- HVDC предаване: Електрическа супермагистрала към новата ера на възобновяемите енергийни източници
- Преобразуватели на напрежение (VSC) Технология в HVDC предавателни системи
- Подобрения в инфраструктурата на Ultra HVDC (UHVDC) за пренос на възобновяема енергия
Нуждата от ефективна и гъвкава система за пренос на електроенергия постоянно се усеща в днешните индустриализирани икономики. Съществуват редица опции, достъпни за политиците и търговските образувания, като предавателните системи с високо напрежение с постоянен ток (HVDC) се появяват като възможен механизъм за управление на енергията.
Развитието на технологията HVDC предвещава морска промяна в начина, по който електричеството се предава на дълги разстояния, тъй като предлага многократни предимства пред преносните системи с променлив ток (AC). Предавателните системи HVDC предлагат предимства по отношение на по-ниски емисии и икономия на разходи, когато се използват над главата на големи разстояния и под земята или под водата на къси разстояния.
Предлагайки максимална преходна ефективност и по-ниски загуби на мощност, независимо от разстоянието, което електричеството изминава, HVDC преносните системи създават значителен потенциал за пренос на енергия на големи разстояния, като острови и дори континенти. Напредъкът в технологиите HVDC проправя път за възобновяеми електрически системи, което означава положителни бъдещи перспективи на пазара на преносни системи HVDC, който беше оценен на близо 7,4 милиарда щатски долара през 2018 г.
HVDC предаване: Електрическа супермагистрала към новата ера на възобновяемите енергийни източници
Преносните системи HVDC се появяват като основа, върху която се разработва и прилага новата енергийна система, базирана на възобновяеми източници. Системите за възобновяема енергия, като проекти за слънчева и вятърна енергия, често са силно нестабилни и се намират в отдалечени райони. Непрекъснато развиващата се HVDC технология се налага в новата енергийна икономика с далекопроводи HVDC, които могат да транспортират мощност с максимална ефективност и минимални загуби.
HVDC линиите се превръщат в „електрически супермагистрали“, които ускоряват бъдещето на системите за производство на енергия от възобновяеми източници по три начина - свързване на съществуващи електроцентрали, разработване на нови слънчеви електроцентрали и интегриране на офшорни проекти за вятърна енергия. Силовите полупроводници, кабелите за високо напрежение и преобразувателите са сред ключовите компоненти на технологията HVDC, които внасят отличителни черти в съвременната система за пренос на постоянен ток (DC).
Нуждите от изграждане на нови електроцентрали могат да бъдат отложени с внедряването на HVDC предавателни системи, тъй като тя свързва различни енергийни системи, за да работят по-ефективно. Новата енергийна система може да постигне по-големи икономически и екологични печалби, идващи от големи водноелектрически ресурси, които заместват системите за генериране на топлинна енергия в традиционните енергийни системи чрез HVDC преносни линии.
Преносът HVDC се превърна в супермагистрала за мащабна интеграция на възобновяеми енергийни ресурси, за да предложи взаимосвързани мрежи, които са достатъчно надеждни и гъвкави, за да отговорят на предизвикателствата на новата икономика на възобновяемата енергия. HVDC преносните мрежи позволяват балансиране на натоварването между HVDC мощни супермагистрали и споделяне на линии и конверторни станции в слънчеви проекти и офшорни вятърни електроцентрали. По този начин внедряването на HVDC предавателни системи се счита за икономически жизнеспособен начин за осигуряване на резервиране и надеждност в такива енергийни мрежи.
Освен това преносните системи HVDC предлагат и осъществими решения на съществуващите предизвикателства, свързани с правото на път. Една HVDC предавателна система, внедрена над главата, може да се окаже по-надеждна от двойна верига за променлив ток. Инфраструктурата на HVDC може да подобри преходната ефективност на електроенергията, като използва изолирани HVDC кабели в подземни и подводни приложения, което може да ускори процесите за разрешаване на правото на път. Освен това преносните системи HVDC също могат да бъдат инсталирани в съседство със или върху съществуващите променливотокови линии, намалявайки нуждите от право на ползване на земята.
Преобразуватели на напрежение (VSC) Технология в HVDC предавателни системи
Предавателните системи HVDC използват преобразуватели с токов източник, преобразувани с линия (LCC), които изискват реактивна мощност от серийни кондензатори, маневрени банки или филтри за работа. Въпреки това, конвенционалната HVDC предавателна система не предлага динамична поддръжка на напрежение към променливотоковата мрежа и контролира системното напрежение в приемлив диапазон, в рамките на желания толеранс. Следователно преобразувателите на захранващо напрежение се използват в конвенционалните HVDC предавателни системи, не само за осигуряване на динамично регулиране на напрежението към променливотоковата мрежа, но и за управление на силовия поток в системата.
Предавателните системи HVDC, базирани на технологията VSC, могат да предложат независим контрол както на активната, така и на реактивната мощност, без да има повреди в комутацията. Превключването на IGBT клапаните при HVDC предаване, базирано на VSC, следва модулация с широчина на импулса (PWM), което позволява на системата да регулира фазовия ъгъл и амплитудата на изходното напрежение на преобразувателя с постоянно постояннотоково напрежение.
В допълнение, базираните на VSC HVDC системи за предаване се състоят от две независими системи за контрол и защита, които се състоят от цифрови процесори на сигнали и микроконтролери и предлагат резервиране, за да осигурят висока надеждност. Такива характеристики се дължат на склонността на крайните потребители към технологията VSC спрямо технологията LCC в преносните системи HVDC.
Системите HVDC, базирани на VSC, растат все по-популярни на пазара на преносни системи HVDC, с над 55% от дела на приходите на пазара. Базираната на VSC технология за предаване е настъпила възраст за конвенционалните HVDC системи за предаване, въпреки че е относително по-скъпа опция за приложения с по-висока номинална скорост.
Водещи компании на пазара на преносни системи HVDC ускоряват приемането на технология VSC за повишаване на надеждността на предаването HVDC в проекти за възобновяема енергия, реализирани по целия свят. Например, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - водещ японски производител на системи за производство на енергия - обяви инсталирането на базирана на VSC HVDC предавателна връзка, свързваща континенталната част на Япония (Хоншу) към северния остров Хокайдо, през март 2019 г. Компанията обяви, че това е първата японска HVDC система, базирана на VSC, която осигурява 600 MW капацитет за взаимно свързване по всяко време.
През април 2019 г. ABB Group - швейцарско-шведска мултинационална корпорация, работеща в сегменти на енергетиката, тежкото електрическо оборудване и технологията за автоматизация, обяви, че е създала съвместно предприятие с Hitachi, Ltd. базирана HVSC предавателна система за подстанция Higashi-Shimizu в Япония. Компанията обяви, че базираните на VSC HVDC предавателни системи ще включват два VSC преобразувателя (по 300 000 kW всеки), а Hitachi ще изгради системата, която ще се състои от преобразувателни трансформатори на Hitachi и преобразувател ABB HVDC със система за контрол и защита.
Подобрения в инфраструктурата на Ultra HVDC (UHVDC) за пренос на възобновяема енергия
Разработването на UHVDC предавателна система е едно от най-новите постижения в преносната технология HVDC, което позволява предаване на постояннотоково напрежение от поне 800 kV; конвенционална HVDC предавателна система обикновено използва напрежения между 100 kV до 600 kV. Тъй като новата глобална енергийна икономика постепенно се придвижва към континенталните мащабни електропреносни мрежи, UHVDC преносните системи вероятно ще придобият огромно значение в целия свят.
Развитите региони са сред най-благоприятните пазари за преносните системи на UHVDC, тъй като развитите страни генерират големи количества възобновяема енергия. Северна Америка и Европа са сред най-големите пазари за преносни системи HVDC, тъй като управляващите органи в тези региони инвестират сериозно за развитие на HVDC инфраструктури, за да постигнат своите климатични цели.
Обединеното кралство е сред водещите европейски държави, внедрили HVDC преносни системи. Великобритания споделя връзки HVDC с няколко съседни страни, включително Норвегия, Ирландия, Франция и Холандия. Освен това Съединените щати стимулираха инвестициите в производството на чиста енергия и приемането на HVDC пренос се увеличава с бързи темпове в страната. Непрекъснато разширяващата се междудържавна мрежа от системи за супермагистрали на електроенергия в САЩ прави Северна Америка най-големият пазар за преносна система HVDC, с почти една четвърт дял от приходите на глобалния пазар.
Въпреки това нарастващият брой на развиващите се икономики показва обещаващ растеж в производството на възобновяема енергия с развитието на водноелектрически централи и проекти за вятърна енергия. Развиващите се страни са дом на мащабни проекти за слънчева и вятърна енергия, а UHVDC преносните системи се приемат, за да отговорят на непрекъснато нарастващото търсене на енергия в тези страни.
Китай се превърна в една от водещите държави в света, която за първи път въведе UHVDC преносна система. През 2010 г. първият в света UHVDC електропровод е построен от ABB Group между Шанхай и Ксианджиаба в Китай с мощност 6,4 GW и обща дължина около 1 907 км. До 2017 г. страната е инвестирала над 400 милиарда юана (57 милиарда щатски долара) за разработване на поне 21 нови линии за пренос UHVDC в страната.
General Electric Company (GE) - американски мултинационален конгломерат - пусна в експлоатация първата фаза от 1500 MW на двуфазната HVDC система за пренос на енергия в Чатисгарх, Индия, през 2017 г. Power Grid Corporation of India Limited - индийска държавна електрическа компания компания - инвестира над 6300 крони INR в проекта. Министерството на енергетиката обяви, че капацитетът на проекта е допълнително увеличен до 6000 MW с инвестиция от над 5200 крони INR, през декември 2018 г. GE обяви, че това е първият проект на компанията UHVDC в Индия, както и в света, което е 1,287 км енергийна супермагистрала с предавателна мощност до 3000 MW.
С нарастващото приемане на преносните системи UHVDC в развиващите се икономики, като Китай и Индия, Азиатско-тихоокеанският регион (с изключение на Япония) се очертава като пазар с висок растеж за преносните системи HVDC. Бъдещите тенденции в сектора на пренос и разпределение на електроенергия (T&D) са силно повлияни от комбинацията от възобновяеми източници на енергия.
Увеличаването на инвестициите в сектора за научноизследователска и развойна дейност ще засили производството на възобновяема енергия през следващите години. Следователно това ще предизвика глобалното приемане на преносните системи HVDC като гъвкаво и икономично решение за управление на нови предизвикателства при производството на енергия и интегриране на възобновяеми източници през следващите години.