- HVDC perdavimas: elektros energijos greitkelis į atsinaujinančių šaltinių naująją erą
- Įtampos maitinimo keitiklių (VSC) technologija HVDC perdavimo sistemose
- „Ultra HVDC“ (UHVDC) infrastruktūros pažanga atsinaujinančios energijos perdavimui
Efektyvios ir lanksčios elektros perdavimo sistemos poreikis buvo nuolat jaučiamas šiuolaikinėse pramoninėse ekonomikose. Politikos formuotojams ir komerciniams subjektams yra daugybė galimybių, kai aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) perdavimo sistemos atsiranda kaip galimas energijos valdymo mechanizmas.
HVDC technologijos plėtra reiškia, kad jūra keičiasi elektros energijos perdavimu dideliais atstumais, nes ji teikia daugybę pranašumų, palyginti su kintamosios srovės (AC) perdavimo sistemomis. HVDC perdavimo sistemos suteikia pranašumų dėl mažesnio išmetamųjų teršalų kiekio ir sutaupytų išlaidų, kai jos naudojamos dideliems atstumams virš galvos, o po žeme - po vandeniu.
Siūlydamos maksimalų trumpalaikį efektyvumą ir mažesnius galios nuostolius, neatsižvelgdamos į elektros atstumą, HVDC perdavimo sistemos sukuria didelį energijos perdavimo potencialą dideliais atstumais, pavyzdžiui, salose ir net žemynuose. HVDC technologijų pažanga atveria kelią atsinaujinančioms elektros energijos sistemoms, o tai reiškia teigiamas HVDC perdavimo sistemos rinkos perspektyvas, kurios vertė 2018 m. Siekė beveik 7,4 mlrd. USD.
HVDC perdavimas: elektros energijos greitkelis į atsinaujinančių šaltinių naująją erą
HVDC perdavimo sistemos atsiranda kaip pagrindas, kuriuo remiantis kuriama ir diegiama naujoji atsinaujinančių šaltinių energetikos sistema. Atsinaujinančios energijos sistemos, pavyzdžiui, saulės ir vėjo energijos projektai, dažnai būna labai nepastovios ir yra nutolusiose vietovėse. Nuolat besivystanti HVDC technologija įsitvirtina naujoje energetikos ekonomikoje, kai naudojasi tolimojo susisiekimo HVDC perdavimo linijomis, kurios gali transportuoti energiją maksimaliai efektyviai ir minimaliai nuostolingai.
HVDC linijos tampa „elektros greitkeliais“, kurie paspartina atsinaujinančios energijos gamybos sistemų ateitį trimis būdais - sujungdami esamas jėgaines, plėtodami naujas saulės jėgaines ir integruodami vėjo energetikos projektus jūroje. Maitinimo puslaidininkiai, aukštos įtampos kabeliai ir keitikliai yra vieni pagrindinių HVDC technologijos komponentų, kurie šiuolaikinei nuolatinės srovės (nuolatinės srovės) perdavimo sistemai suteikia aiškių bruožų.
Naujų jėgainių statybų poreikiai gali būti atidėti įgyvendinant HVDC perdavimo sistemas, nes jos sujungia skirtingas energijos sistemas, kad veiktų efektyviau. Naujoji energetikos sistema gali pasiekti didesnės ekonominės ir aplinkosaugos naudos iš didelių hidroelektrinių išteklių, kurie per HVDC perdavimo linijas pakeičia tradicinių elektros sistemų šilumos gamybos sistemas.
HVDC perdavimas tapo elektros energijos magistrale plataus masto atsinaujinančių energijos išteklių integravimui, kad būtų galima pasiūlyti sujungtus tinklus, kurie yra pakankamai patikimi ir lankstūs, kad galėtų spręsti naujos atsinaujinančios energijos ekonomikos iššūkius. HVDC perdavimo tinklai leidžia subalansuoti apkrovą tarp HVDC greitkelių ir dalytis linijomis ir keitiklių stotimis saulės projektuose ir vėjo jėgainėse jūroje. Taigi HVDC perdavimo sistemų diegimas laikomas ekonomiškai perspektyviu būdu užtikrinti tokiuose elektros tinkluose perteklių ir patikimumą.
Be to, HVDC perdavimo sistemos taip pat siūlo įmanomus esamų kelių tiesimo iššūkių sprendimus. Viena HVDC perdavimo sistema, įdiegta virš galvos, gali būti patikimesnė nei dvigubos grandinės kintamosios srovės perdavimo linija. HVDC infrastruktūra gali pagerinti pereinamąjį elektros energijos efektyvumą naudojant izoliuotus HVDC kabelius požeminėse ir povandeninėse programose, o tai gali pagreitinti leidimo procesus. Be to, HVDC perdavimo sistemos taip pat gali būti montuojamos greta esamų kintamosios srovės linijų arba ant jų, taip sumažinant žemės naudojimo poreikį.
Įtampos maitinimo keitiklių (VSC) technologija HVDC perdavimo sistemose
HVDC perdavimo sistemose naudojami srovės šaltiniai, linijiniai komutatoriai (LCC), kuriems veikti reikalinga serijinių kondensatorių, šuntinių bankų ar filtrų reaktyvioji galia. Tačiau įprasta HVDC perdavimo sistema negali pasiūlyti dinaminės įtampos kintamosios srovės tinklui ir valdyti sistemos įtampą priimtinu diapazonu, neviršijant norimo tolerancijos. Todėl įtampos maitinimo keitikliai naudojami įprastose HVDC perdavimo sistemose ne tik dinaminiam įtampos reguliavimui kintamosios srovės tinkle, bet ir sistemos energijos srautui valdyti.
HVDC perdavimo sistemos, pagrįstos VSC technologija, gali pasiūlyti nepriklausomą tiek aktyviosios, tiek reaktyviosios galios valdymą be komutavimo gedimų. IGBT vožtuvų perjungimas VSC pagrindu veikiančioje HVDC transliacijoje atliekamas pagal impulsų pločio moduliaciją (PWM), kuri leidžia sistemai reguliuoti keitiklio kintamosios srovės išėjimo įtampos fazinį kampą ir amplitudę pastovia nuolatine įtampa.
Be to, VSC pagrįstos HVDC perdavimo sistemos susideda iš dviejų nepriklausomų valdymo ir apsaugos sistemų, susidedančių iš skaitmeninių signalų procesorių ir mikrovaldiklių, ir siūlo perteklių, kad būtų užtikrintas aukštas patikimumas. Tokios savybės siejamos su galutinių vartotojų polinkiu į VSC technologijas, palyginti su LCC technologijomis HVDC perdavimo sistemose.
VSC pagrįstos HVDC sistemos vis labiau populiarėja HVDC perdavimo sistemų rinkoje - joms tenka daugiau nei 55% pajamų. VSC perdavimo technologija tapo įprasta įprastoms HVDC perdavimo sistemoms, nepaisant to, kad ji yra palyginti brangesnė galimybė naudoti aukštesnio reitingo perdavimo programas.
Pirmaujančios įmonės HVDC perdavimo sistemų rinkoje skatina naudoti VSC technologijas, kad padidintų HVDC perdavimo patikimumą visame pasaulyje įgyvendinamuose atsinaujinančios energijos projektuose. Pavyzdžiui, „Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation“ - pirmaujanti Japonijos elektros energijos sistemų gamintoja - 2019 m. Kovo mėn. Paskelbė įrengianti VSC pagrindu veikiančią HVDC perdavimo jungtį, jungiančią žemyninę Japonijos dalį (Honshu) su šiaurine Hokkaido sala. paskelbė, kad tai yra pirmoji Japonijos VSC pagrindu sukurta HVDC sistema, kuri visada užtikrina 600 MW sujungimo galingumą.
2019 m. Balandžio mėn. „ABB Group“ - tarptautinė Šveicarijos ir Švedijos korporacija, veikianti elektros energijos, sunkiosios elektros įrangos ir automatikos technologijų segmentuose - paskelbė, kad įsteigė bendrą įmonę su „Hitachi, Ltd.“ - Japonijos tarptautine konglomerato įmone - pristatyti VSC. HVSC perdavimo sistema Higashi-Shimizu pastotei Japonijoje. Bendrovė pranešė, kad VSC pagrindu veikiančiose HVDC perdavimo sistemose bus du VSC keitikliai (po 300 000 kW), o „Hitachi“ sukurs sistemą, kurią sudarys „Hitachi“ keitiklių transformatoriai ir „ABB HVDC“ keitikliai su valdymo ir apsaugos sistema.
„Ultra HVDC“ (UHVDC) infrastruktūros pažanga atsinaujinančios energijos perdavimui
UHVDC perdavimo sistemos sukūrimas yra vienas iš naujausių HVDC perdavimo technologijos laimėjimų, leidžiančių perduoti nuolatinę įtampą bent 800 kV; įprastoje HVDC perdavimo sistemoje paprastai naudojama įtampa nuo 100 kV iki 600 kV. Naujajai pasaulinei energetikos ekonomikai palaipsniui pereinant prie žemyninio masto elektros tinklų, greičiausiai UHVDC perdavimo sistemos įgis didžiulę reikšmę visame pasaulyje.
Išsivysčiusieji regionai yra viena iš palankiausių UHVDC perdavimo sistemų rinkų, nes išsivysčiusios šalys gamina daug atsinaujinančios energijos. Šiaurės Amerika ir Europa yra viena didžiausių HVDC perdavimo sistemų rinkų, nes šių regionų valdymo organai daug investuoja į HVDC infrastruktūros plėtrą, kad pasiektų savo klimato tikslus.
Jungtinė Karalystė yra viena iš pirmaujančių Europos šalių, įdiegusių HVDC perdavimo sistemas. JK dalijasi HVDC ryšiais su keliomis kaimyninėmis šalimis, įskaitant Norvegiją, Airiją, Prancūziją ir Olandiją. Be to, Jungtinės Valstijos skatino investicijas į švarios energijos gamybą, o HVDC perdavimo priėmimas šalyje sparčiai auga. Nuolat besiplečiantis tarpvalstybinis elektros energijos greitkelių sistemų tinklas JAV daro Šiaurės Ameriką didžiausia HVDC perdavimo sistemos rinka, kuriai tenka beveik ketvirtadalis pajamų pasaulinėje rinkoje.
Tačiau plėtojant hidroelektrines ir vėjo jėgainių projektus, daugėjančios besivystančios ekonomikos šalys perspektyviai didina atsinaujinančios energijos gamybą. Besivystančiose šalyse vyksta didelio masto saulės ir vėjo energijos projektai, o UHVDC perdavimo sistemos yra priimamos siekiant patenkinti vis didėjantį energijos poreikį šiose šalyse.
Kinija tapo viena iš pirmaujančių pasaulio šalių, kuri pirmą kartą įdiegė UHVDC perdavimo sistemą. 2010 m. ABB grupė pastatė pirmąją pasaulyje UHVDC perdavimo liniją tarp Šanchajaus ir Xiangjiaba Kinijoje, kurios galia buvo 6,4 GW, o bendras ilgis - apie 1 907 km. Iki 2017 m. Šalis investavo daugiau nei 400 mlrd. Juanių (57 mlrd. JAV dolerių), kad šalyje būtų sukurta mažiausiai 21 nauja UHVDC perdavimo linija.
„General Electric Company“ (GE) - amerikiečių tarptautinis konglomeratas - 2017 m. Čhatisgarhe (Indija) atidarė pirmąjį 1500 MW dviejų fazių HVDC energijos perdavimo sistemos etapą. „India Grid Corporation“ - Indijos valstybinė elektros įmonė bendrovė - į projektą investavo daugiau nei 6300 mln. INR. Energijos ministerija paskelbė, kad 2018 m. Gruodžio mėn. Projekto investiciniai pajėgumai buvo dar padidinti iki 6000 MW investuojant daugiau nei 5200 mln. INR. GE paskelbė, kad tai buvo pirmasis bendrovės projektas UHVDC Indijoje ir pasaulyje, kuris yra 1.287 km energijos greitkelis, kurio perdavimo galia yra iki 3 000 MW.
Besivystančiose šalyse, tokiose kaip Kinija ir Indija, vis dažniau diegiant UHVDC perdavimo sistemas, Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas (išskyrus Japoniją) tampa sparčiai augančia HVDC perdavimo sistemų rinka. Ateities tendencijoms elektros energijos perdavimo ir paskirstymo (TP) srityje daug įtakos turi atsinaujinančių energijos šaltinių derinys.
Ateinančiais metais didėjančios investicijos į T&D sektorių sustiprins atsinaujinančios energijos gamybą. Tai paskatins pasaulinį HVDC perdavimo sistemų priėmimą kaip lankstų ir ekonomišką sprendimą naujiems energijos gamybos iššūkiams valdyti ir ateinančiais metais integruoti atsinaujinančius šaltinius.