- Передача HVDC: электрическая супермагистраль к новой эре возобновляемых источников энергии
- Технология преобразователей напряжения (VSC) в системах передачи HVDC
- Достижения в инфраструктуре Ultra HVDC (UHVDC), важные для передачи возобновляемой энергии
Потребность в эффективной и гибкой системе передачи электроэнергии постоянно ощущается в сегодняшних промышленно развитых странах. Политическим деятелям и коммерческим организациям доступен ряд вариантов, в которых системы передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) становятся возможным механизмом управления энергопотреблением.
Развитие технологии HVDC знаменует кардинальные изменения в способах передачи электроэнергии на большие расстояния, поскольку она предлагает множественные преимущества по сравнению с системами передачи переменного тока (AC). Системы передачи HVDC предлагают преимущества с точки зрения более низких выбросов и экономии затрат при развертывании над землей на большие расстояния и под землей или под водой на короткие расстояния.
Предлагая максимальную переходную эффективность и более низкие потери мощности, независимо от расстояния, на которое проходит электричество, системы передачи постоянного тока высокого напряжения создают значительный потенциал для передачи электроэнергии на большие расстояния, такие как острова и даже континенты. Достижения в технологиях HVDC прокладывают путь для возобновляемых электроэнергетических систем, что свидетельствует о положительных перспективах рынка систем передачи HVDC, который в 2018 году оценивался почти в 7,4 миллиарда долларов США.
Передача HVDC: электрическая супермагистраль к новой эре возобновляемых источников энергии
Системы передачи HVDC становятся основой, на которой разрабатывается и внедряется новая энергетическая система, основанная на возобновляемых источниках. Системы возобновляемой энергии, такие как проекты солнечной и ветровой энергии, часто очень нестабильны и расположены в отдаленных районах. Постоянно развивающаяся технология HVDC получает все большее распространение в новой энергетической экономике с помощью магистральных линий передачи HVDC, которые могут передавать энергию с максимальной эффективностью и с минимальными потерями.
Линии HVDC становятся «супермагистралями электричества», которые ускоряют будущее систем генерации возобновляемой энергии по трем направлениям - объединяя существующие электростанции, разрабатывая новые солнечные электростанции и объединяя проекты морской ветроэнергетики. Силовые полупроводники, высоковольтные кабели и преобразователи являются одними из ключевых компонентов технологии HVDC, которая привносит отличительные особенности в современную систему передачи постоянного тока (DC).
Потребности в строительстве новых электростанций могут быть отложены с развертыванием систем передачи постоянного тока высокого напряжения, так как они объединяют различные энергосистемы для более эффективной работы. Новая энергосистема может получить большую экономическую и экологическую выгоду за счет крупных гидроэнергетических ресурсов, которые заменяют системы тепловой генерации в традиционных энергосистемах через линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения.
Передача HVDC стала мощной магистралью для крупномасштабной интеграции возобновляемых источников энергии, чтобы предложить взаимосвязанные сети, которые являются надежными и достаточно гибкими, чтобы решать проблемы новой экономики возобновляемых источников энергии. Сети электропередачи HVDC позволяют балансировать нагрузку между высоковольтными магистралями постоянного тока и совместно использовать линии и преобразовательные подстанции в солнечных проектах и морских ветряных электростанциях. Таким образом, развертывание систем передачи HVDC рассматривается как экономически жизнеспособный способ обеспечения избыточности и надежности в таких электрических сетях.
Кроме того, системы передачи постоянного тока высокого напряжения также предлагают возможные решения существующих проблем с полосой отвода. Одна развернутая надземная система передачи HVDC может оказаться более надежной, чем двухцепная линия передачи переменного тока. Инфраструктура HVDC может повысить эффективность переходных процессов в электричестве за счет использования изолированных кабелей HVDC в подземных и подводных применениях, что может ускорить процессы выдачи разрешений на отвод. Кроме того, системы передачи постоянного тока высокого напряжения также могут быть установлены рядом с существующими линиями переменного тока или на них, что снижает потребность в землепользовании в полосе отвода.
Технология преобразователей напряжения (VSC) в системах передачи HVDC
В системах передачи HVDC используются преобразователи с коммутацией линий (LCC) с источником тока, которым для работы требуется реактивная мощность от последовательных конденсаторов, шунтирующих батарей или фильтров. Однако обычная система передачи HVDC не может обеспечить динамическую поддержку напряжения для сети переменного тока и управлять напряжением системы в приемлемом диапазоне, в пределах желаемого допуска. Следовательно, преобразователи напряжения питания используются в обычных системах передачи HVDC не только для обеспечения динамического регулирования напряжения в сети переменного тока, но также для управления потоком мощности в системе.
Системы передачи HVDC, основанные на технологии VSC, могут предлагать независимое управление как активной, так и реактивной мощностью без отказов коммутации. Переключение клапанов IGBT в передаче HVDC на основе VSC следует за широтно-импульсной модуляцией (PWM), которая позволяет системе регулировать фазовый угол и амплитуду выходного напряжения переменного тока преобразователя с постоянным напряжением постоянного тока.
Кроме того, системы передачи HVDC на основе VSC состоят из двух независимых систем управления и защиты, которые состоят из цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров и обеспечивают резервирование для обеспечения высокой надежности. Такие особенности объясняются тем, что конечные пользователи предпочитают технологию VSC технологии LCC в системах передачи HVDC.
Системы HVDC на базе VSC становятся все популярнее на рынке систем передачи HVDC, занимая более 55% доли рынка. Технология передачи на основе VSC достигла совершеннолетия для обычных систем передачи HVDC, несмотря на то, что она является относительно более дорогим вариантом для приложений передачи с более высокими номиналами.
Ведущие компании на рынке систем передачи HVDC активизируют внедрение технологии VSC для повышения надежности передачи HVDC в проектах возобновляемой энергетики, реализуемых по всему миру. Например, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - ведущий японский производитель систем выработки электроэнергии - в марте 2019 года объявила об установке линии передачи постоянного тока высокого напряжения постоянного тока на основе VSC, соединяющей материковую часть Японии (Хонсю) с северным островом Хоккайдо. объявила, что это первая в Японии система HVDC на базе VSC, которая обеспечивает постоянную мощность межсоединений 600 МВт.
В апреле 2019 года ABB Group - швейцарско-шведская многонациональная корпорация, работающая в сегментах энергетики, тяжелого электрического оборудования и технологий автоматизации - объявила о создании совместного предприятия с Hitachi, Ltd. - японской многонациональной конгломератной компанией - для поставки VSC. система передачи HVSC для подстанции Хигаси-Симидзу в Японии. Компания объявила, что системы передачи HVDC на основе VSC будут включать два преобразователя VSC (по 300 000 кВт каждый), и Hitachi построит систему, которая будет состоять из преобразовательных трансформаторов Hitachi и преобразователя HVDC ABB с системой управления и защиты.
Достижения в инфраструктуре Ultra HVDC (UHVDC), важные для передачи возобновляемой энергии
Разработка системы передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения является одним из последних достижений в технологии передачи постоянного напряжения постоянного тока, которая позволяет передавать постоянное напряжение не менее 800 кВ; в традиционной системе передачи постоянного тока высокого напряжения обычно используются напряжения от 100 кВ до 600 кВ. По мере того как новая глобальная энергетическая экономика постепенно движется к энергосистемам континентального масштаба, системы передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока, вероятно, приобретут огромное значение во всем мире.
Развитые регионы являются одними из наиболее благоприятных рынков для систем передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока, поскольку развитые страны производят большие объемы возобновляемой энергии. Северная Америка и Европа являются одними из крупнейших рынков систем передачи постоянного тока высокого напряжения, так как руководящие органы в этих регионах вкладывают значительные средства в развитие инфраструктуры постоянного тока постоянного тока для достижения своих климатических целей.
Соединенное Королевство входит в число ведущих европейских стран, внедривших системы передачи постоянного тока высокого напряжения. Великобритания разделяет линии HVDC с несколькими соседними странами, включая Норвегию, Ирландию, Францию и Голландию. Кроме того, Соединенные Штаты увеличивают инвестиции в производство чистой энергии, и внедрение систем передачи постоянного тока высокого напряжения в стране быстро растет. Постоянно расширяющаяся межгосударственная сеть электрических систем супермагистрали в США делает Северную Америку крупнейшим рынком для систем передачи постоянного тока постоянного тока с почти четвертью доли дохода на мировом рынке.
Однако все большее число стран с развивающейся экономикой демонстрируют многообещающий рост производства возобновляемой энергии с развитием гидроэлектростанций и проектов ветроэнергетики. В развивающихся странах реализуются крупномасштабные проекты в области солнечной и ветровой энергии, и системы передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения внедряются для удовлетворения постоянно растущего спроса на электроэнергию в этих странах.
Китай стал одной из ведущих стран в мире, впервые внедрившей систему передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения. В 2010 году первая в мире линия электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока была построена группой ABB между Шанхаем и Сянцзяба в Китае с номинальной мощностью 6,4 ГВт и общей протяженностью около 1907 км. К 2017 году страна инвестировала более 400 миллиардов юаней (57 миллиардов долларов США) в строительство как минимум 21 новой линии электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока в стране.
General Electric Company (GE) - американский многонациональный конгломерат - ввела в эксплуатацию первую фазу мощностью 1500 МВт двухфазной системы электропередачи постоянного тока в Чхаттисгархе, Индия, в 2017 году. Power Grid Corporation of India Limited - индийская государственная электроэнергетическая компания компания - инвестировала в проект более 6300 крор индийских рупий. Министерство энергетики объявило, что проектная мощность была дополнительно увеличена до 6000 МВт с инвестициями в размере более 5200 крор индийских рупий в декабре 2018 года. GE объявила, что это был первый проект компании UHVDC в Индии, а также в мире, который составляет 1287 км энергетической супермагистрали с мощностью передачи до 3000 МВт.
С ростом внедрения систем передачи UHVDC в странах с развивающейся экономикой, таких как Китай и Индия, Азиатско-Тихоокеанский регион (за исключением Японии) становится быстрорастущим рынком для систем передачи HVDC. На будущие тенденции в секторе передачи и распределения электроэнергии (T&D) сильно влияет сочетание возобновляемых источников энергии.
Увеличение инвестиций в сектор НИОКР будет способствовать развитию возобновляемой энергии в ближайшие годы. Следовательно, это приведет к глобальному внедрению систем передачи постоянного тока высокого напряжения в качестве гибкого и экономичного решения для управления новыми проблемами производства энергии и интеграции возобновляемых источников в ближайшие годы.