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Hybrid HVAC / HVDC overhead lines in Switzerland

English title Hybrid HVAC / HVDC overhead lines in Switzerland
Applicant Franck Christian M.
Number 153775
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Departement für Hochspannungstechnologie D-ITET ETH Zurich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Electrical Engineering
Start/End 01.11.2014 - 31.10.2018
Approved amount 618'145.00
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Keywords (4)

integration of renewables; enhancement of transmission capacity; hybrid AC/DC transmission lines; pumped hydro

Lay Summary (German)

Lead
In Anbetracht des stetig ansteigenden elektrischen Energieverbrauchs und vermehrter Kapazitätsengpässe besteht ein starker Ausbaubedarf des elektrischen Energieübertragungsnetzes. Um eine möglichst schnelle Umsetzung und einen minimalen Platzbedarf zu gewährleisten, ist eine bestmögliche Aufrüstung und Ausnutzung der bestehenden Korridore sinnvoll. Die konventionelle Drehstromübertragung bietet eine hohe Ausfallsicherheit durch Vernetzung bei jedoch stark mit der Distanz ansteigenden Verlusten. Mittels moderner Gleichspannungsübertragung sind dagegen wesentlich geringere Verluste bei besserer Materialausnutzung realisierbar, sodass ein Kompromiss aus beiden Systemen anzustreben ist. Wird ein bestehender Korridor jeweils einseitig mit Wechsel- und Gleichspannung beaufschlagt, so ist mit einer solchen Hybrid-Freileitung eine Steigerung der Übertragungsleistung um mehr als 50 % bei hoher Netzstabilität und ohne zusätzliche Waldschneisen oder teure Kabelverlegung möglich.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Übergeordnetes Ziel des gemeinsamen Forschungsprojektes ist die Untersuchung von Potential und Auswirkungen solcher Hybrid-Freileitungen im Schweizer Kontext. Hierzu wird in vier interdisziplinären Arbeitsgruppen, bestehend aus Fachleuten aus Wissenschaft und Wirtschaft, die technische und wirtschaftliche Realisierbarkeit des Projekts analysiert und dessen sozio-ökologischen Folgen auf Mensch und Umwelt untersucht. Hierbei liegt neben umfassenden Berechnungen ein besonderer Fokus auf der messtechnischen Ermittlung der elektromagnetischen Felder und der Beeinträchtigung durch Freileitungsgeräusche mittels umfangreicher Labor- und Freifeldversuche an einer realen Anordnung. Kopplungseffekte zwischen beiden Systemen auf die elektromagnetischen Felder am Boden sowie mögliche Änderungen in der Lärmentwicklung durch Überlagerung der Emission der einzelnen Systeme sind von besonderem Interesse.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext

Während die Effekte reiner Dreh- und Gleichstromfreileitungen weitestgehend erforscht sind, verbleiben einige Phänomene hybrider Systeme unerklärt oder wurden nur unzureichend und an vereinfachten Anordnungen untersucht. Daher soll diese Forschungsarbeit den Stakeholdern eines zukünftigen Hybrid-Freileitungsprojektes als Entscheidungsgrundlage dienen, um Potentiale zu erkennen, Umwelteinflüsse  zu verstehen und Konfliktpunkte vorzeitig zu entschärfen.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 20.10.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Efficient Benders cuts for transmission expansion planning
Alizadeh-Mousavi Omid, Zima-Bočkarjova Marija (2016), Efficient Benders cuts for transmission expansion planning, in Electric Power Systems Research, 131, 275-284.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
FKH Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Swissgrid Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Pfisterer Sefag Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Amprion Germany (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
TU Graz, Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement Austria (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Axpo Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Tsinghua University, State Key Lab of Power Systems China (Asia)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
ETH Zürich, Forschungsstelle Energienetze Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
TransnetBW Germany (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
ABB Corporate Research Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Industry/business/other use-inspired collaboration
KWO Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Universität Bern, Institut für Politikwissenschaft Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Tennet TSO Germany (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Electric Power Research Institute (EPRI) United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
VDE Kongress Hochspannungstechnik 2018 Individual talk Setup of an outdoor hybrid AC/DC test line for corona measurements 12.11.2018 Berlin, Germany Hedtke Christian Sören; Pfeiffer Martin; Franck Christian M.;
Cigre Session Paris 2018 Individual talk HVDC & hybrid HVAC/HVDC overhead line conversion: An acceptance case study 27.08.2018 Paris, France Pfeiffer Martin; Hedtke Christian Sören; Franck Christian M.;
19th Power Systems Computation Conference Individual talk Stochastic Security Constrained Unit Commitment with Variable-Speed Pumped-Storage Hydropower Plants 30.05.2016 Genoa, Italy Franck Christian M.; Hedtke Christian Sören;
Cigre-IEC Colloquium Individual talk Effect of electrostatic induction and space charges on the audible noise of hybrid AC/DC transmission lines 09.05.2016 Montreal, Canada Franck Christian M.; Hedtke Christian Sören; Pfeiffer Martin;
EPRI HVDC and FACTS Conference Individual talk Audible noise of hybrid AC/DC overhead lines: Comparison of different prediction methods and conductor arrangements 20.08.2015 Palo Alto, United States of America Pfeiffer Martin; Hedtke Christian Sören; Franck Christian M.;
PowerTech Individual talk Optimal location and sizing of HVDC converters for same-tower AC-DC overhead lines 28.06.2015 Eindhoven, Netherlands Franck Christian M.; Hedtke Christian Sören;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Hybride Freileitungen – technische Optimierung und gesellschaftliche Akzeptanz, "ETG-Fachtagung Leitungsbau" Talk 07.11.2018 Dietikon, Switzerland Hedtke Christian Sören; Franck Christian M.;
Koronaeffekte und Geräuschemission von Gleich- und Wechselspannungsleitungen, "BNetzA Wissenschaftsdialog" Talk 20.09.2018 Bonn, Germany Hedtke Christian Sören; Franck Christian M.;
HVDC/Hybrid-Konvertierung bestehender Freileitungen – technische Herausforderungen und Akzeptanz, "Forum Netzbau und Netzbetrieb" Talk 04.05.2017 Bremen, Germany Pfeiffer Martin; Franck Christian M.; Hedtke Christian Sören;
AC/DC-Hybridfreileitungen: Hybride Kopplung bei Koronaeffekten und Magnetfeld, "Leitungsbau-Fachtagung" Talk 07.05.2015 Frankfurt, Germany Hedtke Christian Sören; Franck Christian M.; Pfeiffer Martin;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Talks/events/exhibitions Fachtagung Leitungsbau German-speaking Switzerland 2018
Video/Film Hybridleitung im Feldversuch International 2018
Talks/events/exhibitions Powertage 2018 German-speaking Switzerland 2018
Talks/events/exhibitions BNetzA Technik-Dialog, Frankfurt International 2017
Video/Film Hybride Freileitungen in der Schweiz International 2017
Talks/events/exhibitions Swissgrid Netzforum Luzern German-speaking Switzerland 2017

Abstract

This project aims to investigate the possibility of achieving significant power transmission increases through the conversion of existing 380 kV overhead transmission lines in Switzerland to hybrid AC/DC transmission systems (i.e. conventional HVAC and HVDC on the same tower). Given the urgent need for capacity increases on certain transmission sections and the difficulty of obtaining permissions for new corridors, solutions that use existing infrastructure more effectively are particularly attractive. Calculations (Reference [20] in proposal) show that the maximum power transfer capability of the corridor could be increased by more than 50%. The increased operational flexibility of HVDC compared to HVAC means that in practice the gain will be significantly higher.The final objective of this project is to enable the realization of hybrid AC/DC overhead lines in Switzerland by forming a strong research cooperation with key stakeholders that will address all major technical, regulatory and economic considerations in the Swiss context. The project consortium is a team formed from ETH Zürich, ABB, Axpo, FKH, KWO, Pfisterer and Swissgrid.
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