Fordele ved højspændings jævnstrøms transmissionsledninger sammenlignet med vekselstrømsledninger
Efter at være blevet traditionelle højspændingstransmissionslinjer fungerer de i dag uvægerligt ved hjælp af vekselstrøm. Men har du nogensinde tænkt over de fordele, som en højspændings DC-transmissionsledning kan give sammenlignet med en AC-ledning? Ja, vi taler om højspændings jævnstrøm (HVDC Power Transmission) transmissionslinjer.
Selvfølgelig, for dannelsen af en højspændings jævnstrømsledning, i første omgang, konvertere, som ville lave jævnstrøm fra vekselstrøm og vekselstrøm fra jævnstrøm. Sådanne invertere og omformere er dyre, såvel som reservedele til dem, har overbelastningsbegrænsninger, desuden skal enheden for hver linje være unik uden overdrivelse. Over korte afstande gør effekttabene i omformerne en sådan transmissionsledning generelt uøkonomisk.
Men i hvilke applikationer vil det være at foretrække at bruge det D.C.? Hvorfor er høj AC-spænding nogle gange ikke effektiv nok? Endelig, er højspændings jævnstrøms transmissionsledninger allerede i brug? Vi vil forsøge at få svar på disse spørgsmål.
Du behøver ikke gå langt for at få eksempler. Et elektrisk kabel lagt på bunden af Østersøen mellem to nabolande, Tyskland og Sverige, er 250 meter langt, og hvis strømmen var vekslende, ville den kapacitive modstand forårsage betydelige tab. Eller ved levering af strøm til fjerntliggende områder, hvor det ikke er muligt at installere mellemudstyr. Også her vil højspændt jævnstrøm give mindre tab.
Hvad hvis du har brug for at øge kapaciteten af en eksisterende linje uden at sætte en ekstra i? Og i tilfælde af strømforsyning af AC-distributionssystemer, der ikke er synkroniseret med hinanden?
I mellemtiden kræves et mindre tværsnit af ledningen for specifik effekt, der overføres til jævnstrøm, ved højspænding, og tårnene kan være lavere. For eksempel forbinder den canadiske bipole Nelson River Transmission Line distributionsnettet og det fjerntliggende kraftværk.
Vekselstrømsnet kan stabiliseres uden at øge risikoen for kortslutninger. Corona-udladninger, som forårsager tab i AC-ledninger på grund af ultrahøje spændingstoppe, er meget mindre med DC, tilsvarende mindre skadelig ozon frigives. Igen, hvilket reducerer omkostningerne ved at bygge elledninger, for eksempel er der brug for tre ledninger til tre faser og kun to til HVDC. Endnu en gang er de maksimale fordele ved søkabler ikke kun mindre materiale, men også mindre kapacitive tab.
Siden 1997AAB installerer HVDC Light-linjer med effekt op til 1,2 GW ved spændinger op til 500 kV. Der blev således bygget en nominel strømforbindelse på 500 MW mellem Storbritanniens og Irlands net.
Denne forbindelse forbedrer sikkerheden og pålideligheden af elforsyningen mellem nettene. Et af kablerne i netværket, der løber fra vest til øst, er 262 kilometer langt, med 71 % af kablet på havbunden.
Endnu en gang skal du huske, at hvis AC-strømmen blev brugt til at genoplade kabelkapacitansen, ville der være unødvendige strømtab, og da strømmen påføres konstant, er tabene ubetydelige. Derudover bør dielektriske vekselstrømstab heller ikke ignoreres.
Generelt kan der med jævnstrøm overføres mere strøm gennem den samme ledning, fordi spændingsspidserne ved samme effekt, men med vekselstrøm, er højere, desuden skal isoleringen være tykkere, tværsnittet er større, afstanden mellem lederne er større osv. I betragtning af alle disse faktorer giver korridoren af jævnstrømstransmissionslinjen en tættere transmission af elektrisk energi.
Der skabes ikke permanente højspændingsledninger omkring dem lavfrekvent vekslende magnetfeltsom det er typisk for AC-transmissionslinjer. Nogle videnskabsmænd taler om skaden af dette variable magnetfelt på menneskers sundhed, på planter, på dyr. Jævnstrøm skaber til gengæld kun en konstant (ikke variabel) elektrisk feltgradient i rummet mellem lederen og jorden, og dette er sikkert for menneskers, dyrs og planters sundhed.
Stabiliteten af AC-systemer lettes af jævnstrøm.På grund af den høje spænding og jævnstrøm er det muligt at overføre strøm mellem AC-systemer, der ikke er synkroniseret med hinanden. Dette forhindrer kaskadeskader i at sprede sig. I tilfælde af ikke-kritiske fejl flyttes energien simpelthen ind i eller ud af systemet.
Dette øger yderligere anvendelsen af højspændings-DC-net, hvilket giver anledning til nye fundamenter.
Siemens konverterstation til en højspændings jævnstrøm (HVDC) transmissionslinje mellem Frankrig og Spanien
Skematisk af en moderne HVDC-linje
Energiflowet reguleres af et styresystem eller konverteringsstation. Strømningen er ikke relateret til driftsmåden for de systemer, der er tilsluttet ledningen.
Sammenkoblinger på DC-linjer har en vilkårligt lille transmissionskapacitet sammenlignet med AC-linjer, og problemet med svage led er elimineret. Selve ledningerne kan designes under hensyntagen til optimering af energistrømme.
Derudover forsvinder vanskelighederne med at synkronisere flere forskellige styresystemer til driften af individuelle energisystemer. Hurtige nødkontrolenheder inkluderet Jævnstrøms elektriske ledninger øger pålideligheden og stabiliteten af det overordnede netværk. Power flow kontrol kan reducere svingninger i parallelle linjer.
Disse fordele vil lette den hurtigere anvendelse af højspændings jævnstrømsinteraktion for at opdele store strømsystemer i flere dele, der er synkroniseret med hinanden.
For eksempel er der bygget flere regionale systemer i Indien, der er forbundet med højspændings jævnstrømsledninger.Der er også en kæde af omformere styret af et særligt center.
Det er det samme i Kina. I 2010 byggede ABB i Kina verdens første 800 kV ultrahøjspændingsjævnstrøm i Kina. 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC-linjen med en længde på 3400 km og en kapacitet på 12 GW blev færdig i 2018.
Fra 2020 er mindst 13 byggepladser afsluttet EHV DC-linjer i Kina. HVDC-linjer transmitterer store mængder strøm over betydelige afstande, med flere strømleverandører forbundet til hver linje.
Udviklere af højspændings jævnstrømsledninger giver som udgangspunkt ikke offentligheden information om omkostningerne ved deres projekter, da dette er en forretningshemmelighed. Projekternes specifikationer foretager dog deres egne justeringer, og prisen varierer afhængigt af: strøm, kabellængde, installationsmetode, jordomkostninger osv.
Ved økonomisk sammenligning af alle aspekter træffes en beslutning om gennemførligheden af at bygge en HVDC-linje. For eksempel krævede opførelsen af en fire-line transmissionsledning mellem Frankrig og England, med en kapacitet på 8 GW, sammen med arbejde på land omkring en milliard pund.
Liste over væsentlige High Voltage Direct Current (HVDC) projekter fra fortiden
I 1880'erne der var en såkaldt strømkrig mellem DC-tilhængere som Thomas Edison og AC-tilhængere som Nikola Tesla og George Westinghouse. DC varede i 10 år, men den hurtige udvikling af strømtransformatorer, der var nødvendige for at øge spændingen og dermed begrænse tab, førte til spredningen af AC-netværk. Det var først med udviklingen af effektelektronik, at brugen af højspændings jævnstrøm blev mulig.
HVDC teknologi dukkede op i 1930'erne. Det er udviklet af ASEA i Sverige og Tyskland. Den første HVDC-linje blev bygget i Sovjetunionen i 1951 mellem Moskva og Kashira. Så, i 1954, blev der bygget endnu en linje mellem øen Gotland og det svenske fastland.
Moskva - Kashira (USSR) — længde 112 km, spænding — 200 kV, effekt — 30 MW, byggeår — 1951. Det anses for at være verdens første fuldt statiske elektroniske højspændingsjævnstrøm, sat i drift. Linjen eksisterer ikke i øjeblikket.
Gotland 1 (Sverige) — længde 98 km, spænding — 200 kV, effekt — 20 MW, byggeår — 1954. Verdens første kommercielle HVDC-forbindelse. Udvidet af ABB i 1970, nedlagt i 1986.
Volgograd - Donbass (USSR) — længde 400 km, spænding — 800 kV, effekt — 750 MW, byggeår — 1965. Den første etape af 800 kV jævnstrømsledning Volgograd — Donbass blev taget i brug i 1961, hvilket blev noteret i pressen på det tidspunkt som en meget vigtig fase i den tekniske udvikling af sovjetisk elektroteknik. Linjen er i øjeblikket afmonteret.
Test af højspændingsensrettere til en jævnstrømsledning i VEI-laboratoriet, 1961.
Linjediagram over højspændingsjævnstrøm Volgograd — Donbass
Se: Fotografier af elektriske installationer og elektrisk udstyr i USSR 1959-1962
HVDC mellem øerne i New Zealand — længde 611 km, spænding — 270 kV, effekt — 600 MW, byggeår — 1965. Siden 1992, rekonstrueret АBB… Spænding 350 kV.
Siden 1977indtil nu er alle HVDC-systemer blevet bygget med solid-state komponenter, i de fleste tilfælde tyristorer, siden slutningen af 1990'erne IGBT-konvertere er blevet brugt.
IGBT-invertere på Siemens-konverterstationen til højspændings-jævnstrøms-transmissionslinjen (HVDC) mellem Frankrig og Spanien
Cahora Bassa (Mozambique - Sydafrika) — længde 1420 km, spænding 533 kV, effekt — 1920 MW, byggeår 1979. Første HVDC med spænding over 500 kV. ABB reparation 2013-2014
Ekibastuz - Tambov (USSR) — længde 2414 km, spænding — 750 kV, effekt — 6000 MW. Projektet begyndte i 1981. Når det sættes i drift, vil det være den længste transmissionslinje i verden. Byggepladserne blev forladt omkring 1990 på grund af Sovjetunionens sammenbrud, og linjen blev aldrig færdig.
Interconnexion France Angleterre (Frankrig - Storbritannien) — længde 72 km, spænding 270 kV, effekt — 2000 MW, byggeår 1986.
Gezhouba – Shanghai (Kina) — 1046 km, 500 kV, effekt 1200 MW, 1989.
Rihand Delhi (Indien) — længde 814 km, spænding — 500 kV, effekt — 1500 MW, byggeår — 1990.
Baltisk kabel (Tyskland - Sverige) — længde 252 km, spænding — 450 kV, effekt — 600 MW, byggeår — 1994.
Tien Guan (Kina) — længde 960 km, spænding — 500 kV, effekt — 1800 MW, byggeår — 2001.
Talcher Kolar (Indien) — længde 1450 km, spænding — 500 kV, effekt — 2500 MW, byggeår — 2003.
Three Gorges - Changzhou (Kina) — længde 890 km, spænding — 500 kV, effekt — 3000 MW, byggeår — 2003. I 2004 og 2006.Yderligere 2 linjer blev bygget fra "Three Gorges" HVDC vandkraftværket til Huizhou og Shanghai i 940 og 1060 km.
Verdens største vandkraftværk, Three Gorges, er forbundet med Changzhou, Guangdong og Shanghai via højspændings jævnstrømsledninger
Xiangjiaba-Shanghai (Kina) — strækningen fra Fulong til Fengxia. Længden er 1480 km, spændingen er 800 kV, effekten er 6400 MW, byggeåret er 2010.
Yunnan - Guangdong (Kina) — længde 1418 km, spænding — 800 kV, effekt — 5000 MW, byggeår — 2010.