Voordelen van hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijnen in vergelijking met wisselstroomlijnen

Ze zijn traditionele hoogspanningslijnen geworden en werken tegenwoordig steevast met wisselstroom. Maar heeft u wel eens nagedacht over de voordelen die een hoogspannings-DC-transmissielijn kan bieden ten opzichte van een AC-lijn? Ja, we hebben het over High Voltage Direct Current (HVDC Power Transmission) transmissielijnen.

Natuurlijk, voor de vorming van een hoogspanningsgelijkstroomlijn, in de eerste plaats omvormers, die gelijkstroom zou maken van wisselstroom en wisselstroom van gelijkstroom. Dergelijke omvormers en omvormers zijn duur, evenals reserveonderdelen ervoor, hebben overbelastingsbeperkingen, bovendien moet het apparaat voor elke lijn uniek zijn zonder overdrijving. Over korte afstanden maken de vermogensverliezen in de omvormers een dergelijke transmissielijn over het algemeen onrendabel.

Maar in welke toepassingen heeft het de voorkeur om het te gebruiken gelijkstroom? Waarom is hoge wisselspanning soms niet efficiënt genoeg? Tot slot, zijn er al hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijnen in gebruik? We zullen proberen antwoorden op deze vragen te krijgen.

Voor voorbeelden hoef je niet ver te zoeken. Een elektrische kabel die op de bodem van de Oostzee is gelegd tussen twee buurlanden, Duitsland en Zweden, is 250 meter lang en als de stroom wisselt, zou de capacitieve weerstand aanzienlijke verliezen veroorzaken. Of bij het leveren van elektriciteit aan afgelegen gebieden waar het niet mogelijk is om tussenapparatuur te installeren. Ook hier zal hoogspanningsgelijkstroom voor minder verlies zorgen.

Wat als u de capaciteit van een bestaande lijn moet vergroten zonder een extra lijn aan te leggen? En in het geval van het voeden van AC-distributiesystemen die niet met elkaar zijn gesynchroniseerd?

Ondertussen is voor specifiek uitgezonden vermogen voor gelijkstroom, bij hoogspanning, een kleinere doorsnede van de draad vereist en kunnen de torens lager zijn. De Canadese Bipole Nelson River Transmission Line verbindt bijvoorbeeld het distributienet en de afgelegen elektriciteitscentrale.

Wisselstroomnetten kunnen worden gestabiliseerd zonder het risico op kortsluiting te vergroten. Corona-ontladingen, die door ultrahoge spanningspieken verliezen in AC-leidingen veroorzaken, zijn bij DC veel minder en er komt navenant minder schadelijke ozon vrij. Nogmaals, het verlagen van de kosten van het aanleggen van hoogspanningslijnen, er zijn bijvoorbeeld drie draden nodig voor drie fasen en slechts twee voor HVDC. Nogmaals, de maximale voordelen van onderzeese kabels zijn niet alleen minder materiële, maar ook minder capacitieve verliezen.

Sinds 1997AAB installeert HVDC Lichtlijnen met een vermogen tot 1,2 GW bij spanningen tot 500 kV. Zo werd een vermogensverbinding van 500 MW nominaal aangelegd tussen de netten van Groot-Brittannië en Ierland.

Deze verbinding verbetert de veiligheid en betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening tussen netwerken. Een van de kabels in het netwerk loopt van west naar oost en is 262 kilometer lang, waarvan 71% op de zeebodem ligt.

Nogmaals, onthoud dat als de wisselstroom zou worden gebruikt om de kabelcapaciteit op te laden, er onnodige vermogensverliezen zouden zijn, en aangezien de stroom constant wordt toegepast, zijn de verliezen te verwaarlozen. Bovendien mogen ook diëlektrische verliezen bij wisselstroom niet worden verwaarloosd.

Over het algemeen kan er bij gelijkstroom meer vermogen via dezelfde draad worden overgedragen, omdat de spanningspieken bij hetzelfde vermogen, maar bij wisselstroom hoger zijn, daarnaast moet de isolatie dikker zijn, de doorsnede groter, de de afstand tussen de geleiders is groter, enz. Rekening houdend met al deze factoren, zorgt de gang van de gelijkstroomtransmissielijn voor een dichtere transmissie van elektrische energie.

Er worden geen permanente hoogspanningslijnen omheen aangelegd laagfrequent wisselend magnetisch veldzoals typerend is voor AC-transmissielijnen. Sommige wetenschappers praten over de schade van dit variabele magnetische veld aan de menselijke gezondheid, aan planten, aan dieren. Gelijkstroom creëert op zijn beurt alleen een constante (niet variabele) elektrische veldgradiënt in de ruimte tussen de geleider en de grond, en dit is veilig voor de gezondheid van mensen, dieren en planten.

De stabiliteit van AC-systemen wordt vergemakkelijkt door gelijkstroom.Door de hoge spanning en gelijkstroom is het mogelijk om vermogen over te dragen tussen AC-systemen die niet met elkaar gesynchroniseerd zijn. Dit voorkomt dat trapsgewijze schade zich verspreidt. In het geval van niet-kritieke storingen wordt energie eenvoudig in of uit het systeem verplaatst.

Dit stimuleert de acceptatie van hoogspannings-DC-netten verder, waardoor nieuwe fundamenten ontstaan.

Siemens convertorstation voor een hoogspanningsgelijkstroom (HVDC) transmissielijn tussen Frankrijk en Spanje

Schema van een moderne HVDC-lijn

De energiestroom wordt geregeld door een besturingssysteem of conversiestation. De stroom is niet gerelateerd aan de werkingsmodus van de systemen die op de lijn zijn aangesloten.

Interconnecties op DC-lijnen hebben een willekeurig kleine transmissiecapaciteit in vergelijking met AC-lijnen en het probleem van zwakke schakels is geëlimineerd. De lijnen zelf kunnen worden ontworpen rekening houdend met de optimalisatie van energiestromen.

Bovendien verdwijnen de moeilijkheden bij het synchroniseren van verschillende regelsystemen voor de werking van individuele energiesystemen. Inclusief snelle noodcontrollers Gelijkstroom elektrische draden het vergroten van de betrouwbaarheid en stabiliteit van het totale netwerk. Power flow control kan oscillaties in parallelle lijnen verminderen.

Deze voordelen zullen de snellere acceptatie van hoogspanningsgelijkstroominteractie vergemakkelijken om grote energiesystemen op te splitsen in verschillende delen die met elkaar zijn gesynchroniseerd.

Zo zijn er in India meerdere regionale systemen gebouwd die met elkaar zijn verbonden door hoogspanningsgelijkstroomlijnen.Er is ook een keten van converters die wordt bestuurd door een speciaal centrum.

In China is het hetzelfde. In 2010 bouwde ABB in China 's werelds eerste 800 kV ultrahoogspanningsgelijkstroom in China.De 1100 kV Zhongdong - Wannan UHV DC-lijn met een lengte van 3400 km en een capaciteit van 12 GW werd in 2018 voltooid.

Sinds 2020 zijn er ten minste dertien bouwplaatsen opgeleverd EHV-gelijkstroomlijnen in China. HVDC-lijnen verzenden grote hoeveelheden stroom over aanzienlijke afstanden, waarbij meerdere stroomleveranciers op elke lijn zijn aangesloten.

In de regel verstrekken ontwikkelaars van hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijnen het grote publiek geen informatie over de kosten van hun projecten, aangezien dit een handelsgeheim is. De details van de projecten maken echter hun eigen aanpassingen en de prijs varieert afhankelijk van: vermogen, kabellengte, installatiemethode, landkosten, enz.

Door alle aspecten economisch te vergelijken, wordt een beslissing genomen over de haalbaarheid van de aanleg van een HVDC-lijn. Zo vergde de aanleg van een vierlijns transmissielijn tussen Frankrijk en Engeland, met een capaciteit van 8 GW, samen met werkzaamheden op het land, ongeveer een miljard pond.

Lijst met belangrijke High Voltage Direct Current (HVDC)-projecten uit het verleden

In de jaren 1880 er was een zogenaamde oorlog van stromingen tussen DC-voorstanders zoals Thomas Edison en AC-voorstanders zoals Nikola Tesla en George Westinghouse. DC duurde 10 jaar, maar de snelle ontwikkeling van stroomtransformatoren, nodig om de spanning te verhogen en zo verliezen te beperken, leidde tot de wildgroei van AC-netwerken. Pas met de ontwikkeling van vermogenselektronica werd het gebruik van hoogspanningsgelijkstroom mogelijk.

HVDC-technologie verscheen in de jaren dertig. Het is ontwikkeld door ASEA in Zweden en Duitsland. De eerste HVDC-lijn werd gebouwd in de Sovjet-Unie in 1951 tussen Moskou en Kashira. Vervolgens werd in 1954 een andere lijn aangelegd tussen het eiland Gotland en het vasteland van Zweden.

Moskou — Kashira (USSR) — lengte 112 km, spanning — 200 kV, vermogen — 30 MW, bouwjaar — 1951. Het wordt beschouwd als de eerste volledig statische elektronische hoogspanningsgelijkstroom ter wereld die in gebruik is genomen. De lijn bestaat momenteel niet.

Gotland 1 (Zweden) — lengte 98 km, spanning — 200 kV, vermogen — 20 MW, bouwjaar — 1954. 's Werelds eerste commerciële HVDC-verbinding. Uitgebreid door ABB in 1970, buiten gebruik gesteld in 1986.

Volgograd — Donbass (USSR) — lengte 400 km, spanning — 800 kV, vermogen — 750 MW, bouwjaar — 1965. De eerste fase van de 800 kV gelijkstroomlijn Volgograd — Donbass werd in 1961 in gebruik genomen, wat destijds in de pers werd opgemerkt als een zeer belangrijke fase in de technische ontwikkeling van de Sovjet-elektrotechniek. De lijn wordt momenteel ontmanteld.

Testen van hoogspanningsgelijkrichters voor een gelijkstroomlijn in het VEI-laboratorium, 1961.

Lijndiagram van hoogspanningsgelijkstroom Volgograd - Donbass

Kijk: Foto's van elektrische installaties en elektrische apparatuur in de USSR 1959-1962

HVDC tussen de eilanden van Nieuw-Zeeland — lengte 611 km, spanning — 270 kV, vermogen — 600 MW, bouwjaar — 1965. Sinds 1992 gereconstrueerd АBB… Spanning 350 kV.

Sinds 1977tot nu toe zijn alle HVDC-systemen gebouwd met behulp van solid-state componenten, in de meeste gevallen thyristors, sinds eind jaren negentig worden IGBT-converters gebruikt.

IGBT-omvormers bij het Siemens-omvormerstation voor de hoogspanningsgelijkstroom (HVDC)-transmissielijn tussen Frankrijk en Spanje

Cahora Bassa (Mozambique - Zuid-Afrika) — lengte 1420 km, spanning 533 kV, vermogen — 1920 MW, bouwjaar 1979. Eerste HVDC met spanning van meer dan 500 kV. ABB reparatie 2013-2014

Ekibastuz — Tambov (USSR) — lengte 2414 km, spanning — 750 kV, vermogen — 6000 MW. Het project begon in 1981. Als het in gebruik wordt genomen, zal het de langste transmissielijn ter wereld zijn. De bouwplaatsen werden rond 1990 verlaten vanwege de ineenstorting van de Sovjet-Unie en de lijn werd nooit voltooid.

Interconnexion Frankrijk Angleterre (Frankrijk — Groot-Brittannië) — lengte 72 km, spanning 270 kV, vermogen — 2000 MW, bouwjaar 1986.

Gezhouba — Sjanghai (China) - 1046 km, 500 kV, vermogen 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (India) — lengte 814 km, spanning — 500 kV, vermogen — 1500 MW, bouwjaar — 1990.

Baltische kabel (Duitsland - Zweden) — lengte 252 km, spanning — 450 kV, vermogen — 600 MW, bouwjaar — 1994.

Tien Guan (China) — lengte 960 km, spanning — 500 kV, vermogen — 1800 MW, bouwjaar — 2001.

Talcher Kolar (India) — lengte 1450 km, spanning — 500 kV, vermogen — 2500 MW, bouwjaar — 2003.

Drie Kloven — Changzhou (China) — lengte 890 km, spanning — 500 kV, vermogen — 3000 MW, bouwjaar — 2003. In 2004 en 2006.Er werden nog 2 lijnen aangelegd van de "Three Gorges" HVDC-waterkrachtcentrale naar Huizhou en Shanghai voor 940 en 1060 km.

's Werelds grootste waterkrachtcentrale, de Three Gorges, is verbonden met Changzhou, Guangdong en Shanghai door hoogspanningsgelijkstroomlijnen

Xiangjiaba-Shanghai (China) — de lijn van Fulong naar Fengxia. De lengte is 1480 km, de spanning is 800 kV, het vermogen is 6400 MW, het bouwjaar is 2010.

Yunnan — Guangdong (China) — lengte 1418 km, spanning — 800 kV, vermogen — 5000 MW, bouwjaar — 2010.