Будущее за передачей электроэнергии с использованием постоянного тока? Мировой архипелаг и его сеть
Сегодня большинство высоковольтных линий электропередач основаны на переменном токе. Однако развитие новых источников энергии, солнечных и ветровых электростанций, расположенных вдали от населенных пунктов и промышленных потребителей, требует сетей передачи иногда даже континентального масштаба. И здесь, как оказалось, HVDC лучше, чем HVAC.
линия высокого напряжения постоянного тока (сокращение от High Voltage Direct Current) имеют лучшую способность переносить большое количество энергии, чем HVAC (сокращение от High Voltage Alternate Current), для длинные дистанции. Возможно, более важным аргументом является более низкая стоимость такого решения на больших расстояниях. Это означает, что он очень полезен для обеспечение электроэнергией на большие расстояния от местоположений возобновляемых источников энергии, которые соединяют острова с материком и даже потенциально даже разные континенты друг с другом.
линия ОВКВ требуют строительства огромных башен и тяговых линий. Это часто вызывает протесты местных жителей. HVDC может быть проложен на любое большое расстояние под землей, без риска больших потерь энергиикак в случае со скрытыми сетями переменного тока. Это немного более дорогое решение, но это способ избежать многих проблем, с которыми сталкиваются сети передачи. Конечно, для передачи с округ Колумбия существующие и социально приемлемые линии электропередачи с высокими опорами могут быть адаптированы. Это означает, что вы можете посылать больше энергии по тем же линиям.
Есть много проблем с передачей энергии с использованием переменного тока, которые хорошо известны энергетикам. К ним относятся, в том числе генерация электромагнитных полейв результате линии находятся высоко над землей и разнесены друг от друга. Существуют также тепловые потери в почве и водной среде и многие другие трудности, с которыми со временем научились справляться, но которые по-прежнему ложатся бременем на экономику энергетики. В сетях переменного тока требуется много инженерных компромиссов, но использование переменного тока, безусловно, экономически выгодно для передачи электричество на большие расстоянияпоэтому в большинстве ситуаций это не неразрешимые проблемы. Однако это не означает, что вы не можете использовать лучшее решение.
Будет ли глобальная энергетическая сеть?
В 1954 году компания АББ построила затонувшую линию электропередачи высокого напряжения постоянного тока протяженностью 96 км между материковой частью Швеции и островом (1). Как устроена тяга, позволяет получить вдвое большее напряжение чем дело переменный ток. Подземные и подводные линии на постоянном токе не теряют своей эффективности передачи по сравнению с надземными линиями. Постоянный ток не создает электромагнитного поля, которое воздействовало бы на другие проводники, землю или воду. Толщина проводников может быть любой, так как постоянный ток не стремится течь по поверхности проводника. Постоянный ток не имеет частоты, поэтому проще соединить две сети разной частоты и преобразовать их обратно в переменный ток.
однако постоянный ток у него все еще есть два ограничения, которые мешали ему захватить мир, по крайней мере, до недавнего времени. Во-первых, преобразователи напряжения были намного дороже, чем простые физические преобразователи переменного тока. Однако стоимость трансформаторов постоянного тока (2) быстро падает. На снижение затрат также влияет тот факт, что увеличивается количество устройств, использующих постоянный ток на стороне энергоцелевых приемников.
2. Трансформатор постоянного тока Сименс
Вторая проблема в том, что высоковольтные автоматические выключатели постоянного тока (предохранители) были неэффективны. Автоматические выключатели — это компоненты, которые защищают электрические системы от перегрузки. Механические автоматические выключатели постоянного тока они были слишком медленными. С другой стороны, хотя электронные переключатели достаточно быстры, их срабатывание до сих пор было связано с большими, достигающими 30 процентов. потеря мощности. Это было трудно преодолеть, но недавно это удалось сделать с помощью нового поколения гибридных автоматических выключателей.
Если верить последним сообщениям, мы находимся на пути к преодолению технических проблем, которые обременяли решения HVDC. Так что пора переходить к несомненным преимуществам. Анализы показывают, что на определенном расстоянии, после пересечения т.н.точка равновесия» (ок. 600-800 км), альтернатива в виде ВНПТ, хотя ее первоначальные затраты выше, чем пусковые затраты на установки переменного тока, всегда приводит к снижению общих затрат на передающие сети. Расстояние до точки безубыточности для подводных кабелей намного короче (обычно около 50 км), чем для воздушных линий (3).
3. Сравните инвестиции и затраты на передачу энергии между HVAC и HVDC.
Терминал постоянного тока они всегда будут дороже, чем клеммы переменного тока, просто потому, что они должны иметь компоненты для преобразования постоянного напряжения, а также для преобразования постоянного тока в переменный. Но преобразование постоянного напряжения и автоматические выключатели дешевле. Этот счет становится все более и более прибыльным.
В настоящее время потери при передаче в современных сетях составляют от 7%. до 15 процентов для наземной передачи на основе переменного тока. В случае передачи постоянного тока они намного ниже и остаются низкими, даже когда кабели проложены под водой или под землей.
Таким образом, HVDC имеет смысл для более длинных участков земли. Еще одно место, где это сработает, — население, разбросанное по островам. Индонезия является хорошим примером. Население составляет 261 миллион человек, проживающих примерно на шести тысячах островов. Многие из этих островов в настоящее время зависят от нефти и дизельного топлива. Аналогичная проблема стоит перед Японией, насчитывающей 6 852 острова, 430 из которых населены.
Япония рассматривает возможность строительства двух крупных линий электропередач высокого напряжения постоянного тока с материковой Азией.что позволит освободиться от необходимости самостоятельно генерировать и управлять всей своей электроэнергией в ограниченном географическом районе со значительными трудностями рельефа. Подобным образом устроены такие страны, как Великобритания, Дания и многие другие.
Традиционно Китай мыслит масштабами, превосходящими масштабы других стран. Компания, управляющая государственными электрическими сетями страны, выступила с идеей построить глобальную сеть постоянного тока высокого напряжения, которая к 2050 году соединит все ветряные и солнечные электростанции в мире. Такое решение плюс приемы интеллектуальных сетей, динамически распределяющие и распределяющие мощность от мест, где она вырабатывается в большом количестве, до мест, где она необходима в данный момент, могли бы позволить прочитать «Юного техника» под светом лампа питается от энергии, вырабатываемой ветряными мельницами, расположенными где-то в южной части Тихого океана. Ведь весь мир — это своего рода архипелаг.
