Cahora Bassa

Siemens versorgt Südafrika mit Strom

Energie über Entfernungen von mehreren Hundert Kilometern wirtschaftlich zu transportieren stellt seit jeher eine der zentralen Herausforderung der Elektrotechnik dar. Für besonders weite Strecken wird seit den 1970er-Jahren die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) als eine äußerst wirtschaftliche Variante eingesetzt. Siemens baut im südlichen Afrika vor 40 Jahren eine der ersten Großanlagen, die Strom von Mosambik nach Südafrika bringt, über eine Entfernung von 1.420 Kilometern. 

Probleme erkannt – doch zunächst keine Lösung in Sicht

Wenn elektrischer Strom über größere Entfernungen transportiert werden soll, tauchen zunächst zwei Probleme auf. Durch den ohmschen Spannungsabfall entlang der Leitung kommt es zu Energieverlusten. Um diese möglichst gering zu halten, werden in der Anfangszeit der Elektrotechnik hohe Wechselspannungen für die Übertragung verwendet, was zur Folge hat, 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 – das zweite Problem. Dadurch kann ein Großteil des (Frei-)Leitungsquerschnitts nicht effizient genutzt werden.

Dieser Effekt lässt sich durch die Verwendung sehr hochgespannten Gleichstroms reduzieren. Doch kommt dieser Lösungsansatz knapp 100 Jahre lang großtechnisch nicht zum Einsatz: Es fehlt an der Möglichkeit, Wechselströme in hochgespannte Gleichströme (und zurück) zu verwandeln. Entsprechend haben die Pionierversuche, die René Thury Ende des 19. Jahrhunderts in der Schweiz durchführt, keinen dauerhaften Erfolg. Erst mit Aufkommen der modernen Halbleitertechnik in den 1960er-Jahren ergaben sich praxistaugliche Möglichkeiten, durch sogenannte Thyristoren – also gesteuerte Halbleiterbauelemente – wirtschaftlich und technisch beherrschbar Wechselströme in Gleichströme (und zurück) zu verwandeln. Diese Technik wird fortan so weit entwickelt, dass man Anfang der 1970er-Jahre damit beginnen kann, derartige Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ) auf Entfernungen über 1.000 Kilometern zu planen. 

1.420 km Leitungslänge – Stromrichterstationen in Afrika

Das Projekt des Wasserkraftwerks Cahora Bassa (während der Kolonialzeit Mosambiks als Cabora Bassa bezeichnet) – eine Kooperation von Siemens, AEG, Hochtief und anderen Unternehmen – im heutigen Mosambik bietet sich für den Einsatz einer solchen HGÜ an. Die Energieübertragung zwischen der Cabora-Bassa-Talsperre im Norden des Landes und dem Großraum Johannesburg in Südafrika über eine Leitungslänge von insgesamt 1.420 Kilometern wären mit konventioneller Drehstrom-Übertragung nicht wirtschaftlich zu realisieren. 

In der Nähe des Wasserkraftwerks wird bei der Bausiedlung Songo die gleichnamige Stromrichterstation erbaut. Am anderen Ende der Fernleitung, nahe Johannesburg, entsteht die Stromrichterstation Apolle, wo der hochgespannte Gleichstrom von +/ – 533.000 Volt wieder in Drehstrom für das südafrikanische Verbundnetz zurückverwandelt wird. Bei der Anlage Cahora Bassa können damals 2.000 Ampere pro Thyristor verarbeitet werden. Das Design der Umrichterstationen verwendet auf Porzellanisolatoren stehende Umrichterelemente in ölgefüllten Containern in Freiluftaufstellung. Ferngesteuert werden die Umrichterelemente durch Signale aus Glasfaserkabeln – ebenfalls ein technischer Meilenstein der Technik.

Robust und langlebig – die Technik funktioniert und wird heute modernisiert

Im Mai 1975 wird die Anlage in Betrieb genommen, doch als Folge von kriegerischen Auseinandersetzungen in Afrika kommt es immer wieder zu Unterbrechungen, weil Abschnitte der Leitungsanlagen zerstört werden. Angesichts dieser schwierigen Umstände bewährt es sich, dass die Verantwortlichen die Anlage mit einer bipolaren Gleichspannung von + / – 533 kV und einer möglichen Rückleitung über die Erde konzipiert haben: Sogar als die Hälfte der Leitung gesprengt wird, ist die Anlage noch funktionsfähig. Doch es kommt noch schlimmer.

Nach einer langjährigen Unterbrechung durch den Bürgerkrieg in Mosambik zwischen 1981 und 1992 und dessen Nachwirkungen kann die Stromproduktion erst 1998 wieder aufgenommen werden. Zunächst noch unter portugiesischer Leitung betrieben, kauft die die Regierung Mosambiks im Jahr 2006 die Anteile an der Kraftwerksanlage größtenteils auf. Die übrigen Anteile in Höhe von 15 Prozent werden sechs Jahre später zwischen einem portugiesischen und einem mosambikanischen Unternehmen aufgeteilt. Mit über 2.000 Megawatt ist die Kraftwerksanlage heute noch die leistungsstärkste im südlichen Afrika. Ein Großteil des Stroms wird nach Südafrika exportiert. Dafür dass Mosambik auch weiterhin einer der Hauptstromexporteure in der Region bleibt, sorgt Siemens. Seit 2017 führt das Unternehmen umfangreiche Wartungs- und Modernisierungsarbeiten an der HGÜ-Station am Staudamm durch. 2020 ist der Auftrag im Wert von 26 Millionen Euro abgeschlossen und die Stromübertragung weiterhin gesichert.

 

 

Volker Leiste | Dr. Ewald Blocher