- Передача HVDC: Електрична супермагістраль до нової ери відновлюваних джерел енергії
- Технологія перетворювачів напруги (VSC) у системах передачі HVDC
- Досягнення інфраструктури Ultra HVDC (UHVDC), що є важливим фактором передачі відновлюваної енергії
Необхідність ефективної та гнучкої системи передачі електроенергії постійно відчувається в сучасних промислово розвинутих економіках. Існує ряд варіантів, доступних політикам та комерційним структурам, причому системи передачі постійного струму високої напруги (HVDC) з’являються як здійсненний механізм управління енергією.
Розвиток технології HVDC сповіщає про зміну моря в способі передачі електроенергії на великі відстані, оскільки вона пропонує багаторазові переваги перед системами передачі змінного струму (змінного струму). Системи передачі HVDC пропонують переваги з точки зору менших викидів та економії коштів, якщо вони розміщені над головою на великі відстані та під землею або під водою на короткі відстані.
Забезпечуючи максимальну перехідну ефективність та менші втрати потужності, незалежно від відстані, яку проходить електроенергія, системи передачі HVDC створюють значний потенціал для передачі потужності на великі відстані, такі як острови та навіть континенти. Прогресивні технології HVDC прокладають шлях до відновлюваних систем електроенергії, що означає позитивні перспективи на ринку систем передачі HVDC, який у 2018 році оцінився в майже 7,4 мільярда доларів США.
Передача HVDC: Електрична супермагістраль до нової ери відновлюваних джерел енергії
Системи передачі HVDC постають основою, на якій розробляється та впроваджується нова енергетична система на основі відновлюваних джерел. Системи поновлюваних джерел енергії, такі як сонячні та вітроенергетичні проекти, часто дуже мінливі і розташовані у віддалених районах. Постійно розвивається технологія HVDC набуває популярності в новій енергетичній економіці завдяки далекобійним лініям електропередачі HVDC, які можуть транспортувати потужність з максимальною ефективністю та мінімальними втратами.
Лінії HVDC стають «супермагістралями електроенергії», які пришвидшують майбутнє систем виробництва відновлюваної енергії трьома способами - з’єднуючи існуючі електростанції, розробляючи нові сонячні електростанції та інтегруючи офшорні проекти вітроенергетики. Силові напівпровідники, високовольтні кабелі та перетворювачі є одними з ключових компонентів технології HVDC, які вносять особливі особливості в сучасну систему передачі постійного струму (постійного струму).
Потреби в будівництві нових електростанцій можуть бути відкладені за допомогою розгортання систем передачі HVDC, оскільки вони з'єднують різні енергосистеми для ефективнішої роботи. Нова енергосистема може отримати більші економічні та екологічні вигоди завдяки великим гідроелектростанціям, які замінюють системи генерації тепла в традиційних енергосистемах через лінії електропередачі HVDC.
Трансмісія HVDC стала супершляхом потужності для широкомасштабної інтеграції відновлюваних джерел енергії, пропонуючи взаємопов'язані мережі, які є досить надійними та гнучкими для вирішення проблем нової економіки відновлюваної енергії. Трансмісійні мережі HVDC забезпечують балансування навантаження між супермагістралями потужності HVDC та спільне використання ліній та конверторних станцій у сонячних проектах та морських вітрових електростанціях. Таким чином, розгортання систем передачі HVDC розглядається як економічно вигідний спосіб забезпечення надмірності та надійності в таких енергетичних мережах.
Крім того, системи передачі HVDC також пропонують реальні рішення для існуючих проблем переваги. Одна система передачі HVDC, розгорнута над головою, може виявитись надійнішою, ніж двомісна лінія змінного струму. Інфраструктура HVDC може покращити ефективність перехідних процесів електроенергії, використовуючи ізольовані кабелі HVDC в підземних та підводних додатках, що може прискорити процеси дозволу на перевагу руху. Більше того, системи передачі HVDC також можуть бути встановлені поруч із існуючими лініями змінного струму або на них, зменшуючи потреби в землекористуванні, що має перевагу.
Технологія перетворювачів напруги (VSC) у системах передачі HVDC
В системах передачі HVDC використовуються перетворювачі з лінійним комутацією джерела струму (LCC), яким для роботи потрібна реактивна потужність від послідовних конденсаторів, маневрових банків або фільтрів. Однак звичайна система передачі HVDC не може запропонувати динамічну підтримку напруги мережі змінного струму та контролювати напругу системи в прийнятному діапазоні, в межах бажаного допуску. Отже, перетворювачі напруги використовуються в звичайних системах передачі HVDC не тільки для забезпечення динамічного регулювання напруги в мережі змінного струму, але і для управління потоком потужності в системі.
Системи передачі HVDC, засновані на технології VSC, можуть запропонувати незалежне управління як активною, так і реактивною потужністю без помилок комутації. Перемикання клапанів IGBT в передачі HVDC на основі VSC здійснюється за допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), що дозволяє системі регулювати фазовий кут та амплітуду вихідної напруги змінного струму перетворювача з постійною постійною напругою.
Крім того, системи передачі HVDC на основі VSC складаються з двох незалежних систем управління та захисту, які складаються з цифрових процесорів сигналів та мікроконтролерів, і пропонують надмірність для забезпечення високої надійності. Такі особливості пояснюються схильністю кінцевих споживачів до технології VSC над технологією LCC у системах передачі HVDC.
Системи HVDC, що базуються на VSC, зростають у популярності на ринку систем передачі HVDC, і на них припадає понад 55% частки доходу на ринку. Технологія передачі, що базується на VSC, стала повнолітною для звичайних систем передачі HVDC, незважаючи на те, що є відносно більш дорогим варіантом для додатків з більш високим рейтингом.
Провідні компанії на ринку систем передачі HVDC активізують впровадження технології VSC для підвищення надійності передачі HVDC у проектах з відновлюваної енергії, що реалізуються у всьому світі. Наприклад, корпорація Toshiba Energy Systems & Solutions - провідний японський виробник систем виробництва електроенергії - оголосила про встановлення лінії передачі HVDC на базі VSC, що з'єднує материкову частину Японії (Хонсю) з північним островом Хоккайдо в березні 2019 року. Компанія оголосив, що це перша в Японії система HVDC на базі VSC, яка забезпечує постійну потужність міжмережевих з'єднань 600 МВт.
У квітні 2019 року ABB Group - швейцарсько-шведська транснаціональна корпорація, що працює у сферах енергетики, важкого електричного обладнання та технологій автоматизації - оголосила, що створила спільне підприємство з компанією Hitachi, Ltd. - японською транснаціональною конгломератною компанією - для постачання VSC система передачі HVSC на підстанції Хігасі-Шимідзу в Японії. Компанія оголосила, що системи передачі HVDC на основі VSC включатимуть два перетворювачі VSC (по 300 000 кВт кожен), а Hitachi сконструює систему, яка буде складатися з перетворювачів Hitachi та перетворювача ABB HVDC із системою управління та захисту.
Досягнення інфраструктури Ultra HVDC (UHVDC), що є важливим фактором передачі відновлюваної енергії
Розробка системи передачі UHVDC є одним із останніх досягнень технології передачі HVDC, що дозволяє передавати напругу постійного струму щонайменше 800 кВ; звичайна система передачі HVDC зазвичай використовує напруги від 100 до 600 кВ. Оскільки нова глобальна енергетична економіка поступово рухається до континентальних електромереж, системи передачі UHVDC, ймовірно, набувають величезного значення у всьому світі.
Розвинені регіони є одними з найбільш сприятливих ринків для систем передачі UHVDC, оскільки розвинені країни виробляють велику кількість відновлюваної енергії. Північна Америка та Європа є одними з найбільших ринків для систем передачі HVDC, оскільки органи управління в цих регіонах інвестують значні кошти у розвиток інфраструктури HVDC для досягнення своїх кліматичних цілей.
Великобританія є однією з провідних європейських країн, що впровадила системи передачі HVDC. Великобританія ділиться зв'язками HVDC з кількома сусідніми країнами, включаючи Норвегію, Ірландію, Францію та Голландію. Крім того, Сполучені Штати активізували інвестиції у виробництво чистої енергії, і впровадження передачі HVDC швидко зростає в країні. Постійно розширюється міждержавна мережа систем високошвидкісних магістралей електроенергії в США робить Північну Америку найбільшим ринком для систем передачі HVDC з майже четвертою часткою доходу на світовому ринку.
Однак все більша кількість економік, що розвиваються, демонструє перспективне зростання виробництва відновлюваної енергії завдяки розвитку гідроелектростанцій та проектів вітроенергетики. Країни, що розвиваються, є домом для масштабних проектів сонячної та вітрової енергетики, а системи передачі UHVDC приймаються для задоволення постійно зростаючого попиту на електроенергію в цих країнах.
Китай став однією з провідних країн світу, яка вперше запровадила систему передачі UHVDC. У 2010 році ABB Group побудувала першу в світі лінію електропередачі UHVDC між Шанхаєм та Сянгцзябою в Китаї потужністю 6,4 ГВт і загальною довжиною близько 1 907 км. До 2017 року країна інвестувала понад 400 мільярдів юанів (57 мільярдів доларів США) для розвитку щонайменше 21 нової лінії електропередачі UHVDC в країні.
General Electric Company (GE) - американський багатонаціональний конгломерат - ввів в експлуатацію першу фазу в 1500 МВт двофазної системи передачі електроенергії HVDC у місті Чхаттісгарх, Індія, у 2017 році. Power Grid Corporation of India Limited - індійська державна компанія компанія - інвестувала в проект понад 6300 крони INR. Міністерство енергетики оголосило, що потужність проекту була додатково збільшена до 6000 МВт з інвестицією понад 5200 рупій INR, у грудні 2018 року. GE оголосило, що це перший проект компанії UHVDC в Індії, а також у світі, що становить 1287 км енергетичної супермагістралі потужністю передачі до 3000 МВт.
Зі збільшенням прийняття систем передачі UHVDC в економіках, що розвиваються, таких як Китай та Індія, Азіатсько-Тихоокеанський регіон (за винятком Японії) стає ринком високих темпів зростання систем передачі HVDC. На майбутні тенденції у секторі передачі та розподілу електроенергії (T&D) значний вплив має поєднання відновлюваних джерел енергії.
Збільшення інвестицій у сектор науково-технічних розробок сприятиме збільшенню виробництва відновлюваної енергії у найближчі роки. Отже, це спричинить глобальне прийняття систем передачі HVDC як гнучкого та економічного рішення для управління новими проблемами виробництва енергії та інтеграції відновлюваних джерел у найближчі роки.