicht.

Das habe ich nicht verstanden.
Ich stelle dass mir jetzt so vor. Es laufen ein paar hundert km zwei unterschiedliche Leitungen von Punkt A nach B. Die eine ist etwas länger als die andere, dafür dicker und kann mehr Last tragen.
Und jetzt wird einfach die Phase verschoben, damit durch die eine weniger Leistung durchgeht als durch die andere :?: Und wie steuert man das? Die Leitungen sind ja fest miteinander verbunden. Ist da irgendeine Spule die bremst. wird die Phase untereinander L1,L2, L3 verschoben oder zu der anderen Leitung?

Was passiert bei unterschiedlichen Laufzeiten in einem Maschennetz? Kann da nicht ein Kurzschluß entstehen, wenn die so lang ist, dass due Phase um 180° verschoben ist? Der Strom dann intern im Netz vernichtet wird.

mfG
Fragender

 

[Frage]

Hallo,

gibt es irgendwo einen Link / Video, wo erklärt wird, wie es mit dieser Phasenverschiebung zwecks Lastverteilung in Stromnetzen funktioniert. Ich kann mir es so nicht vorstellen, wie es geht. Würde mich aber interessieren.

mfG
Fragender

 

[bigdie]

Sieh mal hier unter Lastflusssteuerung
http://de.wikipedia.org/wiki/Maschennet ... sorgung%29

 

[Frage]

Gelesen: Ja. Verstanden: Nein.
Gibt es darüber denn kein Lehrfilm?

mfG
Fragender