Как технология HVDC может стать будущим возобновляемой энергетики


Потребность в эффективной и гибкой системе передачи электроэнергии постоянно ощущается в современных промышленно развитых странах. Политическим деятелям и коммерческим организациям доступен ряд вариантов, при этом системы передачи высокого напряжения постоянного тока (high voltage direct current, HVDC) становятся реальным механизмом управления энергией.

Исследование рынка глобальных систем передачи постоянного тока высокого напряжения

Развитие технологии HVDC знаменует кардинальные изменения в способах передачи электроэнергии на большие расстояния, поскольку она предлагает многочисленные преимущества по сравнению с системами передачи переменного тока (AC). Системы передачи HVDC предлагают преимущества с точки зрения более низких выбросов и экономии средств при размещении над головой на большие расстояния и под землей или под водой на короткие расстояния.

Предлагая максимальную переходную эффективность и меньшие потери мощности, независимо от расстояния, на которое передается электричество, системы передачи HVDC создают значительный потенциал для передачи электроэнергии на большие расстояния, например, на острова и даже континенты. Достижения в области технологий HVDC открывают путь для систем возобновляемой энергетики, что указывает на положительные будущие перспективы рынка систем передачи HVDC, который в 2018 году оценивался почти в 7,4 миллиарда долларов США.

Передача HVDC: энергетическая супермагистраль в новую эру 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 энергетики, часто очень нестабильны и расположены в отдаленных районах. Постоянно развивающаяся технология HVDC завоевывает все большее распространение в новой энергетической экономике благодаря магистральным линиям электропередачи HVDC, которые могут передавать электроэнергию с максимальной эффективностью и минимальными потерями.

Линии HVDC становятся «электрическими супермагистралями», которые ускоряют будущее систем производства возобновляемой энергии тремя способами: соединяя существующие электростанции, разрабатывая новые солнечные электростанции и интегрируя проекты морской ветроэнергетики. Силовые полупроводники, высоковольтные кабели и преобразователи являются одними из ключевых компонентов технологии HVDC, которые придают особые характеристики современной системе передачи постоянного тока (DC).

Потребности в строительстве новых электростанций можно отложить за счет развертывания систем передачи высокого напряжения постоянного тока, поскольку они соединяют различные энергосистемы для более эффективной работы. Новая энергосистема может достичь большей экономической и экологической выгоды за счет крупных гидроэнергетических ресурсов, которые заменяют системы теплового производства в традиционных энергосистемах через линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения.

Передача HVDC стала энергетической супермагистралью для крупномасштабной интеграции возобновляемых источников энергии, чтобы предложить взаимосвязанные сети, которые являются достаточно надежными и гибкими для решения проблем новой экономики возобновляемых источников энергии. Сети передачи HVDC позволяют балансировать нагрузку между энергетическими супермагистралями HVDC и совместно использовать линии и преобразовательные станции в солнечных проектах и ​​морских ветряных электростанциях. Таким образом, развертывание систем передачи высокого напряжения постоянного тока рассматривается как экономически выгодный способ обеспечения резервирования и надежности в таких энергетических сетях.

Кроме того, системы передачи постоянного тока высокого напряжения также предлагают реальные решения существующих проблем, связанных с полосой отвода. Одна система передачи HVDC, развернутая над головой, может оказаться более надежной, чем двухконтурная линия передачи переменного тока. Инфраструктура HVDC может повысить эффективность переходных процессов в электроэнергии за счет использования изолированных кабелей HVDC в подземных и подводных установках, что может ускорить процессы получения разрешений на полосу отвода. Кроме того, системы передачи высокого напряжения постоянного тока также могут быть установлены рядом с существующими линиями переменного тока или на них, что снижает потребность в землепользовании.

Технология преобразователей напряжения (VSC) в системах передачи постоянного тока высокого напряжения

В системах передачи HVDC используются преобразователи с линейной коммутацией (line-commuted converters, LCC) с источником тока, для работы которых требуется реактивная мощность от последовательных конденсаторов, шунтирующих батарей или фильтров. Однако традиционная система передачи высокого напряжения постоянного тока не может обеспечить динамическую поддержку напряжения в сети переменного тока и контролировать напряжение системы в приемлемом диапазоне и в пределах желаемого допуска. Следовательно, преобразователи напряжения используются в обычных системах передачи постоянного тока высокого напряжения 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 (Voltage Supply Converters), могут обеспечивать независимое управление как активной, так и реактивной мощностью без сбоев коммутации. Переключение ламп IGBT в передаче HVDC на основе VSC происходит за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая позволяет системе регулировать фазовый угол и амплитуду выходного напряжения переменного тока преобразователя с постоянным напряжением постоянного тока.

Кроме того, системы передачи HVDC на базе VSC состоят из двух независимых систем управления и защиты, которые состоят из процессоров цифровых сигналов и микроконтроллеров и обеспечивают резервирование для обеспечения высокой надежности. Такие особенности объясняются предпочтением конечных пользователей к технологии VSC, а не к технологии LCC в системах передачи постоянного тока высокого напряжения.

Системы HVDC на базе VSC становятся все более популярными на рынке систем передачи HVDC, на долю которых приходится более 55% выручки рынка. Технология передачи на основе VSC достигла зрелости для традиционных систем передачи HVDC, несмотря на то, что она является относительно более дорогостоящим вариантом для приложений с более высокими номинальными нагрузками.

Ведущие компании на рынке систем передачи HVDC ускоряют внедрение технологии VSC для повышения надежности передачи HVDC в проектах возобновляемой энергетики, реализуемых по всему миру. Например, корпорация Toshiba Energy Systems & Solutions – ведущий японский производитель систем генерации электроэнергии – объявила в марте 2019 года об установке линии передачи высокого напряжения постоянного тока на базе VSC, соединяющей материковую часть Японии (Хонсю) с северным островом Хоккайдо. Компания объявила, что это первая в Японии система HVDC на базе VSC, которая постоянно обеспечивает пропускную способность 600 МВт.

В апреле 2019 года группа ABB — швейцарско-шведская транснациональная корпорация, работающая в сегментах энергетики, тяжелого электрооборудования и технологий автоматизации, — объявила о создании совместного предприятия с Hitachi, Ltd. — японским транснациональным конгломератом — для поставки систем VSC. Была развернута система передачи HVSC на базе подстанции Хигаси-Симидзу в Японии. Компания объявила, что системы передачи HVDC на базе VSC будут включать два преобразователя VSC (по 300 000 кВт каждый), а Hitachi построит систему, состоящую из преобразовательных трансформаторов Hitachi и преобразователя HVDC ABB с системой управления и защиты.

Достижения в области инфраструктуры Ultra HVDC (UHVDC) для передачи возобновляемой энергии

Разработка системы передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения является одним из последних достижений в технологии передачи постоянного тока высокого напряжения, которое позволяет передавать напряжение постоянного тока напряжением не менее 800 кВ; в обычной системе передачи постоянного тока HVDC обычно используется напряжение от 100 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 высокого напряжения постоянного тока, поскольку руководящие органы в этих регионах вкладывают значительные средства в развитие инфраструктуры высокого напряжения постоянного тока для достижения своих климатических целей.

Великобритания входит в число ведущих европейских стран, внедривших системы передачи высокого напряжения постоянного тока. Великобритания разделяет связи HVDC с несколькими соседними странами, включая Норвегию, Ирландию, Францию ​​и Голландию. Кроме того, Соединенные Штаты увеличивают инвестиции в производство экологически чистой энергии, и внедрение передачи высокого напряжения постоянного тока в стране растет быстрыми темпами. Постоянно расширяющаяся сеть энергетических супермагистралей между штатами в США делает Северную Америку крупнейшим рынком для систем передачи высокого напряжения постоянного тока, на долю которого приходится почти четверть дохода от мирового рынка.

Однако все большее число стран с развивающейся экономикой демонстрируют многообещающий рост производства возобновляемой энергии благодаря развитию гидроэлектростанций и ветроэнергетических проектов. В развивающихся странах реализуются крупномасштабные проекты в области солнечной и ветровой энергетики, а системы передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока внедряются для удовлетворения постоянно растущего спроса на электроэнергию в этих странах.

Китай стал одной из ведущих стран в мире, которая первой внедрила систему передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока. В 2010 году группа ABB построила первую в мире линию электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока между Шанхаем и Сянцзябой в Китае с номинальной мощностью 6,4 ГВт и общей длиной 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 – в 2017 году ввела в эксплуатацию первую фазу двухфазной системы передачи электроэнергии высокого напряжения постоянного тока мощностью 1500 МВт в Чхаттисгархе, Индия. The Power Grid Corporation of India Limited – индийская государственная электроэнергетическая компания, которая инвестировала в проект более 6300 крор индийских рупий. Министерство энергетики объявило, что в декабре 2018 года мощность проекта была увеличена до 6000 МВт с инвестициями в размере более 5200 крор индийских рупий. GE объявила, что это первый проект компании в области сверхвысокого напряжения постоянного тока в Индии, а также в мире, что 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 систем передачи HVDC. Будущие тенденции в секторе передачи и распределения электроэнергии (T&D) во многом зависят от сочетания возобновляемых источников энергии.

Увеличение инвестиций в сектор передачи и распределения будет способствовать развитию производства возобновляемой энергии в ближайшие годы. Следовательно, это приведет к глобальному внедрению систем передачи HVDC в качестве гибкого и экономичного решения для решения новых задач по производству энергии и интеграции возобновляемых источников в ближайшие годы.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
12 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *