HVDC steht für High Voltage Direct Current und bezeichnet die Übertragung elektrischer Energie mit Hochspannungs-Gleichstrom. Im Deutschen wird dafür häufig die Abkürzung HGÜ verwendet, also Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. Anders als im üblichen Übertragungsnetz, das überwiegend mit dreiphasigem Wechselstrom betrieben wird, fließt bei HVDC ein Gleichstrom zwischen zwei oder mehreren Umrichterstationen. Diese Stationen wandeln Wechselstrom in Gleichstrom und am anderen Ende wieder zurück.
Beschrieben wird ein HVDC-System vor allem über Spannung, Strom und übertragbare Leistung. Typische Anlagen liegen im Bereich mehrerer hundert Kilovolt und übertragen Leistungen von einigen hundert Megawatt bis zu mehreren Gigawatt. Die Energiemenge, die über eine solche Verbindung transportiert wird, hängt anschließend davon ab, wie stark und wie lange die Verbindung ausgelastet ist. Eine Leitung mit zwei Gigawatt Übertragungsleistung liefert also nicht automatisch eine bestimmte Strommenge pro Jahr. Sie stellt zunächst eine technische Transportkapazität bereit.
Der grundlegende Unterschied zur Wechselstromübertragung liegt nicht darin, dass Gleichstrom moderner wäre. Wechselstrom hat große Vorteile beim Betrieb vermaschter Netze, bei der Transformation zwischen Spannungsebenen und bei der Versorgung vieler Verbraucher. Deshalb sind regionale Verteilnetze und große Teile der Übertragungsnetze als Wechselstromnetze aufgebaut. HVDC eignet sich dagegen besonders dort, wo große Leistungen über lange Strecken, durch Seekabel oder zwischen nicht synchron betriebenen Netzen übertragen werden sollen. Gleichstromleitungen erzeugen keine Blindleistungsprobleme wie lange Wechselstromkabel, lassen sich über Umrichter sehr genau steuern und können Stromsysteme verbinden, die nicht mit derselben Frequenz oder nicht im gleichen Synchrongebiet betrieben werden.
Diese Abgrenzung ist für die energiewirtschaftliche Diskussion wichtig. HVDC ist keine allgemeine Ersatztechnologie für das Wechselstromnetz. Eine Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindung ist meist eine gezielte Transportachse, häufig zwischen zwei Netzpunkten. Das bestehende Wechselstromnetz bleibt notwendig, um Strom in der Fläche zu verteilen, Erzeuger und Verbraucher einzubinden und kurzfristige Ausgleichsvorgänge zu tragen. Auch ein Offshore-Windpark, der über HVDC angeschlossen wird, speist am Ende in ein Wechselstromnetz ein. Die Gleichstromstrecke ersetzt also nicht das Netz, sondern ergänzt es an einer Stelle, an der Wechselstrom technisch oder wirtschaftlich ungünstiger wäre.
Die Umrichterstationen sind der zentrale technische Baustein. Sie bestimmen, wie viel Leistung übertragen werden kann, wie schnell sich die Übertragungsrichtung ändern lässt und welche Netzstützungsfunktionen möglich sind. Moderne spannungsgeführte Umrichter können beispielsweise Blindleistung bereitstellen, Spannung stützen und in bestimmten Betriebszuständen zur Stabilisierung des angeschlossenen Wechselstromnetzes beitragen. Ältere oder anders ausgelegte Umrichtertechnologien haben andere Eigenschaften und stellen höhere Anforderungen an das umgebende Netz. Deshalb sagt die Abkürzung HVDC allein noch nicht genug über die konkrete Systemwirkung einer Anlage. Bauart, Regelung, Einbindung in den Netzbetrieb und Standort entscheiden mit.
Praktisch relevant ist HVDC vor allem bei drei Anwendungen. Erstens bei langen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen an Land, wenn große Strommengen von Erzeugungsschwerpunkten zu Verbrauchszentren transportiert werden sollen. In Deutschland betrifft das besonders die Verbindung windreicher Regionen im Norden mit Lastzentren weiter südlich. Zweitens bei Seekabeln, weil lange Wechselstromkabel wegen ihrer elektrischen Eigenschaften nur begrenzt geeignet sind. Viele Offshore-Windparks und viele grenzüberschreitende Unterseekabel verwenden deshalb Gleichstromtechnik. Drittens bei Interkonnektoren zwischen Ländern oder Synchrongebieten. Ein HVDC-Interkonnektor kann Stromhandel ermöglichen, Netzengpässe entschärfen und zugleich den Leistungsfluss stärker kontrollierbar machen als eine reine Wechselstromkupplung.
Mit dieser Steuerbarkeit ist ein häufiges Missverständnis verbunden. Eine HVDC-Leitung transportiert nicht einfach automatisch Strom von dort, wo viel erzeugt wird, dorthin, wo er gebraucht wird. Sie folgt Fahrplänen, Marktregeln, Netzsicherheitsvorgaben und technischen Begrenzungen. Netzbetreiber können Leistungsflüsse steuern, müssen dabei aber Systemstabilität, Engpässe im anschließenden Wechselstromnetz, Ausfälle einzelner Betriebsmittel und europäische Vorgaben berücksichtigen. Eine Gleichstromverbindung kann einen Engpass verlagern, wenn die Einspeise- oder Entnahmepunkte im Wechselstromnetz nicht ausreichend angebunden sind. Ihre Wirkung endet nicht an den Konverterklemmen, sondern hängt von den Netzen ab, in die sie eingebettet ist.
Auch die Verluste werden oft vereinfacht dargestellt. HVDC kann über große Entfernungen geringere Leitungsverluste haben als vergleichbare Wechselstromlösungen, insbesondere bei Kabeln. Gleichzeitig verursachen die Umrichterstationen eigene Verluste und hohe fixe Kosten. Wirtschaftlich lohnt sich HVDC daher nicht bei jeder Strecke. Bei kurzen Entfernungen kann Wechselstrom günstiger sein, weil keine teuren Umrichter benötigt werden. Mit wachsender Distanz, hoher Leistung und schwierigen Trassenbedingungen verschiebt sich die Rechnung zugunsten der Gleichstromtechnik. Die technische Vorteilhaftigkeit lässt sich deshalb nicht ohne Länge, Leistung, Trassenart, Netzanschlusspunkte und Betriebszweck beurteilen.
Für die Energiewende ist HVDC bedeutsam, weil Erzeugung und Verbrauch räumlich stärker auseinanderfallen können. Große Windleistungen entstehen häufig an Küsten, auf See oder in dünner besiedelten Regionen. Industrielle Lasten, Städte und viele flexible Verbraucher liegen nicht immer dort. Wenn elektrische Anwendungen wie Wärmepumpen, Elektromobilität, Elektrolyseure oder elektrifizierte Industrieprozesse zunehmen, wächst der Bedarf an leistungsfähigen Transportwegen im Stromnetz. HVDC kann solche Transportaufgaben übernehmen, ersetzt aber weder lokale Netzverstärkung noch flexible Nachfrage noch marktliche Regeln für den Umgang mit Engpässen.
Der Begriff berührt außerdem die Frage nach Systemkosten. Eine neue HVDC-Verbindung ist teuer, weil neben der Leitung selbst große Konverterstationen, Netzanschlüsse, Schutztechnik, Leittechnik, Grundstücke, Genehmigungen und Bauarbeiten erforderlich sind. Diese Kosten werden über Netzentgelte, Offshore-Umlagesysteme oder regulierte Erlösmechanismen getragen, je nach Land und Anlage. Gleichzeitig können solche Verbindungen Kosten an anderer Stelle senken, etwa durch weniger Abregelung erneuerbarer Erzeugung, geringeren Redispatch oder besseren grenzüberschreitenden Ausgleich. Ob diese Rechnung aufgeht, hängt von der Auslastung und von den Engpässen im Gesamtnetz ab. Eine Leitung, die politisch als „Stromautobahn“ beschrieben wird, ist regulatorisch ein konkretes Netzinvestitionsprojekt mit definierten Kosten, Risiken und Zuständigkeiten.
Institutionell liegt HVDC meist im Aufgabenbereich der Übertragungsnetzbetreiber. Sie planen und betreiben die Anlagen, stimmen sie mit Netzanschlussregeln, Systemführung und europäischer Marktintegration ab. Bei grenzüberschreitenden Interkonnektoren kommen Kapazitätsvergabe, Engpasserlöse, Handelsregeln und Kooperation zwischen Regulierungsbehörden hinzu. Bei Offshore-Anbindungen stellt sich zusätzlich die Frage, ob die Verbindung nur einen Windpark anschließt, mehrere Parks bündelt oder Teil eines stärker vernetzten Offshore-Netzes wird. Je stärker solche Gleichstromverbindungen vermascht werden, desto anspruchsvoller werden Schutzkonzepte, Regelung und Zuständigkeitsabgrenzung.
Ein weiterer verbreiteter Fehler besteht darin, HVDC mit Speicher oder zusätzlicher Erzeugung zu verwechseln. Eine Gleichstromverbindung erzeugt keinen Strom und speichert ihn nicht. Sie verändert, wo Strom verfügbar gemacht werden kann und welche Netzengpässe auftreten. Für Versorgungssicherheit zählt deshalb nicht allein die installierte Übertragungskapazität, sondern auch, ob auf der Einspeiseseite Erzeugung oder Import verfügbar ist, ob die Gegenstelle Strom aufnehmen kann und ob das Wechselstromnetz auf beiden Seiten stabil bleibt. HVDC verbessert Transportfähigkeit und Steuerbarkeit, löst aber keine Knappheit an gesicherter Leistung.
Sauber verwendet bezeichnet HVDC also eine bestimmte Übertragungstechnologie mit eigenen Stärken, Kosten und Betriebsbedingungen. Der Begriff wird ungenau, wenn er als allgemeines Symbol für Netzausbau, Energiewende oder internationalen Stromhandel benutzt wird. Präzise wird er erst durch die Fragen nach Strecke, Leistung, Umrichtertechnik, Netzanschlusspunkt, Betriebsregel und Marktintegration. HVDC ist ein Werkzeug für großräumige Stromübertragung. Seine Bedeutung entsteht aus der konkreten Aufgabe im Netz, nicht aus der Gleichstromtechnik allein.