- HVDC pārraide: elektrības lielceļš uz atjaunojamo enerģijas avotu jauno laikmetu
- Sprieguma padeves pārveidotāju (VSC) tehnoloģija HVDC pārraides sistēmās
- Uzlabojumi Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktūrā, kas ir nozīmīga atjaunojamās enerģijas pārvadei
Nepieciešamība pēc efektīvas un elastīgas elektroenerģijas pārvades sistēmas ir pastāvīgi jūtama mūsdienu rūpnieciski attīstītajās valstīs. Politikas veidotājiem un komercsabiedrībām ir pieejamas vairākas iespējas, un augstsprieguma līdzstrāvas (HVDC) pārvades sistēmas kļūst par iespējamu enerģijas pārvaldības mehānismu.
HVDC tehnoloģijas attīstība liecina par elektrības pārraides lielos attālumos izmaiņām jūrā, jo tā piedāvā daudzkārtējas priekšrocības salīdzinājumā ar maiņstrāvas (maiņstrāvas) pārraides sistēmām. HVDC pārvades sistēmas piedāvā priekšrocības attiecībā uz zemākām emisijām un izmaksu ietaupījumiem, ja tās tiek izvietotas virs galvas lielos attālumos un pazemē vai zem ūdens nelielos attālumos.
Piedāvājot maksimālu pārejošu efektivitāti un mazākus enerģijas zudumus, neatkarīgi no elektrības nobraukuma attāluma, HVDC pārvades sistēmas rada ievērojamu enerģijas pārvades potenciālu lielos attālumos, piemēram, salās un pat kontinentos. HVDC tehnoloģiju attīstība paver ceļu atjaunojamās elektroenerģijas sistēmām, kas norāda uz pozitīvām nākotnes perspektīvām HVDC pārvades sistēmu tirgū, kura vērtība 2018. gadā bija gandrīz USD 7,4 miljardi.
HVDC pārraide: elektrības lielceļš uz atjaunojamo enerģijas avotu jauno laikmetu
HVDC pārvades sistēmas kļūst par pamatakmeni, uz kura tiek attīstīta un ieviesta jaunā enerģijas sistēma, kuras pamatā ir atjaunojamie enerģijas avoti. Atjaunojamās enerģijas sistēmas, piemēram, saules un vēja enerģijas projekti, bieži ir ļoti nestabilas un atrodas attālos rajonos. Nepārtraukti attīstošā HVDC tehnoloģija ir ieguvusi vietu jaunajā enerģētikas ekonomikā ar tālsatiksmes HVDC pārvades līnijām, kas var transportēt enerģiju ar maksimālu efektivitāti un minimālus jaudas zudumus.
HVDC līnijas kļūst par “elektrības lielceļiem”, kas paātrina atjaunojamās enerģijas ražošanas sistēmu nākotni trīs veidos - savienojot esošās spēkstacijas, attīstot jaunas saules elektrostacijas un integrējot jūras vēja enerģijas projektus. Jaudas pusvadītāji, augstsprieguma kabeļi un pārveidotāji ir vieni no galvenajiem HVDC tehnoloģijas komponentiem, kas mūsdienu modernās līdzstrāvas (DC) pārvades sistēmā ienes atšķirīgas iezīmes.
Vajadzības pēc jaunu spēkstaciju būvniecības var tikt atliktas, izvietojot HVDC pārvades sistēmas, jo tas efektīvāk darbojoties savieno dažādas energosistēmas. Jaunā energosistēma var sasniegt lielākus ekonomiskos un vides ieguvumus no lieliem hidroelektroenerģijas resursiem, kas aizstāj siltumenerģijas ražošanas sistēmas tradicionālajās energosistēmās, izmantojot HVDC pārvades līnijas.
HVDC pārraide ir kļuvusi par lielceļu, lai plaši integrētu atjaunojamos enerģijas resursus, lai piedāvātu savstarpēji savienotus tīklus, kas ir pietiekami uzticami un elastīgi, lai risinātu jaunās atjaunojamās enerģijas ekonomikas problēmas. HVDC pārvades tīkli ļauj līdzsvarot slodzi starp HVDC lielceļiem un koplietot līnijas un pārveidotāju stacijas saules projektos un jūras vēja elektrostacijās. Tādējādi HVDC pārvades sistēmu ieviešana tiek uzskatīta par ekonomiski pamatotu veidu, kā nodrošināt atlaišanu un uzticamību šādos elektrotīklos.
Turklāt HVDC pārraides sistēmas piedāvā arī iespējamos risinājumus esošajiem ceļa ceļa izaicinājumiem. Viena HVDC pārraides sistēma, kas izvietota virs galvas, var izrādīties uzticamāka nekā divkāršās ķēdes maiņstrāvas pārvades līnija. HVDC infrastruktūra var uzlabot īslaicīgu elektroenerģijas efektivitāti, izmantojot izolētus HVDC kabeļus pazemes un zemūdens lietojumprogrammās, kas var paātrināt ceļa atļaušanas procesus. Turklāt HVDC pārvades sistēmas var uzstādīt arī blakus esošajām maiņstrāvas līnijām vai uz tām, samazinot nepieciešamību pēc zemes izmantošanas pa labi.
Sprieguma padeves pārveidotāju (VSC) tehnoloģija HVDC pārraides sistēmās
HVDC pārvades sistēmās tiek izmantoti strāvas avoti, ar līniju pārveidoti pārveidotāji (LCC), kuru darbībai nepieciešama reaktīvā jauda no sērijas kondensatoriem, šunta bankām vai filtriem. Tomēr parastā HVDC pārraides sistēma nespēj piedāvāt dinamisko sprieguma atbalstu maiņstrāvas tīklam un kontrolēt sistēmas spriegumu pieņemamā diapazonā vēlamajā pielaidē. Līdz ar to sprieguma padeves pārveidotāji tiek izmantoti parastajās HVDC pārvades sistēmās, lai nodrošinātu dinamisku sprieguma regulēšanu maiņstrāvas tīklā, bet arī lai kontrolētu enerģijas plūsmu sistēmā.
HVDC pārraides sistēmas, kuru pamatā ir VSC tehnoloģija, var piedāvāt gan aktīvās, gan reaktīvās jaudas neatkarīgu vadību bez komutācijas kļūmēm. IGBT vārstu pārslēgšana uz VSC balstītu HVDC pārraidi notiek pēc impulsa platuma modulācijas (PWM), kas ļauj sistēmai ar pastāvīgu līdzstrāvas spriegumu pielāgot pārveidotāja maiņstrāvas izejas sprieguma fāzes leņķi un amplitūdu.
Turklāt uz VSC balstītas HVDC pārraides sistēmas sastāv no divām neatkarīgām vadības un aizsardzības sistēmām, kas sastāv no ciparu signālu procesoriem un mikrokontrolleriem, un piedāvā redundanci, lai nodrošinātu augstu uzticamību. Šādas pazīmes tiek attiecinātas uz galalietotāju tieksmi uz VSC tehnoloģiju salīdzinājumā ar LCC tehnoloģiju HVDC pārvades sistēmās.
VSC balstītas HVDC sistēmas kļūst arvien populārākas HVDC pārvades sistēmu tirgū, ar vairāk nekā 55% no tirgus ieņēmumu daļas. VSC balstīta pārraides tehnoloģija ir kļuvusi vecāka parastajām HVDC pārvades sistēmām, neskatoties uz to, ka tā ir salīdzinoši dārgāka iespēja augstāk novērtētām pārraides lietojumprogrammām.
Vadošie uzņēmumi HVDC pārvades sistēmu tirgū veicina VSC tehnoloģijas ieviešanu, lai uzlabotu HVDC pārraides uzticamību visā pasaulē īstenotajos atjaunojamās enerģijas projektos. Piemēram, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - vadošais Japānas elektroenerģijas ražošanas sistēmu ražotājs - 2019. gada martā paziņoja par VSC bāzes HVDC pārraides savienojuma, kas savieno Japānas kontinentu (Honshu) ar Hokaido ziemeļu salu, uzstādīšanu. paziņoja, ka šī ir Japānas pirmā VSC balstītā HVDC sistēma, kas vienmēr nodrošina 600 MW starpsavienojuma jaudu.
2019. gada aprīlī ABB grupa - Šveices un Zviedrijas daudznacionāla korporācija, kas darbojas enerģijas, smago elektroiekārtu un automatizācijas tehnoloģiju segmentos - paziņoja, ka ir nodibinājusi kopuzņēmumu ar Japānas daudznacionālo konglomerātu uzņēmumu Hitachi, Ltd. HVSC pārraides sistēma Higashi-Shimizu apakšstacijai Japānā. Uzņēmums paziņoja, ka uz VSC balstītās HVDC pārvades sistēmās būs divi VSC pārveidotāji (katrs 300 000 kW), un Hitachi būvēs sistēmu, kas sastāvēs no Hitachi pārveidotāju transformatoriem un ABB HVDC pārveidotāja ar vadības un aizsardzības sistēmu.
Uzlabojumi Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktūrā, kas ir nozīmīga atjaunojamās enerģijas pārvadei
UHVDC pārvades sistēmas attīstība ir viens no jaunākajiem sasniegumiem HVDC pārraides tehnoloģijā, kas ļauj līdzstrāvas sprieguma pārraidi vismaz 800 kV; parastā HVDC pārvades sistēma parasti izmanto spriegumu no 100 kV līdz 600 kV. Jaunajai globālajai enerģētikas ekonomikai pakāpeniski virzoties uz kontinentāla mēroga elektrotīkliem, iespējams, ka UHVDC pārvades sistēmas iegūs milzīgu nozīmi visā pasaulē.
Attīstītie reģioni ir vieni no vislabvēlīgākajiem UHVDC pārvades sistēmu tirgiem, jo attīstītās valstis ražo lielu daudzumu atjaunojamās enerģijas. Ziemeļamerika un Eiropa ir vieni no lielākajiem HVDC pārvades sistēmu tirgiem, jo šo reģionu pārvaldes institūcijas iegulda lielus ieguldījumus, lai attīstītu HVDC infrastruktūru, lai sasniegtu savus klimata mērķus.
Lielbritānija ir viena no vadošajām Eiropas valstīm, kas ieviesusi HVDC pārvades sistēmas. Lielbritānijai ir kopīgas HVDC saites ar vairākām kaimiņvalstīm, tostarp Norvēģiju, Īriju, Franciju un Holandi. Turklāt Amerikas Savienotās Valstis ir veicinājušas ieguldījumus tīras enerģijas ražošanā, un HVDC pārraides ieviešana valstī strauji pieaug. Pastāvīgi paplašinātais starpvalstu elektrisko lielceļu sistēmu tīkls ASV padara Ziemeļameriku par lielāko HVDC pārvades sistēmas tirgu ar gandrīz vienu ceturto daļu pasaules tirgus ieņēmumu daļas.
Tomēr, attīstoties hidroelektrostacijām un vēja enerģijas projektiem, pieaugošs skaits jauno ekonomiku ir parādījis daudzsološu atjaunojamās enerģijas ražošanas pieaugumu. Jaunattīstības valstīs notiek vērienīgi saules un vēja enerģijas projekti, un UHVDC pārvades sistēmas tiek pieņemtas, lai apmierinātu arvien pieaugošo enerģijas pieprasījumu šajās valstīs.
Ķīna kļuva par vienu no vadošajām valstīm pasaulē, kas vispirms pieņēma UHVDC pārraides sistēmu. 2010. gadā pasaulē pirmo UHVDC elektropārvades līniju ABB grupa uzbūvēja starp Šanhaju un Sjandzjabiju Ķīnā ar jaudas nominālu 6,4 GW un kopējo garumu aptuveni 1 907 km. Līdz 2017. gadam valsts ieguldīja vairāk nekā 400 miljardus juaņu (57 miljardus ASV dolāru), lai valstī attīstītu vismaz 21 jaunu UHVDC pārvades līniju.
General Electric Company (GE) - amerikāņu daudznacionāls konglomerāts - 2017. gadā nodeva ekspluatācijā pirmo 1500 MW fāzi divfāžu HVDC enerģijas pārvades sistēmā Čhatisgarhā, Indijā. uzņēmums - projektā ieguldīja vairāk nekā 6300 crore INR. Enerģētikas ministrija paziņoja, ka projekta jauda tika paaugstināta līdz 6000 MW, investējot vairāk nekā 5200 crore INR 2018. gada decembrī. GE paziņoja, ka šis ir uzņēmuma pirmais UHVDC projekts Indijā, kā arī pasaulē, kas ir 1 287 km enerģijas lielceļa ar raidīšanas jaudu līdz 3000 MW.
Palielinoties UHVDC pārvades sistēmu ieviešanai jaunietekmes valstīs, piemēram, Ķīnā un Indijā, Āzijas un Klusā okeāna reģions (izņemot Japānu) kļūst par strauji augošu HVDC pārvades sistēmu tirgu. Nākotnes tendences elektroenerģijas pārvades un sadales (T&D) nozarē ļoti ietekmē atjaunojamo enerģijas avotu kopums.
Palielinot ieguldījumus T&D nozarē, nākamajos gados tiks veicināta atjaunojamās enerģijas ražošana. Tas izraisīs HVDC pārvades sistēmu globālu pieņemšanu kā elastīgu un ekonomisku risinājumu jaunu enerģijas ražošanas problēmu risināšanai un atjaunojamo enerģijas avotu integrēšanai nākamajos gados.