Kõrgepinge alalisvoolu ülekandeliinide eelised võrreldes vahelduvvooluliinidega
Olles saanud traditsioonilisteks kõrgepingeliinideks, töötavad need tänapäeval alati vahelduvvoolu abil. Kuid kas olete kunagi mõelnud eelistele, mida kõrgepinge alalisvoolu ülekandeliin võib vahelduvvooluliiniga võrreldes anda? Jah, me räägime kõrgepinge alalisvoolu (HVDC Power Transmission) ülekandeliinidest.
Muidugi, kõrgepinge alalisvooluliini moodustamiseks kõigepealt muundurid, mis teeks alalisvoolu vahelduvvoolust ja vahelduvvoolu alalisvoolust. Sellised inverterid ja muundurid on kallid, samuti nende varuosad, neil on ülekoormuspiirangud, lisaks peab iga liini puhul seade olema liialdamata unikaalne. Lühikestel vahemaadel muudavad muundurite võimsuskaod sellise ülekandeliini üldiselt ebaökonoomseks.
Kuid millistes rakendustes on parem seda kasutada D.C.? Miks ei ole kõrge vahelduvpinge mõnikord piisavalt tõhus? Lõpuks, kas kõrgepinge alalisvoolu ülekandeliine on juba kasutusel? Püüame neile küsimustele vastuseid saada.
Näidete saamiseks ei pea kaugele minema. Kahe naaberriigi, Saksamaa ja Rootsi vahel Läänemere põhja pandud elektrikaabel on 250 meetrit pikk ja kui vool oleks vahelduv, siis mahtuvuslik takistus tekitaks olulisi kadusid. Või kaugemate piirkondade elektriga varustamisel, kui vaheseadmeid pole võimalik paigaldada. Ka siin põhjustab kõrgepinge alalisvool väiksemat kadu.
Mida teha, kui teil on vaja suurendada olemasoleva liini läbilaskevõimet ilma täiendavat paigaldamata? Ja vahelduvvoolu jaotussüsteemide toiteks, mis pole omavahel sünkroniseeritud?
Samal ajal on kõrgepingel alalisvoolu edastatava erivõimsuse jaoks vaja väiksemat traadi ristlõiget ja tornid võivad olla madalamad. Näiteks Kanada Bipole Nelsoni jõe ülekandeliin ühendab jaotusvõrgu ja kaugelektrijaama.
Vahelduvvoolu elektrivõrke saab stabiliseerida ilma lühiste riski suurendamata. Koroonalahendusi, mis põhjustavad ülikõrgete pingetippude tõttu vahelduvvooluliinides kadusid, on alalisvoolu korral palju vähem, vastavalt eraldub vähem kahjulikku osooni. Jällegi elektriliinide ehitamise kulude vähendamine, näiteks kolme faasi jaoks on vaja kolme ja HVDC jaoks ainult kahte. Merekaablite maksimaalne kasu ei ole mitte ainult vähem materjali, vaid ka väiksemad mahtuvuskadud.
Alates 1997. aastastAAB paigaldab HVDC Light liine võimsusega kuni 1,2 GW pingega kuni 500 kV. Nii ehitati Suurbritannia ja Iirimaa võrkude vahele 500 MW nimivõimsusega ühendus.
See ühendus parandab võrkudevahelise elektrivarustuse kindlust ja töökindlust. Läänest itta kulgev üks võrgu kaablitest on 262 kilomeetrit pikk, 71% kaablist asub merepõhjas.
Jällegi pidage meeles, et kui kaabli mahtuvuse laadimiseks kasutataks vahelduvvoolu, tekiks tarbetuid voolukadusid ja kuna voolu rakendatakse pidevalt, on kaod tühised. Lisaks ei tohiks tähelepanuta jätta ka vahelduvvoolu dielektrilisi kadusid.
Üldjuhul saab alalisvooluga sama juhtme kaudu üle kanda rohkem võimsust, kuna sama võimsuse, kuid vahelduvvoolu korral on pinge tipud kõrgemad, lisaks peab isolatsioon olema paksem, ristlõige suurem , juhtmete vaheline kaugus on suurem jne. Kõiki neid tegureid arvestades tagab alalisvoolu ülekandeliini koridor tihedama elektrienergia ülekande.
Püsivad kõrgepingeliine nende ümber ei teki madala sagedusega vahelduv magnetvälinagu vahelduvvoolu ülekandeliinidele omane. Mõned teadlased räägivad selle muutuva magnetvälja kahjust inimeste tervisele, taimedele ja loomadele. Alalisvool tekitab omakorda ainult konstantse (mitte muutuva) elektrivälja gradiendi juhtme ja maapinna vahelises ruumis ning see on inimeste, loomade ja taimede tervisele ohutu.
Vahelduvvoolusüsteemide stabiilsust soodustab alalisvool.Kõrgepinge ja alalisvoolu tõttu on võimalik voolu üle kanda vahelduvvoolusüsteemide vahel, mis ei ole omavahel sünkroniseeritud. See hoiab ära kaskaadkahjustuste leviku. Mittekriitiliste rikete korral viiakse energia lihtsalt süsteemi sisse või sealt välja.
See suurendab veelgi kõrgepinge alalisvooluvõrkude kasutuselevõttu, luues uued alused.
Siemensi muundurjaam kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) ülekandeliini jaoks Prantsusmaa ja Hispaania vahel
Kaasaegse HVDC liini skeem
Energiavoogu reguleerib juhtimissüsteem või muundusjaam. Vooluvool ei ole seotud liiniga ühendatud süsteemide töörežiimiga.
Ühendused alalisvooluliinidel on vahelduvvooluliinidega võrreldes meelevaldselt väikese ülekandevõimsusega ning nõrkade ühenduste probleem on kõrvaldatud. Liinid ise saab projekteerida, võttes arvesse energiavoogude optimeerimist.
Lisaks kaovad raskused mitme erineva juhtimissüsteemi sünkroniseerimisel üksikute energiasüsteemide toimimiseks. Kaasas kiired avariikontrollerid Alalisvoolu elektrijuhtmed suurendades kogu võrgu töökindlust ja stabiilsust. Võimsuse voolu reguleerimine võib vähendada paralleelsete liinide võnkumisi.
Need eelised hõlbustavad kõrgepinge alalisvoolu interaktsiooni kiiremat kasutuselevõttu, et jagada suured elektrisüsteemid mitmeks üksteisega sünkroniseeritud osaks.
Näiteks on Indias ehitatud mitmeid piirkondlikke süsteeme, mis on omavahel ühendatud kõrgepinge alalisvooluliinidega.Samuti on olemas muundurite kett, mida juhib spetsiaalne keskus.
Hiinas on samamoodi. 2010. aastal ehitas ABB Hiinas Hiinas maailma esimese 800 kV ülikõrgepinge alalisvoolu 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV alalisvooluliin pikkusega 3400 km ja võimsusega 12 GW valmis 2018. aastal.
2020. aasta seisuga on valminud vähemalt kolmteist ehitusplatsi.EHV alalisvooluliinid Hiinas. HVDC liinid edastavad suurel hulgal võimsust märkimisväärsete vahemaade tagant, kusjuures iga liiniga on ühendatud mitu toiteallikat.
Kõrgepinge alalisvooluliinide arendajad reeglina laiemale avalikkusele infot oma projektide maksumuse kohta ei anna, kuna see on ärisaladus. Projektide spetsiifika teeb aga omad korrektiivid ning hind varieerub sõltuvalt: võimsusest, kaabli pikkusest, paigaldusviisist, maa maksumusest jne.
Kõiki aspekte majanduslikult võrreldes otsustatakse HVDC liini rajamise otstarbekus. Näiteks Prantsusmaa ja Inglismaa vahelise 8 GW võimsusega neljaliinilise ülekandeliini ehitamine koos maismaatöödega nõudis umbes miljard naela.
Oluliste kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) projektide loend minevikust
1880. aastatel toimus nn hoovuste sõda DC pooldajate nagu Thomas Edison ja AC pooldajate nagu Nikola Tesla ja George Westinghouse vahel. DC kestis 10 aastat, kuid pinge tõstmiseks ja seeläbi kadude piiramiseks vajalike jõutrafode kiire areng tõi kaasa vahelduvvooluvõrkude leviku. Alles jõuelektroonika arenguga sai võimalikuks kõrgepinge alalisvoolu kasutamine.
HVDC tehnoloogia ilmus 1930. aastatel. Selle töötas välja ASEA Rootsis ja Saksamaal. Esimene HVDC liin ehitati Nõukogude Liidus 1951. aastal Moskva ja Kashira vahele. Seejärel ehitati 1954. aastal veel üks liin Gotlandi saare ja Mandri-Rootsi vahele.
Moskva – Kashira (NSVL) — pikkus 112 km, pinge — 200 kV, võimsus — 30 MW, ehitusaasta — 1951. Seda peetakse maailmas esimeseks täisstaatiliseks elektrooniliseks kõrgepinge alalisvooluks, mis on kasutusele võetud. Liin ei ole praegu olemas.
Gotland 1 (Rootsi) — pikkus 98 km, pinge — 200 kV, võimsus — 20 MW, ehitusaasta — 1954. Maailma esimene kaubanduslik HVDC lüli. ABB laiendas seda 1970. aastal, dekomisjoneeriti 1986. aastal.
Volgograd – Donbass (NSVL) — pikkus 400 km, pinge — 800 kV, võimsus — 750 MW, ehitusaasta — 1965. 800 kV alalisvooluliini Volgograd — Donbass esimene etapp võeti kasutusele 1961. aastal, mida tolleaegses ajakirjanduses märgiti kui a. väga oluline etapp nõukogude elektrotehnika tehnilises arengus. Praegu on liin demonteeritud.
Alalisvooluliini kõrgepingelaaldi katsetamine VEI laboris, 1961. a.
Kõrgepinge alalisvoolu joondiagramm Volgograd – Donbass
Vaata: Fotod elektripaigaldistest ja elektriseadmetest NSV Liidus 1959-1962
HVDC Uus-Meremaa saarte vahel — pikkus 611 km, pinge — 270 kV, võimsus — 600 MW, ehitusaasta — 1965. Alates 1992. aastast rekonstrueeritud АBB… Pinge 350 kV.
Alates 1977. aastastsiiani on kõik HVDC süsteemid ehitatud kasutades pooljuhtkomponente, enamasti türistoreid, alates 1990. aastate lõpust on kasutatud IGBT muundureid.
IGBT inverterid Siemensi muundurjaamas kõrgepinge alalisvoolu (HVDC) ülekandeliini jaoks Prantsusmaa ja Hispaania vahel
Cahora Bassa (Mosambiik – Lõuna-Aafrika Vabariik) — pikkus 1420 km, pinge 533 kV, võimsus — 1920 MW, ehitusaasta 1979. Esimene HVDC pingega üle 500 kV. ABB remont 2013-2014
Ekibastuz – Tambov (NSVL) — pikkus 2414 km, pinge — 750 kV, võimsus — 6000 MW. Projekt sai alguse 1981. Kui see kasutusele võetakse, on see maailma pikim ülekandeliin. Ehitusplatsid jäeti maha 1990. aasta paiku Nõukogude Liidu lagunemise tõttu ja liin ei saanud kunagi valmis.
Interconnexion France Angleterre (Prantsusmaa – Suurbritannia) — pikkus 72 km, pinge 270 kV, võimsus — 2000 MW, ehitusaasta 1986.
Gezhouba – Shanghai (Hiina) — 1046 km, 500 kV, võimsus 1200 MW, 1989. a.
Rihand Delhi (India) — pikkus 814 km, pinge — 500 kV, võimsus — 1500 MW, ehitusaasta — 1990. a.
Balti kaabel (Saksamaa - Rootsi) — pikkus 252 km, pinge — 450 kV, võimsus — 600 MW, ehitusaasta — 1994. a.
Tien Guan (Hiina) — pikkus 960 km, pinge — 500 kV, võimsus — 1800 MW, ehitusaasta — 2001.
Talcher Kolar (India) — pikkus 1450 km, pinge — 500 kV, võimsus — 2500 MW, ehitusaasta — 2003.
Kolm kuru – Changzhou (Hiina) — pikkus 890 km, pinge — 500 kV, võimsus — 3000 MW, ehitusaasta — 2003. 2004. ja 2006. a."Three Gorges" HVDC hüdroelektrijaamast Huizhousse ja Shanghaisse ehitati veel 2 liini 940 ja 1060 km pikkuseks.
Maailma suurim hüdroelektrijaam Three Gorges on kõrgepinge alalisvooluliinide kaudu ühendatud Changzhou, Guangdongi ja Shanghaiga
Xiangjiaba-Shanghai (Hiina) — liin Fulongist Fengxiasse. Pikkus 1480 km, pinge 800 kV, võimsus 6400 MW, ehitusaasta 2010.
Yunnan – Guangdong (Hiina) — pikkus 1418 km, pinge — 800 kV, võimsus — 5000 MW, ehitusaasta — 2010.