- Přenos HVDC: Elektrická dálnice do nové éry obnovitelných zdrojů
- Technologie převodníků napětí (VSC) v přenosových systémech HVDC
- Pokroky v infrastruktuře Ultra HVDC (UHVDC) pro přenos obnovitelné energie
Potřeba efektivního a flexibilního systému přenosu elektřiny byla v dnešních průmyslových ekonomikách důsledně pociťována. Tvůrcům politiky a komerčním subjektům je k dispozici řada možností, přičemž přenosové systémy vysokého napětí stejnosměrného proudu (HVDC) se stávají možným mechanismem energetického managementu.
Vývoj technologie HVDC ohlašuje zásadní změnu ve způsobu přenosu elektřiny na velké vzdálenosti, protože oproti přenosovým systémům se střídavým proudem (AC) nabízí mnohonásobné výhody. Přenosové systémy HVDC nabízejí výhody, pokud jde o nižší emise a úsporu nákladů, pokud jsou nasazeny nad hlavou na dlouhé vzdálenosti a pod zemí nebo pod vodou na krátké vzdálenosti.
Díky nabídce maximální přechodové účinnosti a nižších ztrát energie bez ohledu na vzdálenost, kterou elektřina urazí, vytvářejí přenosové systémy HVDC značný potenciál pro přenos energie na velké vzdálenosti, například na ostrovy nebo dokonce na kontinenty. Pokrok v technologiích HVDC připravuje cestu pro systémy obnovitelné energie, což znamená pozitivní budoucí vyhlídky na trhu přenosových soustav HVDC, jejichž hodnota v roce 2018 činila téměř 7,4 miliardy USD.
Přenos HVDC: Elektrická dálnice do nové éry obnovitelných zdrojů
Přenosové systémy HVDC se stávají základem, na kterém se vyvíjí a zavádí nový energetický systém založený na obnovitelných zdrojích. Systémy obnovitelné energie, jako jsou solární a větrné elektrárny, jsou často velmi nestálé a nacházejí se v odlehlých oblastech. Stále se rozvíjející technologie HVDC získává v nové energetické ekonomice místo s dálkovými přenosovými vedeními HVDC, která mohou přepravovat energii s maximální účinností a minimálními ztrátami energie.
Vedení HVDC se stávají „elektrickými dálnicemi“, které urychlují budoucnost systémů výroby energie z obnovitelných zdrojů třemi způsoby - propojením stávajících elektráren, vývojem nových solárních elektráren a integrací projektů větrné energie na moři. Výkonové polovodiče, kabely vysokého napětí a převodníky patří mezi klíčové komponenty technologie HVDC, které přinášejí modernímu přenosovému systému stejnosměrného proudu odlišné vlastnosti.
Potřeby budování nových elektráren lze odložit zavedením přenosových systémů HVDC, protože propojuje různé energetické systémy, aby fungovaly efektivněji. Nový energetický systém může dosáhnout větších ekonomických a environmentálních zisků pocházejících z velkých vodních zdrojů, které nahrazují systémy výroby tepla v tradičních energetických systémech prostřednictvím přenosových vedení HVDC.
Přenos HVDC se stal energetickou dálnicí pro rozsáhlou integraci obnovitelných zdrojů energie a nabízí vzájemně propojené sítě, které jsou dostatečně spolehlivé a flexibilní, aby mohly reagovat na výzvy nové ekonomiky s obnovitelnými zdroji energie. Přenosové sítě HVDC umožňují vyrovnávání zátěže mezi vysokonapěťovými dálnicemi HVDC a sdílení vedení a konvertorů v solárních projektech a větrných elektrárnách na moři. Nasazení přenosových systémů HVDC se tak považuje za ekonomicky životaschopný způsob zajištění redundance a spolehlivosti v těchto energetických sítích.
Přenosové systémy HVDC navíc nabízejí proveditelná řešení stávajících výzev přednosti v jízdě. Jeden přenosový systém HVDC nasazený nad hlavou se může ukázat jako spolehlivější než dvoukruhové střídavé přenosové vedení. Infrastruktura HVDC může zlepšit přechodovou účinnost elektřiny použitím izolovaných kabelů HVDC v podzemních a podmořských aplikacích, což může urychlit procesy povolení přednosti v jízdě. Kromě toho mohou být přenosové systémy HVDC instalovány také vedle stávajících vedení střídavého proudu nebo na nich, což snižuje potřebu využití půdy v přednosti v jízdě.
Technologie převodníků napětí (VSC) v přenosových systémech HVDC
Přenosové systémy HVDC používají proudové převodníky (LCC), které k provozu vyžadují jalový výkon ze sériových kondenzátorů, zkratovacích bank nebo filtrů. Konvenční přenosový systém HVDC však nenabízí dynamickou podporu napětí pro síť střídavého proudu a nekontroluje napětí systému v přijatelném rozsahu v rámci požadované tolerance. Následně se převodníky napájecího napětí používají v konvenčních přenosových systémech HVDC, a to nejen k zajištění dynamické regulace napětí do střídavé sítě, ale také k řízení toku energie v systému.
Přenosové systémy HVDC založené na technologii VSC mohou nabídnout nezávislé řízení činného i jalového výkonu bez poruch komutace. Přepínání ventilů IGBT v přenosu HVDC založeném na VSC sleduje pulzní šířkovou modulaci (PWM), která umožňuje systému upravit fázový úhel a amplitudu výstupního střídavého výstupního napětí převodníku s konstantním stejnosměrným napětím.
Přenosové systémy HVDC založené na VSC se navíc skládají ze dvou nezávislých řídicích a ochranných systémů, které se skládají z procesorů digitálních signálů a mikrokontrolérů a nabízejí redundanci zajišťující vysokou spolehlivost. Tyto funkce se připisují příklonu koncových uživatelů k technologii VSC nad technologií LCC v přenosových systémech HVDC.
Systémy HVDC založené na VSC rostou na popularitě na trhu přenosových systémů HVDC s více než 55% podílem na výnosech na trhu. Přenosová technologie založená na VSC dospěla ke konvenčním přenosovým systémům HVDC, přestože je relativně nákladnější volbou pro přenosové aplikace s vyšším hodnocením.
Přední společnosti na trhu s přenosovými systémy HVDC podporují přijetí technologie VSC s cílem zvýšit spolehlivost přenosu HVDC v projektech obnovitelné energie realizovaných po celém světě. Například společnost Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - přední japonský výrobce systémů na výrobu energie - oznámila v březnu 2019 instalaci přenosového vedení HVDC založeného na VSC spojující japonskou pevninu (Honšú) se severním ostrovem Hokkaido. oznámila, že se jedná o první japonský HVDC systém založený na VSC, který neustále zajišťuje kapacitu propojení 600 MW.
V dubnu 2019 skupina ABB - švýcarsko-švédská nadnárodní společnost působící v segmentech energetiky, těžkého elektrického vybavení a automatizační techniky - oznámila, že založila společný podnik se společností Hitachi, Ltd. - japonskou nadnárodní konglomerátní společností - dodávající VSC přenosový systém HVSC na bázi pro rozvodnu Higashi-Shimizu v Japonsku. Společnost oznámila, že přenosové systémy HVDC založené na VSC budou zahrnovat dva měniče VSC (každý s výkonem 300 000 kW) a společnost Hitachi postaví systém, který bude zahrnovat transformátory transformátoru Hitachi a převodník ABV HVDC s řídicím a ochranným systémem.
Pokroky v infrastruktuře Ultra HVDC (UHVDC) pro přenos obnovitelné energie
Vývoj přenosového systému UHVDC je jedním z nejnovějších pokroků v přenosové technologii HVDC, která umožňuje přenos stejnosměrného napětí nejméně 800 kV; konvenční přenosový systém HVDC obecně používá napětí mezi 100 kV až 600 kV. Jak se nová globální energetická ekonomika postupně posouvá směrem k energetickým sítím v kontinentálním měřítku, přenosové systémy UHVDC pravděpodobně získají po celém světě nesmírný význam.
Rozvinuté regiony patří mezi nejpříznivější trhy pro přenosové soustavy UHVDC, protože vyspělé země vyrábějí velké množství obnovitelné energie. Severní Amerika a Evropa patří mezi největší trhy přenosových soustav HVDC, protože řídící orgány v těchto regionech investují značné prostředky do rozvoje infrastruktury HVDC za účelem splnění svých cílů v oblasti klimatu.
Spojené království patří mezi přední evropské země, které zavedly přenosové systémy HVDC. Spojené království sdílí HVDC spojení s několika sousedními zeměmi, včetně Norska, Irska, Francie a Holandska. USA navíc podporují investice do výroby čisté energie a přijetí přenosu HVDC v zemi rychle roste. Stále se rozšiřující mezistátní síť elektrických dálničních systémů v USA činí ze Severní Ameriky největší trh pro přenosovou soustavu HVDC s téměř čtvrtinovým podílem na výnosech na globálním trhu.
Rostoucí počet rozvíjejících se ekonomik však s rozvojem vodních elektráren a větrných elektráren ukazuje slibný růst výroby obnovitelné energie. Rozvojové země jsou domovem rozsáhlých projektů solární a větrné energie a přenosové systémy UHVDC jsou přijímány, aby uspokojily stále rostoucí poptávku po energii v těchto zemích.
Čína se stala jednou z předních zemí na světě, která jako první zavedla přenosový systém UHVDC. V roce 2010 postavila skupina ABB mezi čínskými Šanghajem a Xiangjiabou v Číně první přenosové vedení UHVDC s výkonem 6,4 GW a celkovou délkou kolem 1907 km. Do roku 2017 země investovala přes 400 miliard juanů (57 miliard USD) do rozvoje nejméně 21 nových přenosových vedení UHVDC v zemi.
General Electric Company (GE) - americký nadnárodní konglomerát - zprovoznil v roce 2017 první 1 500 MW fázi dvoufázového systému přenosu energie HVDC v indickém Chhattisgarhu. The Power Grid Corporation of India Limited - indický státní elektrický podnik společnost - investovala do projektu více než 6300 milionů rupií INR. Ministerstvo energetiky oznámilo, že kapacita projektu byla v prosinci 2018 dále zvýšena na 6 000 MW s investicí přes 5 200 milionů rupií INR. Společnost GE oznámila, že se jedná o první projekt UHVDC společnosti v Indii i na světě, což je 1 287 km energetické dálnice s vysílacím výkonem až 3 000 MW.
S rostoucím přijímáním přenosových systémů UHVDC v rozvíjejících se ekonomikách, jako je Čína a Indie, se asijsko-tichomořský region (s výjimkou Japonska) stává rychle rostoucím trhem pro přenosové systémy HVDC. Budoucí trendy v odvětví přenosu a distribuce elektřiny (T&D) jsou silně ovlivněny kombinací obnovitelných zdrojů energie.
Zvyšující se investice v odvětví T&D posílí výrobu obnovitelné energie v nadcházejících letech. To následně spustí globální přijetí přenosových systémů HVDC jako flexibilního a ekonomického řešení pro zvládání nových výzev v oblasti výroby energie a integraci obnovitelných zdrojů v nadcházejících letech.