A nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek előnyei a váltóáramú vezetékekhez képest
Hagyományos nagyfeszültségű távvezetékekké váltak, ma változatlanul váltakozó árammal működnek. De gondolt már arra, hogy egy nagyfeszültségű egyenáramú átviteli vezeték milyen előnyökkel járhat egy váltakozó áramú vezetékhez képest? Igen, nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC Power Transmission) távvezetékekről beszélünk.
Természetesen a nagyfeszültségű egyenáramú vezeték kialakításához elsősorban átalakítók, amely váltakozó áramból egyenáramot, egyenáramból pedig váltakozó áramot készítene. Az ilyen inverterek és konverterek drágák, valamint a hozzájuk tartozó pótalkatrészek túlterhelési korlátokkal rendelkeznek, ráadásul minden vonalon túlzás nélkül egyedinek kell lennie a készüléknek. Kis távolságokon az átalakítók teljesítményveszteségei általában gazdaságtalanná teszik az ilyen távvezetékeket.
De melyik alkalmazásokban célszerűbb használni D.C.? Miért nem elég hatékony a nagy váltakozó feszültség néha? Végül, használatban vannak-e már nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek? Ezekre a kérdésekre igyekszünk választ kapni.
Nem kell messzire menni a példákért. A Balti-tenger fenekén két szomszédos ország, Németország és Svédország között húzott elektromos kábel 250 méter hosszú, és ha váltakozó áramú lenne, akkor a kapacitív ellenállás jelentős veszteségeket okozna. Vagy távoli területek áramellátása során, amikor nem lehetséges közbenső berendezéseket telepíteni. A nagyfeszültségű egyenáram itt is kisebb veszteséget okoz.
Mi a teendő, ha egy meglévő vonal kapacitását kell növelni anélkül, hogy további vezetéket kellene beépíteni? És az egymással nem szinkronizált váltakozó áramú elosztórendszerek táplálása esetén?
Eközben az egyenáramra átvitt fajlagos teljesítményhez nagyfeszültségen kisebb vezetékkeresztmetszet szükséges, és a tornyok alacsonyabbak lehetnek. Például a kanadai Bipole Nelson River Transmission Line összeköti az elosztóhálózatot és a távoli erőművet.
A váltakozó áramú elektromos hálózatok stabilizálhatók a rövidzárlat kockázatának növelése nélkül. A koronakisülések, amelyek az ultramagas feszültségcsúcsok miatt veszteséget okoznak a váltakozó áramú vezetékekben, egyenáramnál sokkal kisebbek, ennek megfelelően kevésbé káros ózon szabadul fel. Ismét csökkentjük az elektromos vezetékek építésének költségeit, például három vezetékre van szükség három fázishoz, és csak kettőre a HVDC-hez. Ismételten a tengeralattjáró kábelek maximális előnye nem csak a kevesebb anyag, hanem a kisebb kapacitív veszteség is.
1997 ótaAz AAB akár 1,2 GW teljesítményű HVDC Light vezetékeket telepít 500 kV-ig. Így egy 500 MW névleges teljesítményű összeköttetés épült ki Nagy-Britannia és Írország hálózatai között.
Ez a kapcsolat javítja a hálózatok közötti villamosenergia-ellátás biztonságát és megbízhatóságát. Nyugatról keletre haladva a hálózat egyik kábele 262 kilométer hosszú, a kábel 71%-a a tengerfenéken található.
Még egyszer ne feledje, hogy ha a váltakozó áramot használnák a kábel kapacitásának újratöltésére, akkor szükségtelen teljesítményveszteségek lennének, és mivel az áramot folyamatosan vezetik, a veszteségek elhanyagolhatóak. Ezenkívül az AC dielektromos veszteségeket sem szabad figyelmen kívül hagyni.
Általánosságban elmondható, hogy egyenárammal több teljesítmény továbbítható ugyanazon a vezetéken, mivel a feszültségcsúcsok azonos teljesítmény mellett, de váltakozó áram mellett magasabbak, emellett a szigetelésnek vastagabbnak kell lennie, nagyobb a keresztmetszete, a A vezetékek közötti távolság nagyobb, stb. Mindezeket a tényezőket figyelembe véve az egyenáramú távvezeték folyosója sűrűbb elektromos energia átvitelt biztosít.
Körülöttük nem jönnek létre állandó nagyfeszültségű vezetékek alacsony frekvenciájú váltakozó mágneses términt az AC távvezetékekre jellemző. Egyes tudósok arról beszélnek, hogy ez a változó mágneses mező károsítja az emberi egészséget, a növényeket és az állatokat. Az egyenáram viszont csak állandó (nem változó) elektromos tér gradienst hoz létre a vezető és a talaj között, és ez biztonságos az emberek, állatok és növények egészségére.
A váltakozó áramú rendszerek stabilitását az egyenáram segíti elő.A nagy feszültség és az egyenáram miatt lehetséges az egymással nem szinkronizált váltakozó áramú rendszerek közötti teljesítmény átvitel. Ez megakadályozza, hogy a lépcsőzetes károk továbbterjedjenek. Nem kritikus meghibásodások esetén az energia egyszerűen be- vagy kikerül a rendszerből.
Ez tovább fokozza a nagyfeszültségű egyenáramú hálózatok alkalmazását, új alapokat teremtve.
Siemens átalakító állomás nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC) távvezetékhez Franciaország és Spanyolország között
Egy modern HVDC vezeték vázlata
Az energiaáramot vezérlőrendszer vagy átalakító állomás szabályozza. Az áramlás nem függ össze a vezetékhez csatlakozó rendszerek működési módjával.
Az egyenáramú vezetékek összekapcsolásának tetszőlegesen kicsi az átviteli kapacitása a váltakozó áramú vonalakhoz képest, és megszűnik a gyenge kapcsolatok problémája. Magukat a vezetékeket az energiaáramlás optimalizálásának figyelembevételével lehet megtervezni.
Emellett megszűnnek az egyes energiarendszerek működéséhez szükséges több különböző vezérlőrendszer szinkronizálásának nehézségei. Gyors vészvezérlők mellékelve Egyenáramú elektromos vezetékek a teljes hálózat megbízhatóságának és stabilitásának növelése. A teljesítményáramlás szabályozása csökkentheti a párhuzamos vonalak rezgését.
Ezek az előnyök megkönnyítik a nagyfeszültségű egyenáramú kölcsönhatás gyorsabb átvételét annak érdekében, hogy a nagy energiaellátó rendszereket több, egymással szinkronizált részre bontsák.
Például Indiában több regionális rendszert építettek ki, amelyeket nagyfeszültségű egyenáramú vezetékek kötnek össze.Létezik egy speciális központ által irányított konverterlánc is.
Kínában ugyanez a helyzet. Az ABB 2010-ben Kínában építette meg a világ első 800 kV-os ultra-nagyfeszültségű egyenáramát Kínában.2018-ban készült el az 1100 kV-os Zhongdong – Wannan UHV DC vezeték, 3400 km hosszúsággal és 12 GW kapacitással.
2020-ig legalább tizenhárom építkezés készült el. EHV DC vonalak Kínában. A HVDC vonalak nagy mennyiségű energiát továbbítanak jelentős távolságokra, minden vonalhoz több áramszolgáltató csatlakozik.
A nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek fejlesztői rendszerint nem adnak tájékoztatást a nagyközönségnek projektjeik költségeiről, mivel ez üzleti titok. A projektek sajátosságai azonban saját maguk módosítják, és az ár a következőktől függően változik: teljesítmény, kábelhossz, telepítési mód, telekköltség stb.
Minden szempont gazdaságos összehasonlításával születik döntés a HVDC vonal kiépítésének megvalósíthatóságáról. Például a Franciaország és Anglia közötti négyvezetékes, 8 GW kapacitású távvezeték megépítése a szárazföldi munkákkal együtt mintegy milliárd fontot igényelt.
Jelentős nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC) projektek listája a múltból
Az 1880-as években úgynevezett áramlatok háborúja zajlott a DC támogatói, például Thomas Edison és az AC támogatói, mint Nikola Tesla és George Westinghouse között. Az egyenáram 10 évig tartott, de a feszültségnöveléshez és ezáltal a veszteségek korlátozásához szükséges teljesítménytranszformátorok rohamos fejlődése az AC hálózatok elterjedéséhez vezetett. Csak a teljesítményelektronika fejlődésével vált lehetővé a nagyfeszültségű egyenáram alkalmazása.
HVDC technológia az 1930-as években jelent meg. Az ASEA fejlesztette ki Svédországban és Németországban. Az első HVDC vezetéket 1951-ben építették meg a Szovjetunióban Moszkva és Kashira között. Aztán 1954-ben újabb vonalat építettek Gotland szigete és Svédország szárazföldi része között.
Moszkva – Kashira (Szovjetunió) — hossza 112 km, feszültség — 200 kV, teljesítmény — 30 MW, gyártási éve — 1951. A világ első, üzembe helyezett, teljesen statikus elektronikus nagyfeszültségű egyenáramának tartják. A vonal jelenleg nem létezik.
Gotland 1 (Svédország) — hossza 98 km, feszültség — 200 kV, teljesítmény — 20 MW, építési év — 1954. A világ első kereskedelmi HVDC kapcsolata. Az ABB 1970-ben bővítette, 1986-ban szerelték le.
Volgográd – Donbassz (Szovjetunió) — hossza 400 km, feszültség — 800 kV, teljesítmény — 750 MW, építés éve — 1965. A Volgograd-Donbass 800 kV-os egyenáramú távvezeték első szakaszát 1961-ben helyezték üzembe, amelyet akkoriban a sajtó úgy jegyzett meg, mint nagyon fontos állomása a szovjet elektrotechnika műszaki fejlődésének. A vezeték jelenleg bontás alatt áll.
Egyenáramú vezeték nagyfeszültségű egyenirányítóinak vizsgálata a VEI laboratóriumában, 1961.
A nagyfeszültségű egyenáram vonaldiagramja Volgograd – Donbass
Néz: Fényképek elektromos berendezésekről és elektromos berendezésekről a Szovjetunióban 1959-1962
HVDC Új-Zéland szigetei között — hossza 611 km, feszültség — 270 kV, teljesítmény — 600 MW, építési év — 1965. 1992 óta rekonstruált АBB… Feszültség 350 kV.
1977 ótamostanáig minden HVDC rendszer szilárdtest komponensekből, legtöbb esetben tirisztorból épült, az 1990-es évek vége óta pedig IGBT átalakítókat használnak.
IGBT inverterek a Siemens konverter állomáson a nagyfeszültségű egyenáramú (HVDC) távvezetékhez Franciaország és Spanyolország között
Cahora Bassa (Mozambik – Dél-Afrika) — hossza 1420 km, feszültsége 533 kV, teljesítménye — 1920 MW, gyártási éve 1979. Az első HVDC 500 kV feletti feszültséggel. ABB javítás 2013-2014
Ekibastuz – Tambov (Szovjetunió) — hossza 2414 km, feszültség — 750 kV, teljesítmény — 6000 MW. A projekt 1981-ben kezdődött. Ha üzembe helyezik, ez lesz a világ leghosszabb távvezetéke. Az építkezéseket 1990 körül a Szovjetunió összeomlása miatt felhagyták, és a vonal soha nem készült el.
Interconnexion France Angleterre (Franciaország – Nagy-Britannia) — hossza 72 km, feszültsége 270 kV, teljesítménye — 2000 MW, gyártási éve 1986.
Gezhouba – Sanghaj (Kína) — 1046 km, 500 kV, teljesítmény 1200 MW, 1989.
Rihand Delhi (India) — hossza 814 km, feszültség — 500 kV, teljesítmény — 1500 MW, gyártási év — 1990.
Balti-kábel (Németország - Svédország) — hossza 252 km, feszültség — 450 kV, teljesítmény — 600 MW, gyártási év — 1994.
Tien Guan (Kína) — hossza 960 km, feszültség — 500 kV, teljesítmény — 1800 MW, gyártási év — 2001.
Talcher Kolar (India) — hossza 1450 km, feszültség — 500 kV, teljesítmény — 2500 MW, gyártási év — 2003.
Három szurdok – Changzhou (Kína) — hossza 890 km, feszültség — 500 kV, teljesítmény — 3000 MW, építési év — 2003. 2004-ben és 2006-ban.További 2 vezeték épült a "Három-szurdok" HVDC vízerőműtől Huizhouba és Sanghajba 940 és 1060 km-en keresztül.
A világ legnagyobb vízerőműve, a Three Gorges nagyfeszültségű egyenáramú vezetékekkel kapcsolódik Csangcsouhoz, Guangdonghoz és Sanghajhoz
Xiangjiaba-Sanghaj (Kína) — a Fulong és Fengxia közötti vonal. Hossza 1480 km, feszültsége 800 kV, teljesítménye 6400 MW, építési éve 2010.
Yunnan – Guangdong (Kína) — hossza 1418 km, feszültség — 800 kV, teljesítmény — 5000 MW, gyártási év — 2010.