Чи майбутнє за передачею електроенергії з використанням постійного струму? Світовий архіпелаг та його мережа
Сьогодні більшість високовольтних ліній електропередач засновані на змінному струмі. Проте розвиток нових джерел енергії, сонячних та вітрових електростанцій, розташованих далеко від населених пунктів та промислових споживачів, потребує мереж передачі іноді навіть континентального масштабу. І тут, як виявилося, HVDC краще, ніж HVAC.
лінія високої напруги постійного струму (скорочення від High Voltage Direct Current) мають кращу здатність переносити велику кількість енергії, ніж HVAC (скорочення від High Voltage Alternate Current), довгі дистанції. Можливо, найважливішим аргументом є нижча вартість такого рішення на великих відстанях. Це означає, що він дуже корисний для забезпечення електроенергією на великі відстані від розташування відновлюваних джерел енергії, які з'єднують острови з материком і навіть потенційно навіть різні континенти один з одним.
лінія ОВКВ вимагають будівництва величезних веж та тягових ліній. Це часто спричиняє протести місцевих жителів. HVDC може бути прокладений на будь-яку велику відстань під землею, без ризику великих втрат енергіїяк у випадку із прихованими мережами змінного струму. Це трохи дорожче рішення, але це спосіб уникнути багатьох проблем, із якими стикаються мережі передачі. Звичайно, для передачі з округ Колумбія існуючі та соціально прийнятні лінії електропередачі з високими опорами можуть бути адаптовані. Це означає, що ви можете надсилати більше енергії по тих же лініях.
Є багато проблем із передачею енергії з використанням змінного струму, які добре відомі енергетикам. До них належать, у тому числі генерація електромагнітних полівв результаті лінії знаходяться високо над землею та рознесені один від одного. Існують також теплові втрати у ґрунті та водному середовищі та багато інших труднощів, з якими згодом навчилися справлятися, але які, як і раніше, лягають тягарем на економіку енергетики. У мережах змінного струму потрібно багато інженерних компромісів, але використання змінного струму, безумовно, економічно вигідне передачі електрика на великі відстанітому у більшості ситуацій це не вирішені проблеми. Однак це не означає, що ви не можете використовувати найкраще рішення.
Чи буде глобальна енергетична мережа?
У 1954 році компанія АББ побудувала затонулу лінію електропередач високої напруги постійного струму протяжністю 96 км між материковою частиною Швеції та островом (1). Як влаштована тяга, дозволяє отримати вдвічі більшу напругу чим справа змінний струм. Підземні та підводні лінії на постійному струмі не втрачають своєї ефективності передачі порівняно з надземними лініями. Постійний струм не створює електромагнітного поля, яке б впливало на інші провідники, землю або воду. Товщина провідників може бути будь-якою, оскільки постійний струм не прагне текти поверхнею провідника. Постійний струм не має частоти, тому простіше з'єднати дві мережі різної частоти і перетворити їх назад на змінний струм.
проте постійний струм у нього все ще є два обмеження, які заважали йому захопити світ принаймні до недавнього часу. По-перше, перетворювачі напруги були набагато дорожчими, ніж прості фізичні перетворювачі змінного струму. Однак вартість трансформаторів постійного струму швидко падає. На зниження витрат також впливає той факт, що збільшується кількість пристроїв, які використовують постійний струм за енергоцільовими приймачами.
2. Трансформатор постійного струму Сіменс
Друга проблема в тому, що високовольтні автоматичні вимикачі постійного струму (запобіжники) були неефективними. Автоматичні вимикачі – це компоненти, що захищають електричні системи від навантаження. Механічні автоматичні вимикачі постійного струму вони були надто повільними. З іншого боку, хоча електронні перемикачі досить швидкі, їхнє спрацювання досі було пов'язане з великими, що досягають 30 відсотків. втрата потужності. Це було важко подолати, але нещодавно вдалося зробити за допомогою нового покоління гібридних автоматичних вимикачів.
Якщо вірити останнім повідомленням, ми перебуваємо на шляху до подолання технічних проблем, які обтяжували рішення HVDC. Так що настав час переходити до безперечних переваг. Аналізи показують, що на певній відстані після перетину т.зв.точка рівноваги»(бл. 600-800 км), альтернатива у вигляді ВНПТ, хоча її початкові витрати вищі, ніж пускові витрати на установки змінного струму, завжди призводить до зниження загальних витрат на мережі, що передають. Відстань до точки беззбитковості для підводних кабелів набагато коротше (зазвичай близько 50 км), ніж повітряних ліній (3).
3. Порівняйте інвестиції та витрати на передачу енергії між HVAC та HVDC.
Термінал постійного струму вони завжди будуть дорожчими, ніж клеми змінного струму, просто тому, що вони повинні мати компоненти для перетворення постійної напруги, а також для перетворення постійного струму в змінний. Але перетворення постійної напруги та автоматичні вимикачі дешевші. Цей рахунок стає дедалі більш прибутковим.
Нині втрати під час передачі у сучасних мережах становлять від 7%. до 15 відсотків для наземної передачі з урахуванням змінного струму. У разі передачі постійного струму вони набагато нижчі та залишаються низькими, навіть коли кабелі прокладені під водою або під землею.
Таким чином, HVDC має сенс для довших ділянок землі. Ще одне місце, де це спрацює, — населення, розкидане островами. Індонезія є добрим прикладом. Населення становить 261 мільйон осіб, які проживають приблизно на шести тисячах островів. Багато з цих островів нині залежать від нафти та дизельного палива. Аналогічна проблема стоїть перед Японією, що налічує 6 острови, 852 з яких населені.
Японія розглядає можливість будівництва двох великих ліній електропередач високої напруги постійного струму з Азією.що дозволить звільнитися від необхідності самостійно генерувати та керувати всією своєю електроенергією в обмеженому географічному районі зі значними труднощами рельєфу. Подібним чином улаштовані такі країни, як Великобританія, Данія та багато інших.
Традиційно Китай мислить масштабами, що перевершують масштаби інших країн. Компанія, що управляє державними електричними мережами країни, виступила з ідеєю побудувати глобальну мережу постійного струму високої напруги, яка до 2050 року з'єднає всі вітрові та сонячні електростанції у світі. Таке рішення плюс прийоми інтелектуальних мереж, що динамічно розподіляють і розподіляють потужність від місць, де вона виробляється у великій кількості, до місць, де вона необхідна в даний момент, могли б дозволити прочитати «Юного техніка» під світлом лампа живиться від енергії, що виробляється вітряками , розташовані десь у південній частині Тихого океану. Адже весь світ – це свого роду архіпелаг.
