Fördelar med högspänningslikströmsledningar jämfört med växelströmsledningar
Efter att ha blivit traditionella högspänningsledningar, arbetar de idag alltid med växelström. Men har du någonsin tänkt på fördelarna som en högspänningslikströmsledning kan ge jämfört med en växelströmsledning? Ja, vi pratar om högspänningslikströmsledningar (HVDC Power Transmission).
Naturligtvis, för bildandet av en högspänningslikströmsledning, i första hand, omvandlare, som skulle göra likström från växelström och växelström från likström. Sådana växelriktare och omvandlare är dyra, liksom reservdelar till dem, har överbelastningsbegränsningar, dessutom måste enheten vara unik utan överdrift för varje linje. Över korta avstånd gör effektförlusterna i omvandlarna en sådan transmissionsledning i allmänhet oekonomisk.
Men i vilka applikationer är det att föredra att använda det D.C.? Varför är hög växelspänning ibland inte tillräckligt effektiv? Slutligen, är högspänningslikströmsledningar redan i bruk? Vi ska försöka få svar på dessa frågor.
Du behöver inte gå långt för exempel. En elkabel som läggs på Östersjöns botten mellan två grannländer, Tyskland och Sverige, är 250 meter lång, och om strömmen vore växelström skulle det kapacitiva motståndet orsaka betydande förluster. Eller när man levererar el till avlägsna områden när det inte är möjligt att installera mellanliggande utrustning. Även här kommer högspänd likström att orsaka mindre förluster.
Vad händer om du behöver öka kapaciteten på en befintlig linje utan att lägga in ytterligare en? Och när det gäller att driva AC-distributionssystem som inte är synkroniserade med varandra?
Under tiden, för specifik effekt som överförs för likström, vid hög spänning, krävs ett mindre tvärsnitt av tråden, och tornen kan vara lägre. Till exempel ansluter den kanadensiska bipolen Nelson River Transmission Line distributionsnätet och det avlägsna kraftverket.
Växelströmsnät kan stabiliseras utan att risken för kortslutning ökar. Coronaurladdningar, som orsakar förluster i AC-ledningar på grund av ultrahöga spänningstoppar, är mycket mindre med DC, motsvarande mindre skadligt ozon frigörs. Återigen, minska kostnaderna för att bygga kraftledningar, till exempel behövs tre ledningar för tre faser och endast två för HVDC. Återigen är de maximala fördelarna med undervattenskablar inte bara mindre material, utan också mindre kapacitiva förluster.
Sedan 1997AAB installerar HVDC-ljusledningar med effekt upp till 1,2 GW vid spänningar upp till 500 kV. Således byggdes en 500 MW nominell kraftlänk mellan näten i Storbritannien och Irland.
Denna anslutning förbättrar säkerheten och tillförlitligheten för elförsörjningen mellan näten. En av kablarna i nätet löper från väst till öst och är 262 kilometer lång, med 71 % av kabeln på havsbotten.
Återigen, kom ihåg att om växelströmmen användes för att ladda kabelkapacitansen skulle det bli onödiga strömförluster, och eftersom strömmen appliceras konstant är förlusterna försumbara. Dessutom bör dielektriska AC-förluster inte heller försummas.
I allmänhet, med likström, kan mer effekt överföras genom samma tråd, eftersom spänningstopparna vid samma effekt, men med växelström, är högre, dessutom måste isoleringen vara tjockare, tvärsnittet är större, avståndet mellan ledarna är större, etc. Med tanke på alla dessa faktorer ger korridoren för likströmsöverföringsledningen en tätare överföring av elektrisk energi.
Permanenta högspänningsledningar skapas inte runt dem lågfrekvent växelmagnetfältsom är typiskt för AC-överföringsledningar. Vissa forskare talar om skadan av detta variabla magnetfält för människors hälsa, för växter, för djur. Likström skapar i sin tur endast en konstant (inte variabel) elektrisk fältgradient i utrymmet mellan ledaren och marken, och detta är säkert för människors, djurs och växters hälsa.
Stabiliteten hos AC-system underlättas av likström.På grund av den höga spänningen och likströmmen är det möjligt att överföra ström mellan AC-system som inte är synkroniserade med varandra. Detta förhindrar att kaskadskador sprids. Vid icke-kritiska fel flyttas energin helt enkelt in i eller ut ur systemet.
Detta ökar användningen av högspänningslikströmsnät ytterligare, vilket ger upphov till nya grunder.
Siemens omvandlarstation för en högspänningslikströmsledning (HVDC) mellan Frankrike och Spanien
Schematisk över en modern HVDC-linje
Energiflödet regleras av ett styrsystem eller omvandlingsstation. Flödet är inte relaterat till driftsättet för de system som är anslutna till ledningen.
Sammankopplingar på DC-ledningar har en godtyckligt liten överföringskapacitet jämfört med AC-ledningar, och problemet med svaga länkar elimineras. Själva ledningarna kan utformas med hänsyn till optimering av energiflöden.
Dessutom försvinner svårigheterna med att synkronisera flera olika styrsystem för driften av enskilda energisystem. Snabba nödkontroller ingår Likströms elektriska ledningar öka tillförlitligheten och stabiliteten hos det övergripande nätverket. Effektflödeskontroll kan minska svängningar i parallella linjer.
Dessa fördelar kommer att underlätta en snabbare användning av högspänningslikströmsinteraktion för att dela upp stora kraftsystem i flera delar som är synkroniserade med varandra.
Till exempel har flera regionala system byggts i Indien som är sammankopplade med högspänningslikströmsledningar.Det finns också en kedja av omvandlare som styrs av ett speciellt center.
Det är samma sak i Kina. 2010 byggde ABB i Kina världens första 800 kV ultrahögspänningslikström i Kina. 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC-linjen med en längd på 3400 km och en kapacitet på 12 GW färdigställdes 2018.
Från och med 2020 har minst tretton byggarbetsplatser färdigställts EHV DC-linjer i Kina. HVDC-linjer överför stora mängder ström över betydande avstånd, med flera strömleverantörer anslutna till varje linje.
Utvecklare av högspänningslikströmsledningar ger som regel inte allmänheten information om kostnaden för sina projekt, eftersom detta är en företagshemlighet. Men detaljerna i projekten gör sina egna justeringar, och priset varierar beroende på: ström, kabellängd, installationsmetod, markkostnad, etc.
Genom att ekonomiskt jämföra alla aspekter fattas ett beslut om genomförbarheten av att bygga en HVDC-linje. Till exempel krävde byggandet av en fyrlinjes transmissionsledning mellan Frankrike och England, med en kapacitet på 8 GW, tillsammans med arbete på land cirka en miljard pund.
Lista över betydande högspänningslikströmsprojekt (HVDC) från det förflutna
På 1880-talet det var ett så kallat strömkrig mellan DC-förespråkare som Thomas Edison och AC-förespråkare som Nikola Tesla och George Westinghouse. DC varade i 10 år, men den snabba utvecklingen av krafttransformatorer, nödvändiga för att öka spänningen och därmed begränsa förlusterna, ledde till spridningen av AC-nätverk. Det var först med utvecklingen av kraftelektronik som användningen av högspänningslikström blev möjlig.
HVDC-teknik dök upp på 1930-talet. Den har utvecklats av ASEA i Sverige och Tyskland. Den första HVDC-linjen byggdes i Sovjetunionen 1951 mellan Moskva och Kashira. Sedan, 1954, byggdes ytterligare en linje mellan Gotland och fastlandet.
Moskva – Kashira (USSR) — längd 112 km, spänning — 200 kV, effekt — 30 MW, byggår — 1951. Den anses vara världens första helt statiska elektroniska högspänningslikström, i drift. Linjen finns inte för närvarande.
Gotland 1 (Sverige) — längd 98 km, spänning — 200 kV, effekt — 20 MW, byggår — 1954. Världens första kommersiella HVDC-länk. Utvidgades av ABB 1970, avvecklades 1986.
Volgograd – Donbass (USSR) — längd 400 km, spänning — 800 kV, effekt — 750 MW, byggnadsår — 1965. Den första etappen av 800 kV DC-kraftledningen Volgograd — Donbass togs i bruk 1961, vilket uppmärksammades i pressen då som en mycket viktigt steg i den tekniska utvecklingen av sovjetisk elektroteknik. Linjen är för närvarande nedmonterad.
Provning av högspänningslikriktare för en likströmsledning i VEI-laboratoriet, 1961.
Linjediagram över högspänningslikström Volgograd — Donbass
Se: Fotografier av elektriska installationer och elektrisk utrustning i Sovjetunionen 1959-1962
HVDC mellan öarna i Nya Zeeland — längd 611 km, spänning — 270 kV, effekt — 600 MW, byggår — 1965. Sedan 1992, rekonstruerad АBB... Spänning 350 kV.
Sedan 1977hittills har alla HVDC-system byggts med solid-state-komponenter, i de flesta fall tyristorer, sedan slutet av 1990-talet IGBT-omvandlare har använts.
IGBT-växelriktare vid Siemens omvandlarstation för överföringsledningen för högspänningslikström (HVDC) mellan Frankrike och Spanien
Cahora Bassa (Moçambique - Sydafrika) — längd 1420 km, spänning 533 kV, effekt — 1920 MW, byggår 1979. Första HVDC med spänning över 500 kV. ABB reparation 2013-2014
Ekibastuz – Tambov (USSR) — längd 2414 km, spänning — 750 kV, effekt — 6000 MW. Projektet startade 1981. När det tas i drift kommer det att vara den längsta överföringsledningen i världen. Byggarbetsplatserna övergavs runt 1990 på grund av Sovjetunionens kollaps och linjen blev aldrig färdig.
Interconnexion France Angleterre (Frankrike – Storbritannien) — längd 72 km, spänning 270 kV, effekt — 2000 MW, byggår 1986.
Gezhouba – Shanghai (Kina) — 1046 km, 500 kV, effekt 1200 MW, 1989.
Rihand Delhi (Indien) — längd 814 km, spänning — 500 kV, effekt — 1500 MW, byggår — 1990.
Baltisk kabel (Tyskland - Sverige) — längd 252 km, spänning — 450 kV, effekt — 600 MW, byggår — 1994.
Tien Guan (Kina) — längd 960 km, spänning — 500 kV, effekt — 1800 MW, byggår — 2001.
Talcher Kolar (Indien) — längd 1450 km, spänning — 500 kV, effekt — 2500 MW, byggår — 2003.
Three Gorges – Changzhou (Kina) — längd 890 km, spänning — 500 kV, effekt — 3000 MW, byggår — 2003. År 2004 och 2006.Ytterligare två linjer byggdes från "Three Gorges" HVDC-vattenkraftverket till Huizhou och Shanghai för 940 och 1060 km.
Världens största vattenkraftverk, Three Gorges, är ansluten till Changzhou, Guangdong och Shanghai med högspänningslikströmsledningar
Xiangjiaba-Shanghai (Kina) — Linjen från Fulong till Fengxia. Längden är 1480 km, spänningen är 800 kV, effekten är 6400 MW, byggåret är 2010.
Yunnan – Guangdong (Kina) — längd 1418 km, spänning — 800 kV, effekt — 5000 MW, byggår — 2010.