Enthüllt exklusiv die Vergangenheit und Gegenwart der Ultrahochspannung in China (zweite Hälfte)

UHV ist für China die Eroberung des „Mount Everest“ der Elektrizität und ein „Neuanfang bei Null“.

Seit 2004 hat die State Grid Corporation of China Dutzende wissenschaftliche Forschungseinrichtungen und Universitäten, über 200 Gerätehersteller, über 500 Baueinheiten und Hunderttausende Menschen organisiert, um an der UHV-Grundlagenforschung, der Technologieforschung und -entwicklung, der Geräteentwicklung, dem Systemdesign, der Testverifizierung, der technischen Konstruktion sowie der Inbetriebnahme und dem Betrieb teilzunehmen. Dabei wurden 310 Schlüsseltechnologien bewältigt und Probleme von Weltrang wie Überspannungs- und Isolationskoordination, elektromagnetische Umgebungskontrolle und Sicherheitskontrolle für hybride UHV-Wechselstrom- und Gleichstromstromnetze gelöst.

Um die Sicherheit des Stromnetzes zu beurteilen, nutzen Länder weltweit Simulationsrechnungen als Bewertungsgrundlage. Das China Electric Power Research Institute hat die weltweit fortschrittlichste Simulationsplattform für Stromsysteme entwickelt. Sie ermöglicht Simulationen an ultragroßen, hybriden Hochspannungs-Wechselstrom- und -Gleichstromsystemen, darunter Stromnetze von 220 kV bis 1.000 kV, 2.258 Generatoren, 35.932 Leitungen und 11.547 Knoten. Panorama-Simulationsrechnungen simulierten über 100.000 Fehlerzustände und Betriebsarten und bestätigten so die Sicherheit und Zuverlässigkeit des UHV-Stromnetzes.

Im Jahr 2010, als die Kontroverse um das „Sanhua“-Stromnetz ihren Höhepunkt erreichte, beauftragte der Expertenbeirat der Nationalen Energiekommission Experten und Wissenschaftler, am China Electric Power Research Institute (CEI) Forschungen durchzuführen. Durch Simulationsrechnungen und den Vergleich mehrerer Optionen gelangte das CEI zu der Überzeugung, dass das synchrone Stromnetz „Drei China“ keine Entscheidung zwischen Gut und Böse, sondern eine unausweichliche Entscheidung für die Entwicklung des Stromnetzes darstellt.

Die Lokalisierung von UHV-Geräten erfordert fortschrittliche Testbedingungen. China verfügt derzeit über ein UHV-Test- und Forschungssystem mit dem weltweit höchsten Spannungsniveau, der fortschrittlichsten Technologie und den umfassendsten Funktionen. Dank unabhängiger Innovationen konnte China erfolgreich Einzeltransformatoren, Gleichstromwandler und Gleichstromwandler mit dem weltweit höchsten Spannungsniveau und der größten Kapazität entwickeln. Wandlertransformatoren, Schaltanlagen mit dem höchsten Ausschaltvermögen und über 100 Artikel in 21 Kategorien, darunter die ersten UHV-Schlüsselgeräte, wurden im Inland produziert.

„Man erkennt das enorme Innovationspotenzial erst, wenn man in einer Sackgasse steckt.“ So entstanden viele Schlüsselkomponenten der UHV-Technologie. Der Thyristor ist die „CPU“ der UHV-Gleichstromübertragung und bestimmt die Übertragungskapazität. Damals gab es zwei Varianten: 5 Zoll und 6 Zoll. Die meisten Experten sind der Meinung, dass die 5-Zoll-Thyristortechnologie ausgereift ist und im Inland produziert werden kann, während der 6-Zoll-Thyristor weder im Inland noch im Ausland hergestellt und eingesetzt wird. Es ist daher sehr schwierig, sich auf unabhängige inländische Forschung und Entwicklung zu verlassen. „Ich bestand damals auf der 6-Zoll-Lösung, obwohl es innerhalb der State Grid Corporation of China zu internen Problemen kam. Die Genossen hatten tatsächlich Angst vor Schwierigkeiten und befürchteten, dass sie keinen Erfolg haben würden. Aber wie kann man auf so einfache Weise eine internationale Führungsposition einnehmen?“, erinnert sich Liu Zhenya an diese Erfahrung.

Aus heutiger Sicht war die 6-Zoll-Lösung die richtige Wahl. Der 6-Zoll-Thyristor erhöht die Stromflusskapazität von 3000 Ampere des 5-Zoll-Thyristors auf über 6000 Ampere. Die ±1100-kV-UHV-Gleichstromleitung Xinjiang Zhundong-Wannan ist 3.324 Kilometer lang und verfügt über eine Übertragungskapazität von 12 Millionen Kilowatt. Zukünftig wird die Übertragungsdistanz der ±1100-kV-UHV-Gleichstromleitung 6.000 Kilometer und die Übertragungskapazität 15 Millionen Kilowatt erreichen.

Gerade auf der Grundlage seines Innovationsgeistes hat China das weltweit erste technische UHV-Standardsystem mit vollständig unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum entwickelt. Es umfasst einen vollständigen Satz technischer Standards und Spezifikationen für UHV-AC- und DC-Projekte – von der Planung über die Fertigung, den Bau und die Inbetriebnahme bis hin zu Betrieb und Wartung. Chinas UHV-Wechselspannung ist zu einem internationalen Standard geworden.

Der Erfolg der UHV-Technologie hat zu einer umfassenden Modernisierung der Elektrogeräteindustrie meines Landes geführt und die globale Expansion der UHV-Industrie meines Landes ermöglicht. 2014 und 2015 gewann die State Grid Corporation of China die Ausschreibung für die erste und zweite Phase des UHV-Gleichstromübertragungsprojekts des brasilianischen Wasserkraftwerks Belo Monte. Beide Projekte sind mittlerweile abgeschlossen und laufen sicher und stabil.

Im Jahr 2008 veröffentlichte Reuters einen Artikel, in dem es hieß, China plane den Bau eines Ultrahochspannungsnetzes bis 2020. Dieser Plan „überrascht westliche Länder, die ihre alten Stromnetze bisher nur langsam modernisiert haben.“

Tikhateev, Direktor des russischen Föderalen Instituts für Elektrotechnische Forschung und Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften, vergoss zweimal Tränen, als er Chinas UHV-Ergebnisse sah. Obwohl UHV in der ehemaligen Sowjetunion früher begann, erreichte China schließlich die Spitze der Weltenergietechnologie. Enttäuschung und Bedauern waren daher unvermeidlich.

Smog-„Katalysator“. Im Jahr 2011 kam der UHV-Bau regelrecht auf die Überholspur und war untrennbar mit einem plötzlichen Dunst verbunden.

Damals veröffentlichte der Staat einen Bericht, in dem es hieß, dass die installierte Leistung und Stromerzeugung der Windkraftanlagen in den „Drei Nord“-Regionen Nordost-, Nord- und Nordwestchinas zwar mehr als 851 TP3T der gesamten Windkraftleistung des Landes ausmachten, die Situation der Windkrafteinschränkungen jedoch relativ ernst war. Im Jahr 2011 beliefen sich die Windkrafteinschränkungen in den „Drei Nord“-Regionen auf 12,3 Milliarden Kilowattstunden, was einem Verlust von rund 6,6 Milliarden Yuan an Stromkosten entsprach.

Einerseits kommt es zu plötzlichem Smog, andererseits zu einer erheblichen Verschwendung sauberer Energie. Von der Genehmigung neuer UHV-Leitungen war allerdings um das Jahr 2011 noch keine Rede.

In dieser Zeit schlugen einige Leute vor, dass nur UHV-Gleichstrom entwickelt werden müsse, UHV-Wechselstrom hingegen nicht, und lehnten den Bau des UHV-Wechselstromnetzes „Sanhua Synchronous Grid“ ab.

„Wechsel- und Gleichstrom haben unterschiedliche Funktionen und Funktionen, genau wie Männer und Frauen, nur eben mit unterschiedlichem Geschlecht. Es gibt keinen Unterschied zwischen Vor- und Nachteilen“, betonte Liu Zhenya. Tatsächlich ist das Wechselstromnetz, egal ob im Inland oder im Ausland, das wichtigste Element. UHV-Gleichstrom ist wie ein riesiges 10.000-Tonnen-Schiff, und das UHV-Wechselstromnetz ist wie ein Tiefwasserhafen. Um ein riesiges 10.000-Tonnen-Schiff zu bauen, muss ein Tiefwasserhafen gebaut werden. Wenn nur UHV-Gleichstrom und nicht Wechselstrom entwickelt wird, entsteht eine Struktur aus „starkem Gleichstrom und schwachem Wechselstrom“. Wechselstromfehler können leicht zu Kommutierungsfehlern im Gleichstromsystem führen oder sogar mehrere Gleichstromfehler gleichzeitig, was zu großflächigen Stromausfällen führt.

Im September 2013 schlug der Staatsrat im „Aktionsplan zur Vermeidung und Kontrolle der Luftverschmutzung“ vor, den Kohleverbrauch in den Regionen Peking-Tianjin-Hebei, Jangtse- und Perlflussdelta sowie anderen Regionen zu senken und den Anteil externer Stromübertragung schrittweise zu erhöhen. Am 12. Februar 2014 wurde auf der Exekutivsitzung des Staatsrats zur Untersuchung und Umsetzung verstärkter Maßnahmen zur Luftverschmutzungskontrolle die Umsetzung regionsübergreifender Stromübertragungsprojekte ausdrücklich gefordert.

Am 18. April schlug die neue Nationale Energiekommission auf ihrer ersten Sitzung die Entwicklung von Technologien zur Fern- und Hochleistungsstromübertragung sowie den Bau mehrerer Ultrahochspannungskanäle vor. Im Mai schlug China im Rahmen des Aktionsplans zur Luftreinhaltung und -kontrolle vor, den Bau von zwölf wichtigen Übertragungskanälen zu beschleunigen. Die State Grid Corporation of China war für den Bau von elf Übertragungsprojekten verantwortlich, darunter acht Ultrahochspannungsprojekte. Alle Projekte wurden am 25. Dezember 2017 in Betrieb genommen.

Im Jahr 2018 wurde auf der Zentralen Wirtschaftskonferenz erstmals eine neue Infrastruktur vorgestellt, und UHV wartet möglicherweise auf den Frühling. Am 3. September erstellte die Nationale Energiebehörde einen UHV-Genehmigungsplan: 12 UHV-Projekte mit einer Gesamtübertragungskapazität von 57 Millionen Kilowatt.

Es ist absehbar, dass dem UHV-Stromnetz, das „mit der Entwicklung und Nutzung sauberer Energie im Westen und der Dunstkontrolle im Osten und in der Mitte verbunden ist“, sicherlich immer mehr Aufmerksamkeit zuteil wird.

UHV, Hochgeschwindigkeitszüge und 5G sind Beispiele für bedeutende technologische Innovationen in den drei Kernindustrien Chinas – Energie, Verkehr sowie Information und Kommunikation. Zu Beginn dieses Jahrhunderts begannen Chinas Hochgeschwindigkeitszüge und UHV fast zeitgleich. 2004 führte das Land den Plan für Hochgeschwindigkeitszüge mit vier vertikalen und vier horizontalen Linien ein, später folgte der Plan für acht vertikale und acht horizontale Linien. Die Entwicklung von 5G ist in vollem Gange.

Im Vergleich zu Hochgeschwindigkeitszügen und 5G besteht jedoch noch immer eine erhebliche Lücke bei der landesweiten Abdeckung des UHV-Stromnetzes. Nach mehr als zehn Jahren Entwicklung schwebt das Damoklesschwert der „starken und schwachen Verbindungen“ des UHV-Stromnetzes über unseren Köpfen.

Liu Zhenya ist der Ansicht, dass die Auslastung einiger UHV-Gleichstromprojekte gering ist. Dies liegt entweder daran, dass der Ausbau der Stromversorgung auf der Sendeseite nicht mit dem aktuellen Stand Schritt hält und nicht genügend Leistung zum Senden zur Verfügung steht, oder daran, dass der Ausbau der UHV-Wechselstromprojekte auf der Empfangsseite nicht mit dem aktuellen Stand Schritt hält und das Stromnetz nicht über ausreichende Kapazitäten verfügt. So viel Leistung führt letztlich zu ungenutzter UHV-Gleichstromübertragungskapazität. Wird das Wechselstromnetz nicht ausgebaut, wird auch die Gleichstromübertragungskapazität begrenzt sein.

Von 2009 bis heute sind die beiden großen Stromnetze in Nord- und Zentralchina immer noch auf eine einzige UHV-Wechselstromleitung angewiesen, um die schwache Verbindung aufrechtzuerhalten – wie ein Elefant auf dem Drahtseil. In ihrer Verzweiflung baute die State Grid Corporation of China in großem Maßstab Pumpspeicherkraftwerke und Kondensatoren, um die Wirk- und Blindleistungsregelung des Stromnetzes zu verbessern. Dies kann auch als Selbstrettungsmaßnahme zur Gewährleistung der Sicherheit angesehen werden.

Die Entwicklung von UHV ist schwierig. Worin besteht das Problem? Ist es ein technisches Problem? Zhang Guobao erinnert in seinem Buch: „Die State Grid Corporation of China besteht auf dem Bau von Ultrahochspannungsleitungen und möchte die drei Stromnetze (Ostchina, Zentralchina und Nordchina) miteinander verbinden. Manche lehnen diese drei Stromnetze ab. Es handelt sich um einen technischen Streit, der auch nicht-technische Faktoren berücksichtigt.“

Ist es ein institutionelles Problem? Seit der Gründung der Volksrepublik China war das Eisenbahnministerium eines der stabilsten Ministerien, während der Stromsektor die Branche mit den meisten Veränderungen in den Verwaltungsbehörden war. Es gab viele Veränderungen im Ministerium für Brennstoffindustrie, im Ministerium für Wasserwirtschaft und Elektrizität, im Energieministerium, im Ministerium für Elektrizität, in der Elektrizitätsregulierungskommission und im Energieamt. Ende 1996 wurde die staatliche Elektrizitätsgesellschaft gegründet. Nach ihrer Schließung im Jahr 2002 entstanden zwei Stromnetzbetreiber, fünf Stromerzeugungskonzerne und eine Reihe damit verbundener Unternehmen wie Planung und Konstruktion, Anlagenbau und Ingenieurbau. Auf dem Gipfel gibt es viele Berge, und es ist unvermeidlich, dass es einen Blick in die Tür gibt.

Über UHV wird seit Jahren debattiert. Technische Probleme werden nach und nach gelöst, Einwände werden schließlich auf Reformen zurückgeführt. Dies ist ein einzigartiger „Zirkel“ in der chinesischen Energiewirtschaft der letzten 20 Jahre. Manche glauben sogar, dass die State Grid Corporation of China ihr Monopol im Stromnetz durch die Entwicklung von UHV gestärkt hat und dass die Entwicklung von UHV-Wechselstrom- und Synchronnetzen ein „Beweis“ für die Stärkung ihres Monopols sei.

Tatsächlich ist die Stärkung der synchronen Vernetzung von Stromnetzen ein wirksames Mittel, um die Sicherheit großer Stromnetze zu gewährleisten. Am 30. und 31. Juli 2012 kam es in Indien zu anhaltenden großflächigen Stromausfällen, von denen über 600 Millionen Menschen betroffen waren. Die Analyse des Unfalls ergab, dass das indische Stromnetz zu diesem Zeitpunkt hauptsächlich auf 400 kV ausgelegt war und noch kein landesweites synchronisiertes Netz aufgebaut war. Die Verbindung zwischen den fünf großen regionalen Stromnetzen war schwach, und die Stromversorgungs- und Notfallunterstützungskapazitäten waren völlig unzureichend.

Nach dem Unfall verstärkte Indien die nationale Vernetzung und einheitliche Verwaltung des Stromnetzes. 2013 baute das Land ein nationales 765-kV-Wechselstrom-Synchronnetz, das seine Stromversorgungskapazität deutlich verbesserte. Seitdem kam es zu keinem größeren Stromausfall mehr.

Verglichen mit dem Stromnetz „Sanhua“ meines Landes ist die Stromversorgungsreichweite des indischen Stromnetzes 1,2-mal so groß wie die des „Sanhua“-Stromnetzes, und die Anzahl und Dichte der an das Stromnetz angeschlossenen Bevölkerung beträgt das 1,7- bzw. 1,3-Fache. Indien hat vor acht Jahren ein landesweites Kommunikationsnetz aufgebaut, aber der Bau des „Sanhua“-Stromnetzes meines Landes ist immer noch Gegenstand wiederholter Streitigkeiten.

Im September 2018 übernahmen Experten der China Southern Power Grid Corporation die Federführung bei der Erstellung eines Berichts mit dem Titel „Konsultationsmeinungen zur zukünftigen Stromnetzplanung meines Landes (2020)“. Ein Insider analysierte: „Der Bericht stellt fest, dass UHV-Wechselstrom im Allgemeinen nicht für die Stromübertragung genutzt wird und der Bau eines synchronen UHV-Wechselstromnetzes nicht empfohlen wird. Warum wird der Schluss gezogen, dass UHV-Wechselstrom weder für die Stromübertragung noch für die Vernetzung geeignet ist?“ Der Grund dafür ist durchaus rätselhaft.

Aus institutionellen Gründen scheint die Technologie ihre eigene Konkurrenz zu haben. Betrachten wir einen Datensatz: Die China Southern Power Grid Corporation hat nacheinander vier ±800-kV-UHV-Gleichstromleitungen gebaut, von denen drei 5-Zoll-Thyristoren verwenden, mit einer Übertragungskapazität von 5 Millionen Kilowatt. Die erste ±800-kV-UHV-Gleichstromübertragungskapazität der State Grid Corporation of China betrug 6,4 Millionen Kilowatt, die zweite 7,2 Millionen Kilowatt und wurde später auf 8 Millionen Kilowatt und schließlich auf 10 Millionen Kilowatt erhöht. Auch hier handelt es sich um ±800-kV-UHV-Gleichstromleitungen, die Stromübertragungskapazität ist jedoch doppelt so hoch.

Wohin führen die UHV-Straßen der Zukunft? Welche historische Mission wird die neue Ära dem UHV übertragen? Diese Fragen verdienen unsere rationale Auseinandersetzung. Der Trend zur CO2-Neutralität ist Zufall oder Schicksal.

Am 22. September 2020 verkündete China in der Generaldebatte der 75. UN-Generalversammlung seine Ziele für den CO2-Peak und die CO2-Neutralität, was weltweit hitzige Diskussionen auslöste. Am selben Tag veranstaltete die Global Energy Internet Development Cooperation Organization (GIZ) ein internationales Forum zur Bewältigung der Klima- und Umweltkrise und veröffentlichte offiziell zwei Ergebnisse: „Die Krise bewältigen“ und „Der Weg zur nachhaltigen Entwicklung“. Ein halbes Jahr später, am 18. März 2021, veröffentlichte die Organisation Forschungsergebnisse wie „Chinas CO2-Peak vor 2030“, „CO2-Neutralität vor 2060“, „Chinas Energie- und Stromentwicklungsplan 2030“ und „Ausblick 2060“ und schlug einen Fahrplan für Chinas CO2-Peak und CO2-Neutralität vor.

Der Erfolg der chinesischen UHV-Entwicklung ebnete den Weg für den Aufbau eines globalen Energieinternets. Das globale Energieinternet ist eine Plattform, die UHV als Kernnetz für die globale Energieverteilung nutzt und die Umsetzung zweier Substitutionsstrategien fördert (saubere Substitution für die Energieentwicklung und elektrische Substitution für den Energieverbrauch). Es handelt sich um eine neue Art von Elektrizität, deren Kern neue Energie bildet. Das System bildet letztlich ein modernes Energiesystem, das sauber, stromzentriert, grün, kohlenstoffarm, kostengünstig und effizient ist.

UN-Generalsekretär Guterres sagte einmal, Chinas UHV-Technologie sei für die Entwicklung erneuerbarer Energien von entscheidender Bedeutung und das globale Energie-Internet sei der Kern für die Verwirklichung einer nachhaltigen menschlichen Entwicklung und der Schlüssel zu globalem, integrativem Wachstum.

Steven Chu, Nobelpreisträger für Physik und ehemaliger Minister des US-Energieministeriums, ist davon überzeugt, dass China in verwandten Bereichen die UHV-Wechselstrom- und Gleichstromübertragung in Frage stellt und sich rasant entwickelt.

„Kann die Welt ohne Breitbandtechnologie zu einem ‚globalen Dorf‘ werden?“ Liu Zhenya sagte einmal: „Der Kern nachhaltiger Entwicklung ist eine saubere Entwicklung. Um eine saubere Entwicklung zu erreichen, müssen wir saubere Energie im großen Maßstab entwickeln, und saubere Energie kann nicht in Stromübertragung umgewandelt werden. Offene UHV-Technologie. Ohne UHV-Technologie wäre das globale Energie-Internet undenkbar, aber jetzt ist es tatsächlich machbar.“

Mit der Entwicklung der Zeit ist UHV nicht nur eine neue Energieübertragungstechnologie, sondern auch eine neue Plattform für die Ressourcenverteilung und ein neuer Weg zur kohlenstoffarmen Entwicklung. Es erfüllt vielfältige Aufgaben wie Energiewende und nachhaltige Versorgung, saubere, kohlenstoffarme und grüne Entwicklung, innovationsgetriebene und nationale Erneuerung, nachhaltige Entwicklung und den Aufbau einer Schicksalsgemeinschaft für die Menschheit.

Rückblickend hat die Ultrahochspannungstechnik die Energiewende in China vorangetrieben und einen grundlegenden Wandel in der Energie- und Stromentwicklung bewirkt. Das Ultrahochspannungsnetz in China ist bereits vollständig ausgebaut und trägt aktiv zur weltweiten Energie- und Stromwende bei. Mit dem Ultrahochspannungsnetz als Kern im Kern, dem beschleunigten Aufbau des Energie-Internets in China und weltweit sowie der integrierten Entwicklung der drei Netze (Energie, Verkehr und Information) werden wir künftig die Ziele des CO2-Peaks und der CO2-Neutralität erreichen und die Nachhaltigkeit der Gesellschaft fördern. Entwicklung spielt dabei eine immer größere Rolle.