Avantajele liniilor de transmisie de curent continuu de înaltă tensiune în comparație cu liniile de curent alternativ

Devenind linii tradiționale de transmisie de înaltă tensiune, astăzi funcționează invariabil folosind curent alternativ. Dar te-ai gândit vreodată la avantajele pe care le poate oferi o linie de transmisie DC de înaltă tensiune în comparație cu o linie AC? Da, vorbim despre liniile de transmisie de înaltă tensiune în curent continuu (HVDC Power Transmission).

Desigur, pentru formarea unei linii de curent continuu de înaltă tensiune, în primul rând, convertoare, care ar face curent continuu din curent alternativ și curent alternativ din curent continuu. Astfel de invertoare și convertoare sunt scumpe, precum și piesele de schimb pentru ele, au limitări de suprasarcină, în plus, pentru fiecare linie, dispozitivul trebuie să fie unic fără exagerare. Pe distanțe scurte, pierderile de putere din convertoare fac ca o astfel de linie de transmisie să fie în general neeconomică.

Dar în ce aplicații va fi de preferat să-l folosești DC.? De ce uneori tensiunea înaltă de curent alternativ nu este suficient de eficientă? În cele din urmă, sunt deja utilizate liniile de transmisie de curent continuu de înaltă tensiune? Vom încerca să obținem răspunsuri la aceste întrebări.

Nu trebuie să mergi departe pentru exemple. Un cablu electric așezat pe fundul Mării Baltice între două țări vecine, Germania și Suedia, are 250 de metri lungime, iar dacă curentul ar fi alternativ, atunci rezistența capacitivă ar provoca pierderi semnificative. Sau la furnizarea de energie electrică în zone îndepărtate când nu este posibilă instalarea echipamentelor intermediare. Și aici, curentul continuu de înaltă tensiune va provoca mai puține pierderi.

Ce se întâmplă dacă trebuie să măriți capacitatea unei linii existente fără a adăuga una suplimentară? Și în cazul alimentării sistemelor de distribuție AC care nu sunt sincronizate între ele?

Între timp, pentru puterea specifică transmisă pentru curent continuu, la tensiune înaltă, este necesară o secțiune transversală mai mică a firului, iar turnurile pot fi mai mici. De exemplu, linia de transport canadiană Bipole Nelson River conectează rețeaua de distribuție și centrala electrică de la distanță.

Rețelele de curent alternativ pot fi stabilizate fără a crește riscul de scurtcircuite. Descărcările corona, care provoacă pierderi în liniile de curent alternativ din cauza vârfurilor de tensiune ultra-înaltă, sunt mult mai puține cu CC, în consecință, este eliberat mai puțin ozon dăunător. Din nou, reducerea costului de construcție a liniilor electrice, de exemplu sunt necesare trei fire pentru trei faze și doar două pentru HVDC. Încă o dată, beneficiile maxime ale cablurilor submarine sunt nu numai mai puțin material, ci și mai puține pierderi capacitive.

Din 1997AAB instalează linii de lumină HVDC cu putere de până la 1,2 GW la tensiuni de până la 500 kV. Astfel, a fost construită o legătură de putere nominală de 500 MW între rețelele Marii Britanii și Irlandei.

Această conexiune îmbunătățește securitatea și fiabilitatea alimentării cu energie electrică între rețele. Mergând de la vest la est, unul dintre cablurile din rețea are 262 de kilometri lungime, cu 71% din cablu pe fundul mării.

Încă o dată, amintiți-vă că, dacă s-ar folosi curentul AC pentru a reîncărca capacitatea cablului, ar exista pierderi inutile de putere și, deoarece curentul este aplicat în mod constant, pierderile sunt neglijabile. În plus, pierderile dielectrice de curent alternativ nu trebuie neglijate.

În general, cu curent continuu, prin același fir poate fi transmisă mai multă putere, deoarece vârfurile de tensiune la aceeași putere, dar cu curent alternativ, sunt mai mari, în plus, izolația trebuie să fie mai groasă, secțiunea transversală este mai mare, distanța dintre conductori este mai mare etc. Având în vedere toți acești factori, coridorul liniei de transport de curent continuu asigură o transmisie mai densă a energiei electrice.

În jurul lor nu sunt create linii permanente de înaltă tensiune câmp magnetic alternativ de joasă frecvențăașa cum este tipic pentru liniile de transmisie AC. Unii oameni de știință vorbesc despre daunele acestui câmp magnetic variabil asupra sănătății umane, asupra plantelor, asupra animalelor. Curentul continuu, la rândul său, creează doar un gradient constant (nu variabil) de câmp electric în spațiul dintre conductor și pământ, iar acest lucru este sigur pentru sănătatea oamenilor, animalelor și plantelor.

Stabilitatea sistemelor de curent alternativ este facilitată de curentul continuu.Datorită tensiunii înalte și curentului continuu, este posibil să se transfere putere între sistemele de curent alternativ care nu sunt sincronizate între ele. Acest lucru previne răspândirea daunelor în cascadă. În cazul defecțiunilor non-critice, energia este pur și simplu mutată în sau din sistem.

Acest lucru stimulează și mai mult adoptarea rețelelor DC de înaltă tensiune, dând naștere la noi fundații.

Stație de conversie Siemens pentru o linie de transport de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) între Franța și Spania

Schema unei linii moderne HVDC

Fluxul de energie este reglat de un sistem de control sau de o stație de conversie. Debitul nu este legat de modul de funcționare al sistemelor conectate la linie.

Interconexiunile pe liniile de curent continuu au o capacitate de transmisie arbitrar mică în comparație cu liniile de curent alternativ, iar problema legăturilor slabe este eliminată. Liniile în sine pot fi proiectate ținând cont de optimizarea fluxurilor de energie.

În plus, dificultățile de sincronizare a mai multor sisteme de control diferite pentru funcționarea sistemelor energetice individuale dispar. Controlere rapide de urgență incluse Fire electrice de curent continuu creșterea fiabilității și stabilității rețelei globale. Controlul fluxului de putere poate reduce oscilațiile în linii paralele.

Aceste avantaje vor facilita adoptarea mai rapidă a interacțiunii cu curent continuu de înaltă tensiune pentru a rupe sistemele mari de putere în mai multe părți care sunt sincronizate între ele.

De exemplu, în India au fost construite mai multe sisteme regionale care sunt interconectate prin linii de curent continuu de înaltă tensiune.Există și un lanț de convertoare controlate de un centru special.

Este la fel și în China. În 2010, ABB a construit în China primul curent continuu de ultra-înaltă tensiune de 800 kV din lume din China. Linia Zhongdong — Wannan UHV DC de 1100 kV, cu o lungime de 3400 km și o capacitate de 12 GW, a fost finalizată în 2018.

Începând cu 2020, au fost finalizate cel puțin treisprezece șantiere.Linii EHV DC în China. Liniile HVDC transmit cantități mari de putere pe distanțe semnificative, cu mai mulți furnizori de energie conectați la fiecare linie.

De regulă, dezvoltatorii de linii de transport în curent continuu de înaltă tensiune nu oferă publicului larg informații despre costul proiectelor lor, deoarece acesta este un secret comercial. Totuși, specificul proiectelor își face propriile ajustări, iar prețul variază în funcție de: putere, lungimea cablului, modalitatea de instalare, costul terenului etc.

Prin compararea economică a tuturor aspectelor, se ia o decizie cu privire la fezabilitatea construirii unei linii HVDC. De exemplu, construcția unei linii de transport cu patru linii între Franța și Anglia, cu o capacitate de 8 GW, împreună cu lucrările pe uscat, au necesitat aproximativ un miliard de lire sterline.

Lista proiectelor semnificative de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) din trecut

În anii 1880 a fost un așa-zis război al curenților între susținătorii DC precum Thomas Edison și susținătorii AC precum Nikola Tesla și George Westinghouse. DC a durat 10 ani, dar dezvoltarea rapidă a transformatoarelor de putere, necesare pentru creșterea tensiunii și astfel limitarea pierderilor, a dus la proliferarea rețelelor de curent alternativ. Abia odată cu dezvoltarea electronicii de putere a devenit posibilă utilizarea curentului continuu de înaltă tensiune.

Tehnologia HVDC apărut în anii 1930. A fost dezvoltat de ASEA în Suedia și Germania. Prima linie HVDC a fost construită în Uniunea Sovietică în 1951 între Moscova și Kashira. Apoi, în 1954, a fost construită o altă linie între insula Gotland și Suedia continentală.

Moscova - Kashira (URSS) — lungime 112 km, tensiune — 200 kV, putere — 30 MW, an construcție — 1951. Este considerat a fi primul curent continuu de înaltă tensiune electronic complet static, pus în funcțiune. Linia nu există în prezent.

Gotland 1 (Suedia) — lungime 98 km, tensiune — 200 kV, putere — 20 MW, an construcție — 1954. Prima legătură HVDC comercială din lume. Extins de ABB în 1970, dezafectat în 1986.

Volgograd - Donbass (URSS) — lungime 400 km, tensiune — 800 kV, putere — 750 MW, anul construcției — 1965. Prima etapă a liniei electrice de curent continuu de 800 kV Volgograd — Donbass a fost pusă în funcțiune în 1961, care a fost notat în presă la acea vreme ca un etapă foarte importantă în dezvoltarea tehnică a ingineriei electrice sovietice. Linia este în prezent demontată.

Testarea redresoarelor de înaltă tensiune pentru o linie de curent continuu în laboratorul VEI, 1961.

Diagrama linie a curentului continuu de înaltă tensiune Volgograd — Donbass

Uite: Fotografii ale instalațiilor electrice și echipamentelor electrice din URSS 1959-1962

HVDC între insulele Noii Zeelande — lungime 611 km, tensiune — 270 kV, putere — 600 MW, an construcție — 1965. Din 1992, reconstruit АBB… Tensiune 350 kV.

Din 1977Pana in prezent toate sistemele HVDC au fost construite folosind componente in stare solida, in majoritatea cazurilor tiristoare, inca de la sfarsitul anilor 1990 se folosesc convertoare IGBT.

Invertoare IGBT la stația de conversie Siemens pentru linia de transport de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) între Franța și Spania

Cahora Bassa (Mozambic - Africa de Sud) — lungime 1420 km, tensiune 533 kV, putere — 1920 MW, an construcție 1979. Prima HVDC cu tensiune peste 500 kV. Reparatie ABB 2013-2014

Ekibastuz — Tambov (URSS) — lungime 2414 km, tensiune — 750 kV, putere — 6000 MW. Proiectul a început în 1981. Când va fi pus în funcțiune, va fi cea mai lungă linie de transport din lume. Șantierele au fost abandonate în jurul anului 1990 din cauza prăbușirii Uniunii Sovietice și linia nu a fost niciodată finalizată.

Interconnexion France Angleterre (Franța — Marea Britanie) — lungime 72 km, tensiune 270 kV, putere — 2000 MW, an construcție 1986.

Gezhouba — Shanghai (China) — 1046 km, 500 kV, putere 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (India) — lungime 814 km, tensiune — 500 kV, putere — 1500 MW, an construcție — 1990.

Cablu baltic (Germania - Suedia) — lungime 252 km, tensiune — 450 kV, putere — 600 MW, an construcție — 1994.

Tien Guan (China) — lungime 960 km, tensiune — 500 kV, putere — 1800 MW, an construcție — 2001.

Talcher Kolar (India) — lungime 1450 km, tensiune — 500 kV, putere — 2500 MW, an construcție — 2003.

Trei Chei - Changzhou (China) — lungime 890 km, tensiune — 500 kV, putere — 3000 MW, an construcție — 2003. În 2004 și 2006.Încă 2 linii au fost construite de la centrala hidroelectrică HVDC „Three Gorges” la Huizhou și Shanghai pentru 940 și 1060 km.

Cea mai mare centrală hidroelectrică din lume, Cele Trei Chei, este conectată la Changzhou, Guangdong și Shanghai prin linii de curent continuu de înaltă tensiune.

Xiangjiaba-Shanghai (China) — linia de la Fulong la Fengxia. Lungimea este de 1480 km, tensiunea este de 800 kV, puterea este de 6400 MW, anul de construcție este 2010.

Yunnan — Guangdong (China) — lungime 1418 km, tensiune — 800 kV, putere — 5000 MW, an construcție — 2010.