Je prihodnost prenosa električne energije z enosmernim tokom? Svetovni arhipelag in njegova mreža

Danes večina visokonapetostnih daljnovodov temelji na izmeničnem toku. Vendar pa razvoj novih virov energije, sončnih in vetrnih elektrarn, oddaljenih od naselij in industrijskih odjemalcev, zahteva prenosna omrežja, včasih celo v celinskem obsegu. In tukaj je, kot se je izkazalo, HVDC boljši od HVAC.

visokonapetostni enosmerni vod (okrajšava za visokonapetostni enosmerni tok) imajo boljšo sposobnost prenašanja velikih količin energije kot HVAC (okrajšava za visokonapetostni izmenični tok), za dolge razdalje. Morda je pomembnejši argument nižji strošek takšne rešitve na dolge razdalje. To pomeni, da je zelo uporaben za zagotavljanje električne energije na dolge razdalje od lokacij obnovljive energije, ki povezujejo otoke s celino in celo potencialno različne celine med seboj.

HVAC linija zahtevajo gradnjo ogromnih stolpov in vlečnih vodov. To pogosto povzroča proteste lokalnih prebivalcev. HVDC je mogoče položiti na katero koli daljšo razdaljo pod zemljo, brez nevarnosti velikih izgub energijekot je to v primeru skritih omrežij AC. To je nekoliko dražja rešitev, vendar je način, da se izognemo številnim težavam, s katerimi se soočajo prenosna omrežja. Seveda za prenos iz Regija Columbia obstoječe in družbeno sprejemljive daljnovode z visokimi stebri je mogoče prilagoditi. To pomeni, da lahko preko istih vodov pošljete več energije.

Pri prenosu moči izmeničnega toka je veliko težav, ki jih energetski inženirji dobro poznajo. Ti med drugim vključujejo generiranje elektromagnetnih poljposledično so črte visoko nad tlemi in razmaknjene ena od druge. Pojavljajo se tudi toplotne izgube v talnem in vodnem okolju ter številne druge težave, ki so se naučile spopadati s časom, a še naprej bremenijo energetsko ekonomiko. Omrežja AC zahtevajo veliko inženirskih kompromisov, vendar je uporaba izmeničnega toka zagotovo stroškovno učinkovita za prenos. elektrika na dolge razdaljetorej v večini situacij to niso nerešljivi problemi. Vendar to ne pomeni, da ne morete uporabiti boljše rešitve.

Ali bo globalno energetsko omrežje?

Leta 1954 je ABB zgradil potopljen 96 km visokonapetostni daljnovod enosmernega toka med švedsko celino in otokom (1). Kako je oprijem vam omogoča, da dobite dvakrat večjo napetost kaj se dogaja izmenični tok. Podzemni in podmorski vodi DC ne izgubijo svoje učinkovitosti prenosa v primerjavi z nadzemnimi vodi. Enosmerni tok ne ustvarja elektromagnetnega polja, ki bi vplivalo na druge prevodnike, zemljo ali vodo. Debelina prevodnikov je lahko poljubna, saj enosmerni tok ne teče po površini prevodnika. DC nima frekvence, zato je lažje povezati dve omrežji različnih frekvenc in ju pretvoriti nazaj v AC.

vendar D.C. še vedno ima dve omejitvi, ki sta mu vsaj do nedavnega preprečila, da bi prevzel svet. Prvič, napetostni pretvorniki so bili veliko dražji od preprostih fizičnih AC pretvornikov. Vendar pa stroški enosmernih transformatorjev (2) hitro padajo. Na znižanje stroškov vpliva tudi dejstvo, da se povečuje število naprav, ki uporabljajo enosmerni tok na strani energijsko usmerjenih sprejemnikov.

2. Siemens DC transformator

Drugi problem je ta visokonapetostni enosmerni odklopniki (varovalke) so bili neučinkoviti. Odklopniki so sestavni deli, ki ščitijo električne sisteme pred preobremenitvijo. DC mehanski odklopniki bili so prepočasni. Po drugi strani, čeprav so elektronska stikala razmeroma hitra, je bilo njihovo aktiviranje doslej povezano z visokimi stopnjami do 30 odstotkov. izguba moči. To je bilo težko premagati, vendar je bilo nedavno doseženo z novo generacijo hibridnih odklopnikov.

Če je verjeti nedavnim poročilom, smo na dobri poti, da premagamo tehnične izzive, ki so pestili rešitve HVDC. Torej je čas, da preidemo na nedvomne prednosti. Analize kažejo, da na določeni razdalji, po prečkanju t.i.ravnotežna točka» (približno 600-800 km), alternativa HVDC, čeprav so njeni začetni stroški višji od stroškov zagona AC inštalacij, vedno povzroči nižje skupne stroške prenosnega omrežja. Prelomna razdalja za podmorske kable je veliko krajša (običajno okoli 50 km) kot za nadzemne vodove (3).

3. Primerjajte naložbo in stroške prenosa energije med HVAC in HVDC.

DC terminal vedno bodo dražji od AC terminalov, preprosto zato, ker morajo imeti komponente za pretvorbo enosmerne napetosti in pretvorbe DC v AC. Toda pretvorba enosmerne napetosti in odklopniki so cenejši. Ta račun postaja vse bolj donosen.

Trenutno se izgube prenosa v sodobnih omrežjih gibljejo od 7%. do 15 odstotkov za zemeljski prenos na podlagi izmeničnega toka. Pri enosmernem prenosu so precej nižje in ostanejo nizke tudi, ko so kabli položeni pod vodo ali pod zemljo.

HVDC je torej smiseln za daljše odseke zemlje. Drugo mesto, kjer bo to delovalo, je prebivalstvo, razpršeno po otokih. Indonezija je dober primer. Prebivalstvo je 261 milijonov ljudi, ki živijo na približno šest tisoč otokih. Mnogi od teh otokov so trenutno odvisni od nafte in dizelskega goriva. S podobnim problemom se sooča Japonska, ki ima 6 otokov, od tega 852 naseljenih.

Japonska razmišlja o gradnji dveh velikih visokonapetostnih daljnovodov enosmernega toka s celinsko Azijo.kar bo omogočilo, da se znebijo potrebe po samostojnem ustvarjanju in upravljanju vse svoje električne energije na omejenem geografskem območju z znatnimi terenskimi težavami. Podobno so urejene tudi države, kot so Velika Britanija, Danska in mnoge druge.

Kitajska tradicionalno razmišlja v obsegu, ki presega obseg drugih držav. Podjetje, ki upravlja državno električno omrežje v državni lasti, je prišlo na idejo o izgradnji globalnega visokonapetostnega enosmernega omrežja, ki bo povezovalo vse vetrne in sončne elektrarne na svetu do leta 2050. Takšna rešitev in tehnike pametnega omrežja, ki dinamično dodeljujejo in razporejajo moč od krajev, kjer se proizvaja v velikih količinah, na mesta, kjer je trenutno potrebna, bi lahko omogočile branje "Mladi tehnik" pod svetlobo, ki jo poganja svetilka. z energijo, ki jo proizvajajo mlini na veter, ki se nahajajo nekje v južnem Pacifiku. Konec koncev je ves svet nekakšen arhipelag.