- HVDC transmission: En el-motorvej til den nye æra af vedvarende energi
- VSC-teknologi (Voltage Supply Converters) i HVDC-transmissionssystemer
- Fremskridt i Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktur fremtrædende for transmission af vedvarende energi
Behovet for et effektivt og fleksibelt eltransmissionssystem er konsekvent blevet mærket i nutidens industrialiserede økonomier. Der er en række muligheder til rådighed for beslutningstagere og kommercielle enheder, hvor højspændings-jævnstrømstransmissionssystemer (HVDC) fremkommer som en mulig mekanisme til energistyring.
Udviklingen af HVDC-teknologi indvarsler en havændring i den måde, elektricitet overføres over lange afstande, da det giver flere fordele i forhold til vekselstrømstransmissionssystemer. HVDC-transmissionssystemer giver fordele med hensyn til lavere emissioner og omkostningsbesparelser, når de anvendes overhead over lange afstande og under jorden eller under vand over korte afstande.
Ved at tilbyde maksimal forbigående effektivitet og lavere effekttab, uanset den afstand elen kører, skaber HVDC-transmissionssystemer et betydeligt potentiale for kraftoverførsel over lange afstande, såsom øer og endda kontinenter. Fremskridt inden for HVDC-teknologier baner vejen for vedvarende elsystemer, hvilket indikerer positive fremtidige udsigter for HVDC-transmissionssystemmarkedet, der blev vurderet til næsten 7,4 milliarder dollars i 2018.
HVDC transmission: En el-motorvej til den nye æra af vedvarende energi
HVDC-transmissionssystemer dukker op som grundfjeldet, hvorpå det nye energisystem baseret på vedvarende kilder udvikles og implementeres. Vedvarende energisystemer, såsom sol- og vindkraftprojekter, er ofte meget ustabile og ligger i fjerntliggende områder. Den stadigt udviklende HVDC-teknologi vinder terræn i den nye energiøkonomi med langdistance-HVDC-transmissionslinjer, der kan transportere strøm med maksimal effektivitet og minimalt med strømtab.
HVDC-linjer er ved at blive "el-motorveje", der fremskynder fremtiden for vedvarende kraftproduktionssystemer på tre måder - sammenkobling af eksisterende kraftværker, udvikling af nye solkraftværker og integration af offshore vindenergiprojekter. Effekthalvledere, højspændingskabler og konvertere er blandt hovedkomponenterne i HVDC-teknologien, som bringer forskellige funktioner til det moderne jævnstrømstransmissionssystem.
Behovet for opførelse af nye kraftværker kan udsættes med implementeringen af HVDC-transmissionssystemer, da det forbinder forskellige elsystemer for at fungere mere effektivt. Det nye elsystem kan opnå større økonomiske og miljømæssige gevinster fra store vandkilder, der erstatter termiske produktionsanlæg i traditionelle elsystemer gennem HVDC-transmissionsledninger.
HVDC-transmission er blevet en super-motorvej til integration i stor skala af vedvarende energikilder for at tilbyde sammenkoblede net, som er pålidelige og fleksible nok til at imødegå udfordringerne i den nye vedvarende energiøkonomi. HVDC-transmissionsnet muliggør belastningsbalancering mellem HVDC-motorvejsveje og deling af linjer og omformerstationer i solprojekter og offshore vindkraftværker. Derved betragtes udrulning af HVDC-transmissionssystemer som en økonomisk bæredygtig måde at give redundans og pålidelighed i sådanne kraftnet.
Derudover tilbyder HVDC-transmissionssystemer også mulige løsninger på de eksisterende rettighedsudfordringer. Et HVDC-transmissionssystem, der er installeret overhead, kan vise sig at være mere pålideligt end en vekselstrømstransmissionslinje med dobbelt kredsløb. En HVDC-infrastruktur kan forbedre effektiviteten af forbigående elektricitet ved at bruge isolerede HVDC-kabler i underjordiske og undersøiske applikationer, hvilket kan fremskynde processer til tilladelsesret. Derudover kan HVDC-transmissionssystemer også installeres ved siden af eller på de eksisterende vekselstrømslinjer, hvilket reducerer behovet for ret til vejbrug.
VSC-teknologi (Voltage Supply Converters) i HVDC-transmissionssystemer
HVDC-transmissionssystemer anvender strømkilde, line-pendlede konvertere (LCC), som kræver reaktiv effekt fra seriekondensatorer, shuntbanker eller filtre for at fungere. Imidlertid undlader et konventionelt HVDC-transmissionssystem at tilbyde dynamisk spændingsstøtte til AC-netværket og styre systemspændingen under et acceptabelt interval inden for den ønskede tolerance. Derfor bruges spændingsforsyningsomformere i konventionelle HVDC-transmissionssystemer, ikke kun for at tilvejebringe dynamisk spændingsregulering til AC-nettet, men også for at kontrollere strømmen i systemet.
HVDC-transmissionssystemer baseret på VSC-teknologi kan tilbyde uafhængig kontrol af både aktiv og reaktiv effekt uden kommutationsfejl. Skiftet af IGBT-ventiler i VSC-baseret HVDC-transmission følger en pulsbreddemodulation (PWM), som gør det muligt for systemet at justere fasevinklen og amplituden på konverterens AC-udgangsspænding med konstant DC-spænding.
Derudover består VSC-baserede HVDC-transmissionssystemer af to uafhængige kontrol- og beskyttelsessystemer, der består af digitale signalprocessorer og mikrokontroller, og tilbyder redundans for at sikre høj pålidelighed. Sådanne funktioner tilskrives slutbrugernes tilbøjelighed til VSC-teknologi over LCC-teknologi i HVDC-transmissionssystemer.
VSC-baserede HVDC-systemer vokser i popularitet på HVDC-transmissionssystemmarkedet med over 55% af omsætningsandelen på markedet. VSC-baseret transmissionsteknologi er kommet i alderen for konventionelle HVDC-transmissionssystemer på trods af at det er en relativt dyrere mulighed for transmissioner med højere klassificering.
Førende virksomheder på markedet for HVDC-transmissionssystemer styrker vedtagelsen af VSC-teknologi for at forbedre pålideligheden af HVDC-transmission i projekter til vedvarende energi, der implementeres over hele verden. For eksempel annoncerede Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - en førende japansk producent af kraftgenereringssystemer - installationen af et VSC-baseret HVDC-transmissionsforbindelse, der forbinder det japanske fastland (Honshu) til den nordlige ø Hokkaido, i marts 2019. Virksomheden annoncerede, at dette er Japans første VSC-baserede HVDC-system, der til enhver tid sikrer 600 MW sammenkoblingskapacitet.
I april 2019 meddelte ABB-koncernen - et schweizisk-svensk multinationalt selskab, der opererer inden for kraft, tungt elektrisk udstyr og automatiseringsteknologisegmenter - at det har etableret et joint venture med Hitachi, Ltd. - et japansk multinationalt konglomeratfirma - om at levere VSC -baseret HVSC-transmissionssystem til Higashi-Shimizu-understation i Japan. Virksomheden meddelte, at de VSC-baserede HVDC-transmissionssystemer vil omfatte to VSC-konvertere (300.000 kW hver), og Hitachi vil konstruere systemet, som vil bestå af Hitachi-konverteringstransformatorer og en ABB HVDC-konverter med et kontrol- og beskyttelsessystem.
Fremskridt i Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktur fremtrædende for transmission af vedvarende energi
Udviklingen af et UHVDC-transmissionssystem er en af de seneste fremskridt inden for HVDC-transmissionsteknologien, som muliggør transmission af jævnstrømsspænding på mindst 800 kV; et konventionelt HVDC-transmissionssystem bruger generelt spændinger mellem 100 kV og 600 kV. Efterhånden som den nye globale energiøkonomi gradvis bevæger sig mod de kontinentale elnet, vil UHVDC-transmissionssystemer sandsynligvis få enorm betydning over hele verden.
Udviklede regioner er blandt de mest gunstige markeder for UHVDC-transmissionssystemer, da udviklede lande genererer store mængder vedvarende energi. Nordamerika og Europa er blandt de største markeder for HVDC-transmissionssystemer, da styrende organer i disse regioner investerer meget i at udvikle HVDC-infrastrukturer for at nå deres klimamål.
Det Forenede Kongerige er blandt de førende europæiske lande, der har implementeret HVDC-transmissionssystemer. Storbritannien deler HVDC-forbindelser med flere nabolande, herunder Norge, Irland, Frankrig og Holland. Derudover har USA styrket investeringerne i produktion af ren energi, og vedtagelsen af HVDC-transmission øges i et hurtigt tempo i landet. Det stadigt voksende interstate-netværk af elektricitetssupervejssystemer i USA gør Nordamerika til det største marked for HVDC-transmissionssystem med næsten en fjerdedel af det globale markeds omsætningsandel.
Imidlertid har et stigende antal nye økonomier vist lovende vækst i vedvarende energiproduktion med udviklingen af vandkraftværker og vindkraftprojekter. Udviklingslande er hjemsted for store sol- og vindenergiprojekter, og UHVDC-transmissionssystemer vedtages for at imødekomme det stadigt voksende energibehov i disse lande.
Kina blev et af de førende lande i verden, der først vedtog et UHVDC-transmissionssystem. I 2010 blev verdens første UHVDC-transmissionslinie bygget af ABB-gruppen mellem Shanghai og Xiangjiaba i Kina med en effekt på 6,4 GW og en samlet længde på omkring 1.907 km. I 2017 investerede landet over 400 milliarder yuan (57 milliarder dollars) til at udvikle mindst 21 nye UHVDC-transmissionsledninger i landet.
General Electric Company (GE) - et amerikansk multinationalt konglomerat - bestilte den første 1.500 MW-fase af det tofasede HVDC-transmissionstransmissionssystem i Chhattisgarh, Indien, i 2017. Power Grid Corporation of India Limited - et indisk statsejet elværktøj. firma - investerede over 6.300 crore INR i projektet. Power Ministry meddelte, at projektkapaciteten yderligere blev opgraderet til 6.000 MW med en investering på over 5.200 crore INR, i december 2018. GE meddelte, at dette var virksomhedens første UHVDC-projekt i Indien såvel som i verden, hvilket er en 1.287 km motorvej motorvej med sendeeffekt på op til 3.000 MW.
Med den stigende vedtagelse af UHVDC-transmissionssystemer i nye økonomier, såsom Kina og Indien, er Asien-Stillehavsområdet (undtagen Japan) ved at blive et marked med høj vækst for HVDC-transmissionssystemer. De fremtidige tendenser i sektoren for transmission og distribution af elektricitet (T&D) er stærkt påvirket af blandingen af vedvarende energikilder.
Stigende investeringer i T & D-sektoren vil styrke produktionen af vedvarende energi i de kommende år. Dette vil derfor udløse den globale vedtagelse af HVDC-transmissionssystemer som en fleksibel og økonomisk løsning til styring af nye energiproduktionsudfordringer og integration af vedvarende kilder i de kommende år.