- Prenos HVDC: Električna avtocesta v novo dobo obnovljivih virov
- Tehnologija pretvornikov napetosti (VSC) v prenosnih sistemih HVDC
- Napredek v infrastrukturi ultra HVDC (UHVDC) za prenos obnovljive energije
Potreba po učinkovitem in prilagodljivem sistemu za prenos električne energije je bila v današnjih industrializiranih gospodarstvih vedno prisotna. Oblikovalcem politik in gospodarskim subjektom je na voljo več možnosti, pri čemer se visokonapetostni enosmerni (HVDC) prenosni sistemi pojavljajo kot izvedljiv mehanizem upravljanja z energijo.
Razvoj tehnologije HVDC napoveduje spremembe v načinu prenosa električne energije na dolge razdalje, saj ponuja večkratne prednosti pred prenosnimi sistemi izmeničnega toka (AC). HVDC prenosni sistemi ponujajo prednosti v smislu nižjih emisij in prihranka stroškov, če so nameščeni nad glavo na velike razdalje in pod zemljo ali pod vodo na kratke razdalje.
Z največjo prehodno učinkovitostjo in manjšimi izgubami moči, ne glede na razdaljo, ki jo prevozi elektrika, HVDC prenosni sistemi ustvarjajo pomemben potencial za prenos moči na velike razdalje, kot so otoki in celo celine. Napredek v tehnologijah HVDC utira pot obnovljivim sistemom električne energije, kar pomeni pozitivne prihodnje možnosti za trg prenosnega sistema HVDC, ki je bil leta 2018 ocenjen na skoraj 7,4 milijarde ameriških dolarjev.
Prenos HVDC: Električna avtocesta v novo dobo obnovljivih virov
Prenosni sistemi HVDC se pojavljajo kot temelj, na katerem se razvija in izvaja nov energetski sistem, ki temelji na obnovljivih virih. Sistemi obnovljive energije, kot so projekti za sončno in vetrno energijo, so pogosto zelo nestanovitni in se nahajajo na oddaljenih območjih. Neprestano razvijajoča se tehnologija HVDC se uveljavlja v novem energetskem gospodarstvu z daljnovodi HVDC na dolge proge, ki lahko prenašajo moč z največjo učinkovitostjo in minimalnimi izgubami.
Linije HVDC postajajo "avtoceste električne energije", ki prihodnost sistemov za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov pospešujejo na tri načine - medsebojno povezovanje obstoječih elektrarn, razvoj novih sončnih elektrarn in povezovanje projektov vetrne energije na morju. Močni polprevodniki, visokonapetostni kabli in pretvorniki so med ključnimi sestavnimi deli tehnologije HVDC, ki v sodoben prenosni sistem enosmernega toka (DC) prinašajo posebne značilnosti.
Potrebe po gradnji novih elektrarn je mogoče odložiti z uvedbo prenosnih sistemov HVDC, saj med seboj povezujejo različne elektroenergetske sisteme za učinkovitejše delovanje. Novi elektroenergetski sistem lahko doseže večje gospodarske in okoljske koristi od velikih hidroelektrarn, ki nadomeščajo sisteme za proizvodnjo toplote v tradicionalnih elektroenergetskih sistemih prek daljnovodov HVDC.
Prenos HVDC je postal močna avtocesta za obsežno integracijo obnovljivih virov energije, ki ponuja medsebojno povezana omrežja, ki so dovolj zanesljiva in prilagodljiva za spopadanje z izzivi novega gospodarstva z obnovljivo energijo. Prenosna omrežja HVDC omogočajo izravnavo obremenitve med super avtocestami HVDC in souporabo vodov in pretvorniških postaj v sončnih projektih in vetrnih elektrarnah na morju. Zato se uvajanje prenosnih sistemov HVDC šteje za ekonomsko izvedljiv način zagotavljanja odvečnosti in zanesljivosti v takšnih elektroenergetskih omrežjih.
Poleg tega prenosni sistemi HVDC ponujajo tudi izvedljive rešitve obstoječih izzivov glede prednosti. En prenosni sistem HVDC, nameščen nad glavo, se lahko izkaže za zanesljivejšega od dvosmernega daljnovoda. Infrastruktura HVDC lahko izboljša prehodno učinkovitost električne energije z uporabo izoliranih kablov HVDC v podzemnih in podmorskih aplikacijah, ki lahko pospešijo postopke dovoljevanja prednostne poti. Poleg tega je mogoče prenosne sisteme HVDC namestiti tudi v bližini obstoječih vodov izmeničnega toka ali na njih, kar zmanjšuje potrebe po rabi zemljišča pred prednostjo.
Tehnologija pretvornikov napetosti (VSC) v prenosnih sistemih HVDC
HVDC prenosni sistemi uporabljajo pretvornike s pretvornikom toka (LCC), ki za delovanje potrebujejo jalovo moč serijskih kondenzatorjev, ranžirnih bank ali filtrov. Vendar običajni prenosni sistem HVDC ne ponuja dinamične napetostne podpore omrežju AC in nadzoruje sistemsko napetost v sprejemljivem območju znotraj želenega odstopanja. Posledično se pretvorniki napetosti uporabljajo v običajnih sistemih prenosa HVDC, ne samo za zagotavljanje dinamične regulacije napetosti v omrežju izmeničnega toka, temveč tudi za nadzor pretoka moči v sistemu.
Prenosni sistemi HVDC, ki temeljijo na tehnologiji VSC, lahko nudijo neodvisno krmiljenje tako aktivne kot jalove moči brez napak pri komutaciji. Preklapljanje ventilov IGBT pri HVDC prenosu, ki temelji na VSC, sledi modulaciji širine impulza (PWM), ki sistemu omogoča prilagajanje faznega kota in amplitude izmenične napetosti pretvornika s konstantno enosmerno napetostjo.
Poleg tega prenosni sistemi HVDC, ki temeljijo na VSC, sestavljajo dva neodvisna nadzorna in zaščitna sistema, ki sta sestavljena iz digitalnih procesorjev signalov in mikrokrmilnikov, in zagotavljata redundanco za zagotovitev visoke zanesljivosti. Takšne značilnosti pripisujejo naklonjenosti končnih uporabnikov k tehnologiji VSC pred tehnologijo LCC v prenosnih sistemih HVDC.
Sistemi HVDC, ki temeljijo na VSC, postajajo vse bolj priljubljeni na trgu prenosnih sistemov HVDC, z več kot 55% tržnega deleža prihodkov. Tehnologija prenosa, ki temelji na VSC, je postala običajna za običajne prenosne sisteme HVDC, čeprav je relativno dražja možnost za aplikacije z višjo oceno prenosa.
Vodilna podjetja na trgu prenosnega sistema HVDC pospešujejo sprejemanje tehnologije VSC za povečanje zanesljivosti prenosa HVDC pri projektih obnovljive energije, ki se izvajajo po vsem svetu. Na primer, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - vodilni japonski proizvajalec sistemov za proizvodnjo električne energije - je marca 2019 napovedala namestitev prenosne povezave HVDC s sedežem VSC, ki povezuje japonsko celino (Honshu) s severnim otokom Hokkaido. je objavil, da je to prvi japonski sistem HVDC, ki temelji na VSC in ki ves čas zagotavlja 600 MW medsebojne povezovalne zmogljivosti.
Aprila 2019 je skupina ABB - švicarsko-švedska multinacionalna korporacija, ki deluje na področju energetike, težke električne opreme in tehnologije avtomatizacije - objavila, da je ustanovila skupno podjetje s podjetjem Hitachi, Ltd. - japonsko multinacionalno družbo konglomerata - za dobavo VSC prenosni sistem HVSC za postajo Higashi-Shimizu na Japonskem. Družba je napovedala, da bodo HVDC prenosni sistemi, ki temeljijo na VSC, vključevali dva pretvornika VSC (po 300.000 kW), Hitachi pa bo zgradil sistem, ki bo sestavljen iz pretvorniških transformatorjev Hitachi in pretvornika ABB HVDC s sistemom za nadzor in zaščito.
Napredek v infrastrukturi ultra HVDC (UHVDC) za prenos obnovljive energije
Razvoj prenosnega sistema UHVDC je eden najnovejših dosežkov v prenosni tehnologiji HVDC, ki omogoča prenos enosmerne napetosti najmanj 800 kV; običajni prenosni sistem HVDC običajno uporablja napetosti med 100 kV in 600 kV. Ko se novo globalno energetsko gospodarstvo postopoma pomika proti elektroenergetskim omrežjem celinskega obsega, bodo prenosni sistemi UHVDC verjetno dobili izreden pomen po vsem svetu.
Razvite regije so med najugodnejšimi trgi za prenosne sisteme UHVDC, saj razvite države proizvajajo velike količine obnovljive energije. Severna Amerika in Evropa sta med največjimi trgi prenosnih sistemov HVDC, saj upravni organi v teh regijah veliko vlagajo v razvoj infrastrukture HVDC, da bi izpolnili svoje podnebne cilje.
Združeno kraljestvo je med vodilnimi evropskimi državami, ki je uvedlo prenosne sisteme HVDC. Združeno kraljestvo si deli povezave HVDC z več sosednjimi državami, vključno z Norveško, Irsko, Francijo in Nizozemsko. Poleg tega so ZDA spodbujale naložbe v proizvodnjo čiste energije, sprejemanje prenosa HVDC pa v državi hitro narašča. Vedno bolj razširjeno meddržavno omrežje sistemov za avtoceste z električno energijo v ZDA pomeni Severno Ameriko največji trg za prenosni sistem HVDC s skoraj četrtino prihodkov na svetovnem trgu.
Vse več gospodarstev v vzponu pa z razvojem hidroelektrarn in vetrnih elektrarn kaže obetavno rast proizvodnje energije iz obnovljivih virov. V državah v razvoju se izvajajo obsežni projekti sončne in vetrne energije, sprejemajo pa se tudi prenosni sistemi UHVDC, da bi zadostili vedno večjemu povpraševanju po električni energiji v teh državah.
Kitajska je postala ena vodilnih držav na svetu, ki je najprej sprejela prenosni sistem UHVDC. Leta 2010 je skupina ABB zgradila prvi prenosni daljnovod UHVDC med Šanghajem in Xiangjiabo na Kitajskem z močjo 6,4 GW in skupno dolžino približno 1.907 km. Do leta 2017 je država vložila več kot 400 milijard juanov (57 milijard ameriških dolarjev) za razvoj vsaj 21 novih daljnovodov UHVDC v državi.
General Electric Company (GE) - ameriški večnacionalni konglomerat - je leta 2017 v Chhattisgarhu v Indiji pustil v obratovanje prvo 1500 MW fazo dvofaznega sistema za prenos električne energije HVDC. Power Grid Corporation of India Limited - indijska državna elektroenergetska družba podjetje - v projekt vložilo več kot 6.300 cror INR. Ministrstvo za energetiko je napovedalo, da je bila decembra 2018 zmogljivost projekta nadgrajena na 6000 MW z naložbo več kot 5.200 cror INR, družba GE pa je sporočila, da je bil to prvi projekt podjetja UHVDC v Indiji in na svetu, kar je 1.287 km energetske avtoceste s prenosno močjo do 3.000 MW.
Z vse večjim sprejemanjem prenosnih sistemov UHVDC v nastajajočih gospodarstvih, kot sta Kitajska in Indija, se azijsko-pacifiška regija (razen Japonske) pojavlja kot trg z visoko rastjo prenosnih sistemov HVDC. Na prihodnje trende v sektorju prenosa in distribucije električne energije (T&D) močno vpliva kombinacija obnovljivih virov energije.
Povečanje naložb v sektor T&D bo v prihodnjih letih okrepilo proizvodnjo obnovljive energije. To bo posledično sprožilo globalno sprejetje prenosnih sistemov HVDC kot prilagodljive in gospodarne rešitve za obvladovanje novih izzivov pri proizvodnji energije in vključevanje obnovljivih virov v prihodnjih letih.