- HVDC prenos: elektrická diaľnica do novej éry obnoviteľných zdrojov energie
- Technológia meničov napájacieho napätia (VSC) v prenosových systémoch HVDC
- Pokroky v infraštruktúre Ultra HVDC (UHVDC) pre prenos obnoviteľnej energie
Potreba efektívneho a flexibilného systému prenosu elektrickej energie sa v dnešných priemyselných ekonomikách neustále cítila. Existuje veľa možností pre tvorcov politík a komerčné subjekty, pričom prenosové systémy vysokého napätia jednosmerného prúdu (HVDC) sa javia ako uskutočniteľný mechanizmus energetického manažmentu.
Vývoj technológie HVDC predznamenáva zásadné zmeny v spôsobe prenosu elektriny na veľké vzdialenosti, pretože ponúka mnohonásobné výhody oproti prenosovým systémom na striedavý prúd (AC). Prenosové systémy HVDC ponúkajú výhody z hľadiska nižších emisií a úspory nákladov, keď sú nasadené nad hlavou na veľké vzdialenosti a pod zemou alebo pod vodou na krátke vzdialenosti.
Poskytovaním maximálnej prechodovej účinnosti a nižších energetických strát bez ohľadu na vzdialenosť, ktorú elektrická energia prekonáva, vytvárajú prenosové systémy HVDC značný potenciál pre prenos energie na veľké vzdialenosti, napríklad na ostrovy alebo dokonca na kontinenty. Pokrok v technológiách HVDC otvára cestu pre obnoviteľné elektrické systémy, čo znamená pozitívne vyhliadky do budúcnosti na trhu s prenosovými sústavami HVDC, ktorého hodnota v roku 2018 bola takmer 7,4 miliárd USD.
HVDC prenos: elektrická diaľnica do novej éry obnoviteľných zdrojov energie
Prenosové systémy HVDC sa stávajú základom, na ktorom sa vyvíja a implementuje nový energetický systém založený na obnoviteľných zdrojoch. Systémy obnoviteľnej energie, ako sú solárne a veterné elektrárne, sú často veľmi nestabilné a nachádzajú sa v odľahlých oblastiach. Neustále sa rozvíjajúca technológia HVDC získava miesto v novej energetickej ekonomike vďaka diaľkovým prenosovým vedeniam HVDC, ktoré dokážu prenášať energiu s maximálnou účinnosťou a minimálnymi stratami.
Vedenia HVDC sa stávajú „elektrickými diaľnicami“, ktoré urýchľujú budúcnosť systémov výroby energie z obnoviteľných zdrojov tromi spôsobmi - prepojením existujúcich elektrární, vývojom nových solárnych elektrární a integráciou projektov veternej energie na mori. Výkonové polovodiče, vysokonapäťové káble a prevodníky patria medzi kľúčové komponenty technológie HVDC, ktoré modernému jednosmernému prenosovému systému prinášajú odlišné vlastnosti.
Potreby budovania nových elektrární možno odložiť zavedením prenosových systémov HVDC, pretože vzájomne prepájajú rôzne energetické systémy, aby fungovali efektívnejšie. Nový energetický systém môže dosiahnuť väčšie ekonomické a environmentálne zisky pochádzajúce z veľkých vodných zdrojov, ktoré nahrádzajú systémy na výrobu tepla v tradičných energetických systémoch prostredníctvom prenosových vedení HVDC.
Prenos HVDC sa stal energetickou diaľnicou pre rozsiahlu integráciu obnoviteľných zdrojov energie a ponúkol vzájomne prepojené siete, ktoré sú dostatočne spoľahlivé a flexibilné na riešenie výziev nového hospodárstva v oblasti obnoviteľnej energie. Prenosové siete HVDC umožňujú vyrovnávanie zaťaženia medzi diaľnicami HVDC a zdieľanie vedení a prevádzok v solárnych projektoch a veterných elektrárňach na mori. Nasadenie prenosových systémov HVDC sa tak považuje za ekonomicky životaschopný spôsob poskytovania redundancie a spoľahlivosti v týchto energetických sieťach.
Prenosové systémy HVDC navyše ponúkajú uskutočniteľné riešenia existujúcich výziev prednostnej cesty. Jeden HVDC prenosový systém nasadený nad hlavou sa môže ukázať ako spoľahlivejší ako dvojkruhový AC prenosový kábel. Infraštruktúra HVDC môže zlepšiť prechodovú účinnosť elektrickej energie použitím izolovaných káblov HVDC v podzemných a podmorských aplikáciách, čo môže urýchliť procesy povoľovania prednosti v ceste. Okrem toho môžu byť prenosové systémy HVDC inštalované aj v susedstve alebo na existujúcich sieťach AC, čím sa znižuje potreba pozemkov využívajúcich prednosť v jazde.
Technológia meničov napájacieho napätia (VSC) v prenosových systémoch HVDC
Prenosové systémy HVDC využívajú prúdové, lineárne komutátory (LCC), ktoré na svoju činnosť potrebujú jalový výkon sériových kondenzátorov, bočných bánk alebo filtrov. Bežný prenosový systém HVDC však nedokáže ponúknuť dynamickú podporu napätia pre sieť AC a riadiť napätie systému v prijateľnom rozsahu v rámci požadovanej tolerancie. V dôsledku toho sa prevodníky napájacieho napätia používajú v konvenčných prenosových systémoch HVDC nielen na zabezpečenie dynamickej regulácie napätia v sieti AC, ale aj na riadenie toku energie v systéme.
Prenosové systémy HVDC založené na technológii VSC môžu ponúkať nezávislé riadenie aktívneho aj jalového výkonu bez porúch komutácie. Prepínanie ventilov IGBT vo vysielaní HVDC založenom na VSC sa riadi pulznou šírkovou moduláciou (PWM), ktorá umožňuje systému upravovať fázový uhol a amplitúdu výstupného striedavého výstupného napätia meniča s konštantným jednosmerným napätím.
Okrem toho sa prenosové systémy HVDC založené na VSC skladajú z dvoch nezávislých riadiacich a ochranných systémov, ktoré pozostávajú z procesorov digitálneho signálu a mikrokontrolérov a ktoré poskytujú redundanciu na zabezpečenie vysokej spoľahlivosti. Takéto vlastnosti sa pripisujú príklonu koncových používateľov k technológii VSC nad technológiou LCC v prenosových systémoch HVDC.
Na trhu s prenosovými systémami HVDC si popularita systémov HVDC založených na VSC rastie a dosahuje viac ako 55% podielu na výnosoch z trhu. Prenosová technológia založená na VSC dospela k konvenčným prenosovým systémom HVDC, napriek tomu, že je relatívne nákladnou voľbou pre prenosové aplikácie s vyšším hodnotením.
Popredné spoločnosti na trhu s prenosovými sústavami HVDC posilňujú prijatie technológie VSC s cieľom zvýšiť spoľahlivosť prenosu HVDC v projektoch obnoviteľnej energie realizovaných na celom svete. Napríklad spoločnosť Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - popredný japonský výrobca systémov na výrobu energie - oznámila v marci 2019 inštaláciu prenosového spojenia HVDC založeného na VSC, ktoré spája japonskú pevninu (Honšú) so severným ostrovom Hokkaido. oznámila, že ide o prvý japonský systém HVDC založený na VSC, ktorý neustále zaisťuje kapacitu prepojenia 600 MW.
V apríli 2019 skupina ABB - švajčiarsko-švédska nadnárodná spoločnosť pôsobiaca v segmentoch energetiky, ťažkých elektrických zariadení a automatizačnej techniky - oznámila, že založila spoločný podnik so spoločnosťou Hitachi, Ltd. - japonskou nadnárodnou konglomerátnou spoločnosťou - na dodávku VSC - prenosový systém HVSC na báze pre rozvodňu Higashi-Shimizu v Japonsku. Spoločnosť oznámila, že prenosové systémy HVDC založené na VSC budú obsahovať dva konvertory VSC (každý s výkonom 300 000 kW) a spoločnosť Hitachi skonštruuje systém, ktorý bude pozostávať z transformátorov transformátora Hitachi a prevodníka ABV HVDC s riadiacim a ochranným systémom.
Pokroky v infraštruktúre Ultra HVDC (UHVDC) pre prenos obnoviteľnej energie
Vývoj prenosového systému UHVDC je jedným z najnovších pokrokov v prenosovej technológii HVDC, ktorá umožňuje prenos jednosmerného napätia najmenej 800 kV; konvenčný prenosový systém HVDC všeobecne používa napätie medzi 100 kV a 600 kV. Keď sa nové globálne energetické hospodárstvo postupne posúva k energetickým sieťam v kontinentálnom meradle, je pravdepodobné, že prenosové systémy UHVDC získajú po celom svete nesmierny význam.
Rozvinuté regióny patria medzi najpriaznivejšie trhy pre prenosové sústavy UHVDC, pretože rozvinuté krajiny vyrábajú veľké množstvo obnoviteľnej energie. Severná Amerika a Európa patria medzi najväčšie trhy s prenosovými sústavami HVDC, pretože riadiace orgány v týchto regiónoch investujú značné prostriedky do rozvoja infraštruktúry HVDC s cieľom splniť svoje klimatické ciele.
Spojené kráľovstvo patrí medzi popredné európske krajiny, ktoré zaviedli prenosové systémy HVDC. Spojené kráľovstvo zdieľa spojenia HVDC s niekoľkými susednými krajinami, vrátane Nórska, Írska, Francúzska a Holandska. Okrem toho USA zvyšujú investície do výroby čistej energie a prijatie prenosu HVDC v krajine rastie rýchlym tempom. Stále sa rozširujúca medzištátna sieť elektrických diaľničných systémov v USA robí zo Severnej Ameriky najväčší trh s prenosovou sústavou HVDC s takmer štvrtinovým podielom na výnosoch z globálneho trhu.
Zvyšujúci sa počet rozvíjajúcich sa ekonomík však ukazuje sľubný rast výroby energie z obnoviteľných zdrojov s rozvojom vodných elektrární a veterných elektrární. Rozvojové krajiny sú domovom rozsiahlych projektov v oblasti solárnej a veternej energie a na uspokojenie neustále rastúceho dopytu po energii v týchto krajinách sa prijímajú prenosové systémy UHVDC.
Čína sa stala jednou z popredných krajín na svete, ktorá ako prvá použila prenosový systém UHVDC. V roku 2010 postavila skupina ABB medzi čínskym Šanghajom a Xiangjiabou prvé prenosové vedenie UHVDC na svete s výkonom 6,4 GW a celkovou dĺžkou okolo 1907 km. Do roku 2017 krajina investovala viac ako 400 miliárd juanov (57 miliárd USD) do rozvoja najmenej 21 nových prenosových vedení UHVDC v krajine.
Spoločnosť General Electric Company (GE) - americký nadnárodný konglomerát - uviedla do prevádzky v roku 2017 prvú fázu prenosu elektrickej energie s dvojfázovým prúdom HVDC s výkonom 1 500 MW v indickom Chhattisgarhu v Indii. The Power Grid Corporation of India Limited - indický štátny elektrický podnik spoločnosť - investovala do projektu viac ako 6 300 miliárd INR. Ministerstvo energetiky oznámilo, že kapacita projektu sa v decembri 2018 ďalej zvýšila na 6 000 MW s investíciou viac ako 5 200 crore INR. Spoločnosť GE oznámila, že sa jedná o prvý UHVDC projekt spoločnosti v Indii aj na svete, čo je 1 287 km energetická diaľnica s vysielacím výkonom až 3 000 MW.
S rastúcim prijatím prenosových systémov UHVDC v rozvíjajúcich sa ekonomikách, ako sú Čína a India, sa ázijsko-tichomorský región (s výnimkou Japonska) stáva rýchlo rastúcim trhom pre prenosové systémy HVDC. Budúce trendy v sektore prenosu a distribúcie elektriny (T&D) sú vysoko ovplyvnené kombináciou obnoviteľných zdrojov energie.
Zvyšujúce sa investície do sektoru T&D podporia výrobu obnoviteľnej energie v nadchádzajúcich rokoch. To následne spôsobí globálne prijatie prenosových systémov HVDC ako flexibilného a ekonomického riešenia riadenia nových výziev v oblasti výroby energie a integrácie obnoviteľných zdrojov v nadchádzajúcich rokoch.