- HVDC transzmisszió: Villamosenergia-út a megújuló energiák új korszakához
- Feszültségátalakító (VSC) technológia a HVDC átviteli rendszerekben
- Az Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktúra fejlesztései a megújuló energiaátvitel szempontjából fontosak
A hatékony és rugalmas villamosenergia-átviteli rendszer iránti igény folyamatosan érzékelhető a mai iparosodott gazdaságokban. Számos lehetőség áll a döntéshozók és a kereskedelmi szervezetek rendelkezésére, a nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC) átviteli rendszerek az energiagazdálkodás megvalósítható mechanizmusaként jelennek meg.
A HVDC technológia fejlődése a villamos energia nagy távolságokon történő továbbításának változását jelzi, mivel többszörös előnyöket kínál a váltakozó áramú (AC) átviteli rendszerekkel szemben. A HVDC átviteli rendszerek előnyöket kínálnak az alacsonyabb károsanyag-kibocsátás és a költség-megtakarítás szempontjából, ha a fejet hosszú távolságokra, a föld alatt vagy a víz alatt pedig rövid távolságokra telepítik.
A HVDC átviteli rendszerek maximális átmeneti hatékonyságot és alacsonyabb energiaveszteséget kínálnak, függetlenül a villamos energia megtételétől, jelentős potenciált teremtenek nagy távolságokon, például szigeteken és akár a kontinenseken is. A HVDC technológiák fejlődése utat nyit a megújuló villamosenergia-rendszerek számára, ami pozitív jövőbeli kilátásokat jelez a HVDC átviteli rendszerek piacán, amelyet 2018-ban közel 7,4 milliárd dollárra becsültek.
HVDC transzmisszió: Villamosenergia-út a megújuló energiák új korszakához
A HVDC átviteli rendszerek alapkőzetként jelennek meg, amelyen az új, megújuló forrásokon alapuló energiarendszert fejlesztik és hajtják végre. A megújuló energiarendszerek, például a nap- és szélenergia-projektek, gyakran nagyon ingatagak és távoli területeken helyezkednek el. A folyamatosan fejlődő HVDC technológia egyre nagyobb teret hódít az új energiagazdaságban olyan hosszú távú HVDC távvezetékekkel, amelyek maximális hatékonysággal és minimális veszteséggel képesek szállítani az energiát.
A HVDC vonalak „villamos főutakká” válnak, amelyek három módon gyorsítják a megújuló energiatermelő rendszerek jövőjét - a meglévő erőművek összekapcsolásával, új naperőművek fejlesztésével és a tengeri szélenergia projektek integrálásával. Az elektromos félvezetők, a nagyfeszültségű kábelek és az átalakítók a HVDC technológia kulcsfontosságú elemei közé tartoznak, amelyek a modern egyenáramú (DC) átviteli rendszer megkülönböztetett jellemzőit hozzák.
Az új erőművek építésének szükségességét el lehet halasztani a HVDC átviteli rendszerek kiépítésével, mivel ezek összekapcsolják a különböző villamosenergia-rendszereket a hatékonyabb működés érdekében. Az új villamosenergia-rendszer nagyobb gazdasági és környezeti előnyöket érhet el a nagy hidroelektromos erőforrásokból, amelyek a hagyományos villamos rendszerek hőtermelő rendszereit helyettesítik a HVDC távvezetékeken keresztül.
A HVDC-átvitel a megújuló energiaforrások nagymértékű integrációjának nagyszerű autópályájává vált, hogy összekapcsolt hálózatokat kínáljon, amelyek elég megbízhatóak és rugalmasak az új megújuló energia-gazdaság kihívásainak kezeléséhez. A HVDC átviteli hálózatok lehetővé teszik a terhelés kiegyensúlyozását a HVDC szupersztrádák között, valamint a vezetékek és átalakító állomások megosztását napenergia projektekben és tengeri szélerőművekben. Ezért a HVDC átviteli rendszerek kiépítését a redundancia és megbízhatóság biztosításának gazdaságilag életképes módjának tekintik az ilyen villamos hálózatokban.
Ezenkívül a HVDC átviteli rendszerek megvalósítható megoldásokat kínálnak a meglévő útvonali kihívásokra is. Egy HVDC átviteli rendszer, amelyet fej fölött telepítettek, megbízhatóbbnak bizonyulhat, mint egy kettős áramkörű váltóáramú távvezeték. A HVDC infrastruktúra javíthatja a villamos energia átmeneti hatékonyságát azáltal, hogy szigetelt HVDC kábeleket használ a földalatti és a tenger alatti alkalmazásokban, ami felgyorsíthatja az útengedély engedélyezési folyamatait. Ezenkívül a HVDC átviteli rendszerek a meglévő váltóáramú vonalak mellé vagy azokra is telepíthetők, ezzel csökkentve a földút használatának szükségességét.
Feszültségátalakító (VSC) technológia a HVDC átviteli rendszerekben
A HVDC átviteli rendszerek áramforrású, vonali ingázású konvertereket (LCC) alkalmaznak, amelyek működéséhez soros kondenzátoroktól, söntbankoktól vagy szűrőktől kell reaktív teljesítmény. Egy hagyományos HVDC átviteli rendszer azonban nem tud dinamikus feszültség-támogatást nyújtani az AC hálózathoz, és a rendszer feszültségét elfogadható tartományban, a kívánt tűréshatáron belül szabályozza. Következésképpen a feszültségellátó átalakítókat használják a hagyományos HVDC átviteli rendszerekben, nemcsak az AC hálózat dinamikus feszültségszabályozásának biztosítására, hanem a rendszer áramlásának szabályozására is.
A VSC technológián alapuló HVDC átviteli rendszerek mind az aktív, mind a reaktív teljesítmény független vezérlését kínálják kommutációs hibák nélkül. Az IGBT szelepek kapcsolása a VSC-alapú HVDC átvitelben impulzusszélesség-modulációt (PWM) követ, amely lehetővé teszi a rendszer számára, hogy az átalakító váltakozó áramú kimeneti feszültségének fázisszögét és amplitúdóját állandó DC feszültség mellett állítsa be.
Ezenkívül a VSC-alapú HVDC átviteli rendszerek két független vezérlő és védelmi rendszerből állnak, amelyek digitális jelfeldolgozókból és mikrokontrollerekből állnak, és redundanciát kínálnak a magas megbízhatóság biztosítása érdekében. Ezeket a tulajdonságokat a végfelhasználók hajlandóságának tulajdonítani a VSC-technológiához az LCC-technológiához képest a HVDC átviteli rendszerekben.
A VSC alapú HVDC rendszerek egyre népszerűbbek a HVDC átviteli rendszerek piacán, a piac bevételi részesedésének több mint 55% -ával. A VSC-alapú átviteli technológia már megnőtt a hagyományos HVDC átviteli rendszereknél, annak ellenére, hogy viszonylag költségesebb lehetőség a magasabb besorolású átviteli alkalmazásokhoz.
A HVDC átviteli rendszerek piacának vezető vállalatai fokozzák a VSC technológia bevezetését, hogy növeljék a HVDC átvitel megbízhatóságát a világszerte megvalósuló megújuló energia projektekben. Például a Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - a villamosenergia-termelő rendszerek vezető japán gyártója - 2019 márciusában bejelentette egy VSC-alapú HVDC átviteli összeköttetés telepítését, amely Japán szárazföldjét (Honshu) összeköti Hokkaido északi szigetével. bejelentette, hogy ez Japán első VSC-alapú HVDC rendszere, amely mindenkor 600 MW összekapcsolási kapacitást biztosít.
2019 áprilisában az ABB Group - svájci-svéd multinacionális vállalat, amely villamosenergia-, nehéz elektromos berendezések és automatizálási technológiák területén tevékenykedik - bejelentette, hogy közös vállalkozást hozott létre a Hitachi, Ltd.-rel - egy japán multinacionális konglomerátum-céggel - a VSC szállítására. HVSC alapú átviteli rendszer a japán Higashi-Shimizu alállomáshoz. A vállalat bejelentette, hogy a VSC-alapú HVDC átviteli rendszerek két VSC-átalakítót tartalmaznak (egyenként 300 000 kW), a Hitachi pedig megépíti a rendszert, amely Hitachi-átalakító transzformátorokból és egy ABB HVDC-átalakítóból áll, vezérlő és védelmi rendszerrel.
Az Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktúra fejlesztései a megújuló energiaátvitel szempontjából fontosak
Az UHVDC átviteli rendszer kifejlesztése a HVDC átviteli technológia egyik legújabb fejlődése, amely legalább 800 kV egyenfeszültség átvitelt tesz lehetővé; egy hagyományos HVDC átviteli rendszer általában 100 kV és 600 kV közötti feszültséget használ. Ahogy az új globális energiagazdaság fokozatosan a kontinentális méretű elektromos hálózatok felé halad, az UHVDC átviteli rendszerek valószínűleg hatalmas jelentőséget kapnak az egész világon.
A fejlett régiók az UHVDC átviteli rendszerek legkedvezőbb piacai közé tartoznak, mivel a fejlett országok nagy mennyiségű megújuló energiát termelnek. Észak-Amerika és Európa a HVDC átviteli rendszerek legnagyobb piacai közé tartozik, mivel e régiók vezető testületei nagy összegeket fektetnek be a HVDC infrastruktúrák fejlesztésébe az éghajlati céljaik teljesítése érdekében.
Az Egyesült Királyság a vezető európai országok között van, ahol a HVDC átviteli rendszereket vezették be. Az Egyesült Királyság megosztja a HVDC kapcsolatokat több szomszédos országgal, köztük Norvégiával, Írországgal, Franciaországgal és Hollandiával. Ezenkívül az Egyesült Államok ösztönzi a tiszta energiatermelésbe történő beruházásokat, és az országban a HVDC átvitel gyors ütemben növekszik. Az Egyesült Államokban folyamatosan bővülő államközi villamosenergia-autópálya-rendszerek hálózata Észak-Amerikát teszi a HVDC átviteli rendszerek legnagyobb piacává, a világpiacon csaknem egynegyed bevételi részesedéssel.
Ugyanakkor egyre több feltörekvő gazdaság ígéretes növekedést mutat a megújuló energia termelésében a vízerőművek és a szélerőművek fejlesztésével. A fejlődő nemzetek nagyszabású nap- és szélenergia-projekteknek adnak otthont, és az UHVDC átviteli rendszereket azért alkalmazzák, hogy kielégítsék az ezekben az országokban egyre növekvő energiaigényt.
Kína a világ egyik vezető országává vált, amely először átvette az UHVDC átviteli rendszert. 2010-ben a világ első UHVDC távvezetékét az ABB-csoport építette Sanghaj és Kína Xiangjiaba között, 6,4 GW teljesítménnyel és körülbelül 1907 km teljes hosszúsággal. 2017-re az ország több mint 400 milliárd jüant (57 milliárd USD) fektetett be, hogy legalább 21 új UHVDC távvezetéket fejlesszen ki az országban.
A General Electric Company (GE) - egy amerikai multinacionális konglomerátum - 2017-ben üzembe helyezte a kétfázisú HVDC villamosenergia-átviteli rendszer első 1500 MW-os fázisát Chhattisgarhban, Indiában. Az indiai Power Grid Corporation vállalat - több mint 6300 milliárdos INR-t fektetett be a projektbe. Az Energiaügyi Minisztérium bejelentette, hogy a projekt kapacitása tovább bővült 6000 MW-ra, több mint 5200 crore INR beruházással, 2018 decemberében. A GE bejelentette, hogy ez volt a vállalat első UHVDC projektje Indiában és a világon is, ami 1.287 km energiaúton, legfeljebb 3000 MW átviteli teljesítménnyel.
Az UHVDC átviteli rendszerek növekvő elfogadásával a feltörekvő gazdaságokban, például Kínában és Indiában, az ázsiai-csendes-óceáni térség (Japán kivételével) a HVDC átviteli rendszerek gyorsan növekvő piacaként jelenik meg. A villamosenergia-átviteli és -elosztási (T&D) szektor jövőbeli trendjeit nagymértékben befolyásolja a megújuló energiaforrások keveréke.
A növekvő beruházások a T&D szektorban elősegítik a megújuló energiatermelést az elkövetkező években. Ez következésképpen a HVDC átviteli rendszerek globális elfogadását váltja ki, amely rugalmas és gazdaságos megoldás az új energiatermelési kihívások kezelésére és a megújuló források integrálására a következő években.