Aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimo linijų pranašumai lyginant su kintamosios srovės linijomis

Tapusios tradicinėmis aukštos įtampos perdavimo linijomis, šiandien jos nuolat veikia naudodamos kintamąją srovę. Bet ar kada nors pagalvojote apie pranašumus, kuriuos gali suteikti aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimo linija, palyginti su kintamosios srovės linija? Taip, mes kalbame apie aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC energijos perdavimo) perdavimo linijas.

Žinoma, visų pirma, norint suformuoti aukštos įtampos nuolatinės srovės liniją, keitikliai, kuri iš kintamosios srovės sudarytų nuolatinę srovę, o iš nuolatinės – kintamąją. Tokie inverteriai ir keitikliai yra brangūs, taip pat jų atsarginės dalys turi perkrovos apribojimus, be to, kiekvienai linijai įrenginys turi būti unikalus be perdėto. Mažais atstumais dėl galios nuostolių keitikliuose tokia perdavimo linija paprastai yra neekonomiška.

Bet kuriose programose bus geriau jį naudoti D.C.? Kodėl aukšta kintamosios srovės įtampa kartais nėra pakankamai efektyvi? Galiausiai, ar jau naudojamos aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimo linijos? Mes pasistengsime gauti atsakymus į šiuos klausimus.

Nereikia toli ieškoti pavyzdžių. Baltijos jūros dugne tarp dviejų kaimyninių valstybių Vokietijos ir Švedijos nutiestas elektros kabelis yra 250 metrų ilgio, o jei srovė būtų kintamoji, tai dėl talpinės varžos patirtų didelių nuostolių. Arba tiekiant elektrą atokioms vietovėms, kai nėra galimybės įrengti tarpinės įrangos. Čia taip pat aukštos įtampos nuolatinė srovė sukels mažiau nuostolių.

Ką daryti, jei reikia padidinti esamos linijos pajėgumą neįdiegus papildomos? O jei maitinamos kintamosios srovės paskirstymo sistemos, kurios nėra sinchronizuojamos viena su kita?

Tuo tarpu specifinei galiai, perduodamai nuolatinei srovei, esant aukštai įtampai, reikalingas mažesnis laido skerspjūvis, o bokšteliai gali būti žemesni. Pavyzdžiui, Kanados Bipolio Nelsono upės perdavimo linija jungia paskirstymo tinklą ir nuotolinę elektrinę.

Kintamosios srovės elektros tinklus galima stabilizuoti nepadidinant trumpojo jungimo pavojaus. Koroninių išlydžių, kurios sukelia nuostolius kintamosios srovės linijose dėl itin aukštos įtampos smailių, esant nuolatinei srovei, yra daug mažiau, atitinkamai mažiau išsiskiria kenksmingas ozonas. Vėlgi, sumažinant elektros linijų tiesimo sąnaudas, pavyzdžiui, trims fazėms reikia trijų laidų, o HVDC - tik dviejų. Vėlgi, didžiausia povandeninių kabelių nauda yra ne tik mažiau materialinių, bet ir mažesnių talpinių nuostolių.

Nuo 1997 mAAB montuoja HVDC Light linijas, kurių galia iki 1,2 GW, esant įtampai iki 500 kV. Taip buvo nutiesta 500 MW nominalios galios jungtis tarp Didžiosios Britanijos ir Airijos tinklų.

Šis ryšys pagerina elektros energijos tiekimo tarp tinklų saugumą ir patikimumą. Einant iš vakarų į rytus, vienas iš tinklo kabelių yra 262 kilometrų ilgio, o 71% kabelio yra jūros dugne.

Dar kartą atminkite, kad jei kintamoji srovė būtų naudojama kabelio talpai įkrauti, būtų nereikalingi galios nuostoliai, o kadangi srovė tiekiama nuolat, nuostoliai yra nereikšmingi. Be to, nereikėtų pamiršti ir kintamosios srovės dielektrinių nuostolių.

Apskritai, naudojant nuolatinę srovę, per tą patį laidą galima perduoti daugiau galios, nes esant tokiai pačiai galiai, bet esant kintamajai srovei, įtampos pikai yra didesni, be to, izoliacija turi būti storesnė, skerspjūvis didesnis , atstumas tarp laidininkų yra didesnis ir tt Atsižvelgiant į visus šiuos veiksnius, nuolatinės srovės perdavimo linijos koridorius užtikrina tankesnį elektros energijos perdavimą.

Aplink juos nėra sukurtos nuolatinės aukštos įtampos linijos žemo dažnio kintamasis magnetinis laukaskaip būdinga kintamosios srovės perdavimo linijoms. Kai kurie mokslininkai kalba apie šio kintamo magnetinio lauko žalą žmonių sveikatai, augalams, gyvūnams. Nuolatinė srovė, savo ruožtu, sukuria tik pastovų (ne kintamą) elektrinio lauko gradientą erdvėje tarp laidininko ir žemės, ir tai yra saugu žmonių, gyvūnų ir augalų sveikatai.

Kintamosios srovės sistemų stabilumą palengvina nuolatinė srovė.Dėl aukštos įtampos ir nuolatinės srovės galima perduoti energiją tarp kintamosios srovės sistemų, kurios nėra sinchronizuotos viena su kita. Tai apsaugo nuo kaskadinių pažeidimų plitimo. Nekritinių gedimų atveju energija tiesiog perkeliama į sistemą arba iš jos.

Tai dar labiau skatina aukštos įtampos nuolatinės srovės tinklų diegimą ir sukuria naujus pagrindus.

Siemens keitiklių stotis aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) perdavimo linijai tarp Prancūzijos ir Ispanijos

Šiuolaikinės HVDC linijos schema

Energijos srautą reguliuoja valdymo sistema arba konversijos stotis. Srautas nesusijęs su prie linijos prijungtų sistemų veikimo režimu.

Sujungimai nuolatinės srovės linijose turi savavališkai mažą perdavimo pajėgumą, palyginti su kintamosios srovės linijomis, todėl silpnųjų jungčių problema pašalinama. Pačios linijos gali būti projektuojamos atsižvelgiant į energijos srautų optimizavimą.

Be to, išnyksta kelių skirtingų valdymo sistemų sinchronizavimo sunkumai atskirų energetikos sistemų veikimui. Pridedami greiti avariniai valdikliai Nuolatinės srovės elektros laidai padidinti viso tinklo patikimumą ir stabilumą. Galios srauto valdymas gali sumažinti lygiagrečių linijų virpesius.

Šie pranašumai palengvins greitesnį aukštos įtampos nuolatinės srovės sąveikos pritaikymą, siekiant suskaidyti dideles elektros sistemas į kelias dalis, kurios yra sinchronizuojamos viena su kita.

Pavyzdžiui, Indijoje buvo pastatytos kelios regioninės sistemos, kurios tarpusavyje sujungtos aukštos įtampos nuolatinės srovės linijomis.Taip pat yra keitiklių grandinė, kurią valdo specialus centras.

Taip yra ir Kinijoje. 2010 metais ABB Kinijoje pastatė pirmąją pasaulyje 800 kV itin aukštos įtampos nuolatinę srovę Kinijoje. 1100 kV Zhongdong – Wannan UHV nuolatinės srovės linija, kurios ilgis 3400 km ir 12 GW galia, buvo baigta 2018 m.

2020 m. baigta mažiausiai trylika statybviečių. EHV nuolatinės srovės linijos Kinijoje. HVDC linijos perduoda didelius energijos kiekius dideliais atstumais, o prie kiekvienos linijos yra prijungti keli energijos tiekėjai.

Aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimo linijų plėtotojai paprastai neteikia plačiajai visuomenei informacijos apie savo projektų kainą, nes tai yra komercinė paslaptis. Tačiau projektų specifika daro savo koregavimus, o kaina skiriasi priklausomai nuo: galios, kabelio ilgio, įrengimo būdo, žemės kainos ir kt.

Ekonomiškai palyginus visus aspektus, priimamas sprendimas dėl HVDC linijos tiesimo galimybių. Pavyzdžiui, keturių linijų perdavimo linijos tarp Prancūzijos ir Anglijos, kurios galia 8 GW, statyba kartu su darbais sausumoje pareikalavo apie milijardą svarų.

Praeities reikšmingų aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) projektų sąrašas

1880-aisiais vyko vadinamasis srovių karas tarp DC šalininkų, tokių kaip Thomas Edisonas, ir AC šalininkų, tokių kaip Nikola Tesla ir George'as Westinghouse'as. DC gyvavo 10 metų, tačiau sparčiai plėtojant galios transformatorius, būtinus didinti įtampą ir taip apriboti nuostolius, išplito kintamosios srovės tinklai. Tik tobulėjant galios elektronikai tapo įmanoma naudoti aukštos įtampos nuolatinę srovę.

HVDC technologija pasirodė 1930-aisiais. Jį sukūrė ASEA Švedijoje ir Vokietijoje. Pirmoji HVDC linija buvo nutiesta Sovietų Sąjungoje 1951 m. tarp Maskvos ir Kaširos. Tada, 1954 m., buvo nutiesta kita linija tarp Gotlando salos ir žemyninės Švedijos.

Maskva – Kašira (SSRS) — ilgis 112 km, įtampa — 200 kV, galia — 30 MW, statybos metai — 1951. Laikoma, kad tai pirmoji pasaulyje visiškai statinė elektroninė aukštos įtampos nuolatinė srovė, pradėta eksploatuoti. Linija šiuo metu neegzistuoja.

Gotland 1 (Švedija) — ilgis 98 km, įtampa — 200 kV, galia — 20 MW, statybos metai — 1954. Pirmoji pasaulyje komercinė HVDC jungtis. 1970 m. išplėtė ABB, 1986 m.

Volgogradas – Donbasas (SSRS) — ilgis 400 km, įtampa — 800 kV, galia — 750 MW, statybos metai — 1965. Pirmasis 800 kV nuolatinės srovės elektros linijos Volgogradas — Donbasas etapas buvo pradėtas eksploatuoti 1961 m., kuris tuo metu spaudoje buvo pažymėtas kaip labai svarbus sovietinės elektrotechnikos technikos raidos etapas. Šiuo metu linija išmontuota.

Nuolatinės srovės linijos aukštos įtampos lygintuvų bandymai VEI laboratorijoje, 1961 m.

Aukštos įtampos nuolatinės srovės Volgogradas – Donbasas linijinė diagrama

Žiūrėk: Elektros instaliacijos ir elektros įrenginių nuotraukos SSRS 1959-1962 m

HVDC tarp Naujosios Zelandijos salų — ilgis 611 km, įtampa — 270 kV, galia — 600 MW, statybos metai — 1965. Nuo 1992 m. rekonstruota АBB… Įtampa 350 kV.

Nuo 1977 miki šiol visos HVDC sistemos buvo kuriamos naudojant kietojo kūno komponentus, dažniausiai tiristorius, nuo 1990-ųjų pabaigos buvo naudojami IGBT keitikliai.

IGBT inverteriai Siemens keitiklių stotyje aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) perdavimo linijai tarp Prancūzijos ir Ispanijos

Cahora Bassa (Mozambikas – Pietų Afrika) — ilgis 1420 km, įtampa 533 kV, galia — 1920 MW, statybos metai 1979. Pirmoji HVDC, kurios įtampa viršija 500 kV. ABB remontas 2013-2014m

Ekibastuzas – Tambovas (SSRS) — ilgis 2414 km, įtampa — 750 kV, galia — 6000 MW. Projektas pradėtas 1981 m. Pradėjus jį eksploatuoti, tai bus ilgiausia perdavimo linija pasaulyje. Apie 1990 m., žlugus Sovietų Sąjungai, statybvietės buvo apleistos, o linija taip ir nebuvo baigta.

InterConnexion France Angleterre (Prancūzija – Didžioji Britanija) — ilgis 72 km, įtampa 270 kV, galia — 2000 MW, statybos metai 1986 m.

Gezhouba – Šanchajus (Kinija) — 1046 km, 500 kV, galia 1200 MW, 1989 m.

Rihandas Delis (Indija) — ilgis 814 km, įtampa — 500 kV, galia — 1500 MW, statybos metai — 1990 m.

Baltijos kabelis (Vokietija – Švedija) — ilgis 252 km, įtampa — 450 kV, galia — 600 MW, statybos metai — 1994 m.

Tien Guanas (Kinija) — ilgis 960 km, įtampa — 500 kV, galia — 1800 MW, statybos metai — 2001 m.

Talcher Kolar (Indija) — ilgis 1450 km, įtampa — 500 kV, galia — 2500 MW, statybos metai — 2003 m.

Trys tarpekliai – Čangdžou (Kinija) — ilgis 890 km, įtampa — 500 kV, galia — 3000 MW, statybos metai — 2003. 2004 ir 2006 m.Dar 2 linijos buvo nutiestos nuo „Three Gorges“ HVDC hidroelektrinės iki Huidžou ir Šanchajaus 940 ir 1060 km.

Didžiausia pasaulyje hidroelektrinė Trijų tarpeklių aukštos įtampos nuolatinės srovės linijomis sujungta su Čangdžou, Guangdongu ir Šanchajumi.

Xiangjiaba-Shanghai (Kinija) — linija iš Fulongo į Fengxia. Ilgis 1480 km, įtampa 800 kV, galia 6400 MW, statybos metai 2010 m.

Yunnan – Guangdong (Kinija) — ilgis 1418 km, įtampa — 800 kV, galia — 5000 MW, statybos metai — 2010 m.