Das Gesamtvorhaben umfasst den Neubau einer 110-/380-kV-Höchstspannungsfreileitungsverbindung zwischen Voerde und Rheinberg (Pkt. Budberg inkl. Rheinquerung) im Kreis Wesel einschließlich eines Freileitungsprovisoriums und Erdkabelpiloten und ist Teil des im Bedarfsplan Nr. 14 des Energieleitungsausbaugesetzes (EnLAG) festgestellten „Neubaus Höchstspannungsleitung Niederrhein – Utfort – Osterath, Nennspannung 380 kV“. Hierfür soll in dem Abschnitt zwischen UA Niederrhein und Pkt. St. Tönis eine entsprechende 110-/380-kV-Verbindung aus mehreren Leitungsabschnitten errichtet bzw. bestehende Leitungen geändert werden. Gegenstand des insgesamt beantragten Planfeststellungsverfahrens ist der Planungsbereich Voerde – Rheinberg (Pkt. Voerde – Pkt. Budberg inkl. Rheinquerung), Provisorium und Erdkabelpilot. Der 1. Teil-Planfeststellungsbeschluss für das Freileitungsprovisorium erging am 11.12.2024 durch die Planfeststellungsbehörde unter dem Aktenzeichen 25.05.01.01-05/22.
Das hier beantragte Erdkabel (Einreichzeitpunkt 2 und Gegenstand des 2. Teil-Planfeststellungsbeschlusses) wird letztendlich den dauerhaften Lückenschluss mit dem Genehmigungsabschnitt „Binnenland“ darstellen.
Neben dem Erdkabelpiloten sind alle hiermit im Zusammenhang stehenden Folgemaßnahmen, die zur Errichtung, Betrieb und Unterhaltung der Leitungen dienen (z.B. Sicherung von Zuwegungen, Bauflächen sowie Änderung angrenzender Leitungen), Gegenstand des hier beantragten Planfeststellungsverfahrens.
In diesem Gesamtvorhaben soll die seit 1926 betriebene 110-/220-kV-Freileitung Osterath – Wesel/Niederrhein, Bl. 2339 Wesel – Utfort im Abschnitt Voerde – Rheinberg (Pkt. Voerde – Pkt. Budberg, inkl. Rheinquerung) dauerhaft als 110-/380-kV-Höchstspannungsleitung (größtenteils als Erdkabelpilot) ausgebaut sowie je eine Kabelübergabestation in Voerde und Budberg errichtet werden.
Im circa 11,5 km langen Abschnitt im Bereich der Rheinquerung, der im Norden und Süden an die geplante Höchstspannungsfreileitung Bl. 4214 anschließt, soll eine 380-kV-Höchstspannungsverbindung der Vorhabenträgerin als auch eine 110-kV-Höchstspannungsverbindung der Westnetz GmbH errichtet werden. Zum Teil soll diese als Freileitung (Bl. 4214) und zum Großteil als Erdkabel (10,3 km) (Bl. 4237 bzw. Bl. 1521) inklusive der Kabelübergabestationen (KÜS) (nur für 380-kV-Anlage erforderlich) sowie Tunnelbauwerke errichtet werden. Die 110-/380-kV-Höchstspannungsfreileitung Wesel –Utfort, Bl. 4214 führt zwei 110-kV-Stromkreise der Westnetz GmbH und zwei 380-kV-Stromkreise der Vorhabenträgerin. Die 380-kV-Stromkreise werden vom Punkt Voerde bis zur KÜS Friedrichsfeld als Freileitung (Bl. 4214), von der KÜS Friedrichsfeld bis zur KÜS Budberg als Erdverkabelung (Bl. 4237) sowie von der KÜS Budberg bis zum Punkt Budberg als Freileitung (Bl. 4214) ausgeführt. Die beiden 110-kV-Stromkreise verlaufen vom Punkt Voerde nördlich der Bundesstraße B 8 (Hindenburgstraße) bis zum Punkt Friedrichsfeld als Freileitung (Bl. 4214), vom Punkt Friedrichsfeld bis zum Punkt Eversael-West als Erdverkabelung (Bl. 1521). Dort werden die beiden 110-kV-Stromkreise der Westnetz GmbH an die Bl. 2435 mittels eines Kabelaufführungsmastes angebunden. Die östlich des Anbindepunktes befindlichen Masten der Bl. 2435 bis zum Punkt Eversael werden nach Inbetriebnahme des Erdkabels zurückgebaut. Der dort in Betrieb befindliche 220-kV-Höchstspannungsfreileitungsstromkreis Wesel-Ost wird auf 110 kV umgestellt.
Im Rahmen hat 5. Planänderung hat die Vorhabenträgerin hierzu noch Änderungen in das Verfahren eingebracht. So wurde die Vorhabenträgerschaft angepasst, da alle Vorhabenbestandteile inkl. der 110-kV-Kabel im Eigentum der Vorhabenträgerin werden und die Nutzung (Netzführung) der 110-kV-Stromkreise der Westnetz GmbH nur als Pächterin obliegt. Weiter werden aufgrund einer höheren Kapazitätsanfrage an das 110-kV-Netz der Westnetz GmbH die von der Westnetz GmbH betriebenen 110-kV-Stromkreise zwischen der UA Niederrhein und der UA Ossenberg nicht, wie bisher geplant, als Einfachseil pro Phase, sondern als Zweierbündel pro Phase aufgelegt. Die beiden 110-kV-Stromkreise zwischen Pkt. Eversael-West (Mast 1012/Bl. 2435) und dem Pkt. Budberg entfallen ersatzlos. Schließlich wird im Leitungsbereich bis zur KÜS Friedrichsfeld eine zusätzliche Lichtwellenleiterverbindung ergänzt.
Der Standort der KÜS Friedrichsfeld befindet sich unmittelbar südlich des Bestandsmastes 214 der Bl. 2339 zwischen der Ortslage Voerde-Holthausen im Norden und der Landesstraße L 463 (Hammweg) im Süden. Diese KÜS bildet den Übergang von der 380-kV-Höchstspannungsfreileitung Bl. 4214, die vom Pkt. Voerde im Norden zur KÜS Friedrichsfeld führt, zum 380-kV-Erdkabel Bl. 4237, welches ab der KÜS Friedrichsfeld in südlicher Richtung in die KÜS Budberg verläuft.
Der Standort der KÜS Budberg liegt nordöstlich der Ortslage Rheinberg-Budberg, unmittelbar nördlich des Benderweges zwischen den Bestandsmasten 176 und 177 der Bl. 2339. In der KÜS Budberg erfolgt der Übergang vom 380-kV-Erdkabel Bl. 4237, das aus nordöstlicher Richtung von der KÜS Friedrichsfeld in die KÜS Budberg einbindet, zur 380-kV-Höchstspannungsfreileitung Bl. 4214, die in südlicher Richtung bis zum Pkt. Budberg weiterführt.
Im Zuge der Trassenführung und der Erdverkabelung werden u.a. geschlossene Querungen an der Mommbach-Niederung und am Rhein mittels Rohrvortrieb erforderlich, dessen Übergangs- und Tunnelbauwerke mit Gegenstand des Antrags sind. Die Bauwerke werden sowohl für die Westnetz- als auch die Amprion-Stromkreise verwendet. Die Errichtung und der Betrieb der Bauwerke sind Bestandteil des Antrags auf Planfeststellung.
Die Fertigstellung und Inbetriebnahme der Rheinquerung als Teilerdverkabelung (Erdkabelpilot), inklusive Planung, Genehmigung und Bau ist bis 2030 geplant. Netztechnische Berechnungen ergaben jedoch, dass für die kommenden Jahre auf den bestehenden Stromkreisen zwischen Niederrhein und Utfort im (n-1)-Fall Engpässe bestehen, durch die ein erhöhtes Risiko nicht hinnehmbarer Überlastungen entsteht und so die Zeit bis zur Inbetriebnahme des Kabelpiloten aus netztechnischer Sicht nicht ausreichend sichergestellt werden kann. Vor diesem Hintergrund wird für die Übergangszeit bis zur endgültigen Inbetriebnahme des Erdkabels ein Freileitungsprovisorium benötigt, das im Wege eines 1. Teil-Planfeststellungsbeschlusses am 11.12.2024 genehmigt wurde.
Kurze dauerhafte Freileitungsanteile werden benötigt, um die Kabelübergabestationen (Übergang von der Freileitung zur Teilerdverkabelung) mit dem Genehmigungsabschnittsanfang und -ende (GA Binnenland) zu verbinden. Um die Strukturen optimal zu nutzen, den Eingriff zu minimieren und eine zeitnahe Inbetriebnahme des Kabelpiloten nach dessen baulicher Fertigstellung gewährleisten zu können, wurden die Masten am Genehmigungsabschnittsanfang und -ende (Masten Nr. 12 und 38, Bl. 4214) bereits im Rahmen des 1. Teilfeststellungsbeschlusses nicht als Mastprovisorien, sondern als dauerhafte Stahlgittermasten genehmigt, welche in der Lage sind, die für den Endzustand benötigten Stromkreise aufzunehmen. Die Genehmigung der weiteren Nutzung der Masten nach Fertigstellung des Kabelpiloten mit 2 x 380-kV sowie 2 x 110-kV soll in der finalen Ausbaustufe durch diesen 2. Teil-Planfeststellungsbeschluss (EZ 2) erfolgen.
Die Durchführung ist für das Gesamtvorhaben ein essenzieller Bestandteil. Sie wird benötigt, um beim resistiven supraleitenden Strombegrenzer (eng. super conducting fault current limiter, kurz: SFCL) das elektrische Potential sicher durch die geerdete Kryostathülle zu den Hochtemperatur-Supraleiter-Elementen (kurz: HTS-Elemente) zu leiten. Dabei ist in erster Linie die dielektrische Auslegung entscheidend. Üblicher Anwendungsfall einer Durchführung ist die Leitung der Hochspannung durch eine geerdete Wand oder ein Gehäuse von einer Isolierstoffumgebung in eine andere (z.B. Luft/Öl, Luft/Gas). Im vorliegenden Fall besteht die Isolierstoffumgebung jedoch aus tiefkaltem Stickstoff, der sowohl als Flüssigkeit als auch als Gas vorliegen kann. Die dielektrischen Eigenschaften von flüssigem Stickstoff sind nur teilweise bekannt. Die technische Auslegung einer 380 kV-Durchführung für den Einsatz im flüssigen Stickstoff gilt somit als technisches Neuland. Ebenfalls wichtig ist die Betrachtung des thermomechanischen Verhaltens. Während sich die eine Seite der Durchführung in flüssigem Stickstoff befindet, ragt die andere Seite aus dem Kryostaten heraus und erfährt somit Umgebungstemperatur. Über die gesamte axiale Länge der Durchführung besteht also ein Temperaturunterschied von etwa 200 K wodurch sich im Isoliermaterial thermische Spannungen aufbauen. Hinzu kommt aufgrund der Anforderung eines Nennstromes von 5 kA und einer dadurch erhöhten Leitertemperatur ein Temperaturgradient in radialer Richtung. Insbesondere der initiale Füllvorgang des Kryostaten mit flüssigem Stickstoff stellt dabei eine thermodynamische Belastung dar. Da die Durchführung und ihr Flansch Teil der Kryostat-Hülle sind, müssen entsprechende Anforderungen an die Dichtigkeit und die Druckbeständigkeit berücksichtigt werden. Ziel des Vorhabens ist es also eine Durchführung zu entwickeln, herzustellen und einer Typprüfung zu unterziehen, die für den Einsatz im SFCL unter kryogenen Bedingungen geeignet ist.
Durch den erforderlichen Aus- und Umbau der Übertragungsnetze steigen die Kurzschlussleistungen und Kurzschlussströme an. Da konventionelle Maßnahmen zunehmend an ihre Grenzen stoßen, soll in diesem Projekt die Schlüsseltechnologie für einen 380 kV, 5 kA, 3.3 GVA supraleitenden Strombegrenzer entwickelt werden, um in einer nächsten Phase mit der Entwicklung eines einphasigen Prototyps beginnen zu können. Das Siemens Energy Teilvorhaben konzentriert sich auf die Entwicklung eines konzeptionellen Designs eines supraleitenden Strombegrenzers für die 380 kV Höchstspannungsebene. Ziel ist es, technische Risiken zu identifizieren und zu minimieren, um die Integration eines solchen Strombegrenzers in eine bestehende Umspannstation zu ermöglichen. Darüber hinaus werden die ökonomischen Erfolgsaussichten dieser Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Maßnahmen zur Kurzschlussstromreduzierung bewertet.
Das wesentliche übergeordnete Projektziel ist die Entwicklung der Schlüsseltechnologie für einen 380 kV, 5 kA, 3.3 GVA supraleitenden Strombegrenzer, damit bei einem erfolgreichen Verlauf des Projektes direkt mit der Entwicklung eines einphasigen Prototyps begonnen werden kann. Das wesentliche Ziel des KIT Teilprojektes ist die Entwicklung eines strombegrenzenden Moduls entsprechend der in der Machbarkeitsstudie und den Detailanforderungen genannten Eigenschaften. Dazu sind zunächst geeignete hochtemperatur-supraleitende Bandleiter von verschiedenen Herstellern zu beschaffen und erfolgreich zu qualifizieren. Die einzelnen Bandleiter sind danach als mit Kapton isolierte Doppelleiter zu fertigen, da nur damit die Anforderungen erfüllt werden können. Danach ist gemeinsam mit dem Industriepartner das strombegrenzende HTS Modul zu entwickeln, aufzubauen und zu testen. Parallel dazu erfolgt die Entwicklung geeigneter und in Standardsoftware für die Netzberechnung nutzbarer Simulationsmodelle. Ein weiteres wichtiges Teilziel ist die hochspannungstechnische Auslegung des Strombegrenzers mittels elektrostatischer 3D Feldberechnungen.
Durch den erforderlichen Ausbau der Übertragungsnetze steigen die Kurzschlussströme im Fehlerfall an, so dass konventionelle Maßnahmen zunehmend an ihre Grenzen stoßen. Der supraleitende Strombegrenzer vereint alle Eigenschaften eines idealen Kurzschlussstrombegrenzers, da er im Normalbetrieb keine Impedanz besitzt, diese jedoch schnell und eigensicher im ersten Stromanstieg aufbaut und somit den Kurzschlussstrom zuverlässig begrenzt. Der Strombegrenzer besteht dabei aus in Reihe geschalteten Modulen, die mit supraleitenden Bandleitern in Form von multifilaren Spulen aufgebaut sind. Die Module werden innerhalb eines Kryostaten in Flüssigstickstoff betrieben und mittels Hochspannungsdurchführungen vom Außenraum durch die Kryostatwand kontaktiert. Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung eines zuverlässigen und kompakten Hochspannungsdesigns eines supraleitenden Strombegrenzers für die Anwendung im 380 kV Übertragungsnetz. Hierzu soll die räumliche Spannungsverteilung im Strombegrenzer und in den einzelnen Modulen in Anhängigkeit der durch das Netz hervorgerufenen transienten Spannungsbelastungen bestimmt werden. Besonderes Augenmerk muss dabei auf die elektrische Wicklungsisolierung zwischen den supraleitenden Bandleiterwindungen der Module gelegt werden. Diese Isolierung wird in Abhängigkeit der auftretenden stationären und transienten Spannungsbelastungen dimensioniert. Ein weiterer kritischer Punkt ist die Entwicklung einer kompakten kryogenen 380 kV Hochspannungsdurchführung, für die in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern elektrische und mechanische Eigenschaften der verwendeten Materialien untersucht und Dimensionierungskriterien zur Skalierung der Konstruktion mit steigender Spannung festgelegt werden. Schließlich wird für die Typprüfung der Hochspannungsdurchführung und zur Messung der Durchschlagsfestigkeit von Flüssigstickstoff bei sehr großen Isolationsabständen ein Testkryostat entwickelt und aufgebaut.