Przyszłość leży w przesyłaniu energii elektrycznej prądem stałym? Archipelag świata i jego sieć

Obecnie większość linii wysokiego napięcia opiera się na prądzie przemiennym. Jednak rozwój nowych źródeł energii, elektrowni słonecznych i wiatrowych zlokalizowanych z dala od obszarów zaludnionych i odbiorców przemysłowych, wymaga sieci przesyłowych czasami nawet o skali kontynentalnej. I tutaj, jak się okazuje, HVDC jest lepszy niż HVAC.

Linia HVDC (skrót od wysokiego napięcia prądu stałego) mają lepszą zdolność przenoszenia dużych ilości energii niż HVAC (skrót od prądu przemiennego wysokiego napięcia), na przykład długie dystanse. Być może ważniejszym argumentem jest niższy koszt takiego rozwiązania na dużych dystansach. Oznacza to, że jest bardzo przydatny dostarczanie energii elektrycznej na duże odległości z lokalizacji wykorzystujących energię odnawialną, które łączą wyspy z lądem, a nawet potencjalnie różne kontynenty ze sobą.

Linia HVAC wymagają budowy ogromnych wież i linii trakcyjnych. Często powoduje to protesty lokalnych mieszkańców. HVDC można układać pod ziemią na dowolnej dużej odległości, bez ryzyka dużych strat energiijak ma to miejsce w przypadku ukrytych sieci prądu przemiennego. Jest to rozwiązanie nieco droższe, ale pozwala uniknąć wielu problemów, z jakimi borykają się sieci przesyłowe. Oczywiście do przeniesienia z Region Columbia istnieje możliwość adaptacji istniejących i społecznie akceptowalnych linii przesyłowych z wysokimi słupami. Oznacza to, że możesz przesłać więcej energii tą samą linią.

Istnieje wiele problemów związanych z przesyłem mocy przy wykorzystaniu prądu przemiennego, które są dobrze znane elektroenergetykom. Należą do nich m.in generowanie pól elektromagnetycznychw rezultacie linie znajdują się wysoko nad ziemią i są od siebie oddalone. Występują także straty ciepła w środowisku glebowo-wodnym oraz wiele innych trudności, z którymi z biegiem czasu nauczyliśmy się sobie radzić, ale które w dalszym ciągu stanowią obciążenie dla gospodarki energetycznej. Sieci prądu przemiennego wymagają wielu kompromisów inżynieryjnych, ale korzystanie z prądu przemiennego jest z pewnością opłacalne w transmisji prądu na duże odległościwięc w większości sytuacji nie są to problemy nie do pokonania. Nie oznacza to jednak, że nie można zastosować lepszego rozwiązania.

Czy powstanie globalna sieć energetyczna?

W 1954 r. firma ABB zbudowała zatopioną linię przesyłową HVDC o długości 96 km między kontynentem szwedzkim a wyspą (1). Jak działa przyczepność? pozwala uzyskać dwukrotnie większe napięcie o co chodzi prąd przemienny. Podziemne i podwodne linie prądu stałego nie tracą wydajności przesyłu w porównaniu do linii napowietrznych. Prąd stały nie wytwarza pola elektromagnetycznego, które miałoby wpływ na inne przewodniki, ziemię lub wodę. Grubość przewodników może być dowolna, ponieważ prąd stały nie ma tendencji do przepływu wzdłuż powierzchni przewodnika. Prąd stały nie ma częstotliwości, dlatego łatwiej jest połączyć dwie sieci o różnych częstotliwościach i przekształcić je z powrotem w prąd przemienny.

jednak Waszyngton nadal ma dwa ograniczenia, które uniemożliwiały mu przejęcie władzy nad światem, przynajmniej do niedawna. Po pierwsze, przetwornice napięcia były znacznie droższe niż proste fizyczne przetwornice prądu przemiennego. Jednakże koszt transformatorów prądu stałego (2) szybko spada. Na redukcję kosztów wpływa także fakt, że po stronie odbiorników energetycznych wzrasta liczba urządzeń wykorzystujących prąd stały.

2. Transformator prądu stałego Siemensa

Drugi problem polega na tym Wyłączniki automatyczne wysokiego napięcia prądu stałego (bezpieczniki) były nieskuteczne. Wyłączniki automatyczne to elementy chroniące układy elektryczne przed przeciążeniem. Mechaniczne wyłączniki prądu stałego byli zbyt powolni. Z drugiej strony, chociaż przełączniki elektroniczne są dość szybkie, ich częstotliwość uruchamiania była dotychczas kojarzona z dużą szybkością sięgającą 30 procent. utrata mocy. Trudno było temu zaradzić, ale ostatnio udało się to osiągnąć dzięki nowej generacji wyłączników hybrydowych.

Jeśli wierzyć ostatnim raportom, jesteśmy na dobrej drodze do pokonania wyzwań technicznych, które nękają rozwiązania HVDC. Czas więc przejść do niewątpliwych zalet. Z analiz wynika, że ​​w pewnej odległości, po przekroczeniu tzw.punkt równowagi” (ok. 600-800 km), alternatywa HVDC, choć jej koszty początkowe są wyższe od kosztów uruchomienia instalacji AC, zawsze prowadzi do obniżenia całkowitych kosztów sieci przesyłowych. Odległość do progu rentowności dla kabli podmorskich jest znacznie krótsza (zwykle około 50 km) niż dla linii napowietrznych (3).

3. Porównaj inwestycje i koszty przesyłu energii pomiędzy HVAC i HVDC.

Zacisk prądu stałego zawsze będą droższe niż zaciski prądu przemiennego po prostu dlatego, że muszą mieć komponenty do konwersji napięcia stałego, a także konwersji prądu stałego na prąd przemienny. Ale konwersja napięcia stałego i wyłączniki automatyczne są tańsze. To konto staje się coraz bardziej dochodowe.

Obecnie straty przesyłowe w nowoczesnych sieciach wahają się od 7%. do 15 proc do transmisji naziemnej w oparciu o prąd przemienny. W przypadku przesyłu prądu stałego są one znacznie niższe i pozostają niskie nawet wtedy, gdy kable układane są pod wodą lub pod ziemią.

Zatem HVDC ma sens w przypadku dłuższych obszarów. Innym miejscem, w którym mogłoby to zadziałać, są populacje rozproszone po wyspach. Indonezja jest dobrym przykładem. Populacja wynosi 261 milionów ludzi żyjących na około sześciu tysiącach wysp. Wiele z tych wysp jest obecnie zależnych od ropy i oleju napędowego. Z podobnym problemem boryka się Japonia licząca 6 wyspy, z których 852 jest zamieszkanych.

Japonia rozważa budowę dwóch dużych linii wysokiego napięcia prądu stałego z Azją kontynentalną.co uwolni Cię od konieczności samodzielnego wytwarzania i zarządzania całą energią elektryczną na ograniczonym obszarze geograficznym o znacznych trudnościach terenowych. Kraje takie jak Wielka Brytania, Dania i wiele innych mają podobną strukturę.

Tradycyjnie Chiny myślą na skalę przewyższającą skalę innych krajów. Firma zarządzająca publiczną siecią elektroenergetyczną kraju wpadła na pomysł budowy globalnej sieci prądu stałego wysokiego napięcia, która do 2050 roku połączy wszystkie elektrownie wiatrowe i słoneczne na świecie. Takie rozwiązanie, plus techniki inteligentnych sieci, które dynamicznie przydzielają i dystrybuują energię z miejsc, w których jest ona generowana w dużych ilościach do miejsc, w których jest ona w danym momencie potrzebna, mogłyby umożliwić odczytanie „Młodego Technika” w świetle lampy zasilany energią wytwarzaną przez wiatraki, zlokalizowane gdzieś na południowym Pacyfiku. W końcu cały świat jest rodzajem archipelagu.