Yüksek gerilim doğru akım iletim hatlarının alternatif akım hatlarına göre avantajları

Geleneksel yüksek gerilim iletim hatları haline gelen bu hatlar, günümüzde değişmez bir şekilde alternatif akım kullanarak çalışmaktadır. Ancak, yüksek voltajlı bir DC iletim hattının bir AC hattına kıyasla sağlayabileceği avantajları hiç düşündünüz mü? Evet, Yüksek Gerilim Doğru Akım (HVDC Güç İletim) iletim hatlarından bahsediyoruz.

Tabii bir yüksek gerilim doğru akım hattının oluşturulması için öncelikle, dönüştürücüler, alternatif akımdan doğru akım ve doğru akımdan alternatif akım yapacaktır. Bu tür invertörler ve dönüştürücüler pahalıdır ve yedek parçaları aşırı yük sınırlamalarına sahiptir, ayrıca her hat için cihaz abartmadan benzersiz olmalıdır. Kısa mesafelerde dönüştürücülerdeki güç kayıpları, böyle bir iletim hattını genellikle ekonomik olmaktan çıkarır.

Ancak hangi uygulamalarda kullanılması tercih edilir? DC? Neden yüksek AC voltajı bazen yeterince verimli değil? Son olarak, yüksek gerilim doğru akım iletim hatları halihazırda kullanımda mı? Bu sorulara cevap bulmaya çalışacağız.

Örnekler için uzağa gitmenize gerek yok. İki komşu ülke olan Almanya ve İsveç arasında Baltık Denizi'nin dibine döşenen bir elektrik kablosu 250 metre uzunluğundadır ve akım değişken olsaydı kapasitif direnç önemli kayıplara neden olurdu. Veya ara ekipman kurulumunun mümkün olmadığı uzak bölgelere elektrik sağlarken. Burada da yüksek voltajlı doğru akım daha az kayba neden olacaktır.

Ya mevcut bir hattın kapasitesini ilave bir hat koymadan artırmanız gerekirse? Ve birbiriyle senkronize olmayan AC dağıtım sistemlerine güç verilmesi durumunda?

Bu arada, yüksek voltajda doğru akım için iletilen belirli güç için daha küçük bir tel kesiti gerekir ve kuleler daha alçak olabilir. Örneğin, Kanada Bipole Nelson Nehri İletim Hattı, dağıtım şebekesini ve uzaktaki elektrik santralini birbirine bağlar.

AC güç şebekeleri, kısa devre riskini artırmadan stabilize edilebilir. AC hatlarda aşırı yüksek gerilim pikleri nedeniyle kayıplara neden olan korona deşarjları, DC ile çok daha az olmakta, buna bağlı olarak daha az zararlı ozon açığa çıkmaktadır. Yine elektrik hatları inşa etme maliyetinin düşürülmesi, örneğin üç faz için üç kablo ve HVDC için yalnızca iki kablo gerekir. Bir kez daha, denizaltı kablolarının maksimum faydaları sadece daha az malzeme değil, aynı zamanda daha az kapasitif kayıplardır.

1997'den beriAAB, 500 kV'a kadar voltajlarda 1,2 GW'a kadar güce sahip HVDC Hafif hatlar kurar. Böylece Büyük Britanya ve İrlanda şebekeleri arasında 500 MW'lık bir nominal güç bağlantısı kuruldu.

Bu bağlantı, ağlar arasındaki elektrik arzının güvenliğini ve güvenilirliğini artırır. Batıdan doğuya uzanan ağdaki kablolardan biri 262 kilometre uzunluğunda ve kablonun %71'i deniz tabanında.

Bir kez daha, kablo kapasitansını yeniden doldurmak için AC akımı kullanılırsa, gereksiz güç kayıplarının olacağını ve akım sürekli uygulandığı için kayıpların ihmal edilebilir düzeyde olduğunu unutmayın. Ayrıca AC dielektrik kayıpları da ihmal edilmemelidir.

Genel olarak, doğru akımla, aynı kablo üzerinden daha fazla güç iletilebilir, çünkü aynı güçte, ancak alternatif akımda voltaj tepe noktaları daha yüksektir, ayrıca yalıtım daha kalın olmalı, kesit daha büyük olmalıdır. iletkenler arasındaki mesafe daha fazladır vb. Tüm bu faktörler göz önüne alındığında doğru akım iletim hattının koridoru daha yoğun bir elektrik enerjisi iletimi sağlar.

Çevrelerinde kalıcı yüksek gerilim hatları oluşmaz düşük frekanslı alternatif manyetik alanAC iletim hatlarında olduğu gibi. Bazı bilim adamları bu değişken manyetik alanın insan sağlığına, bitkilere, hayvanlara zararlarından bahsetmektedir. Doğru akım ise, iletken ile toprak arasındaki boşlukta yalnızca sabit (değişken olmayan) bir elektrik alan gradyanı oluşturur ve bu, insanların, hayvanların ve bitkilerin sağlığı için güvenlidir.

AC sistemlerinin kararlılığı doğru akım ile kolaylaştırılır.Yüksek voltaj ve doğru akım nedeniyle, birbiriyle senkronize olmayan AC sistemler arasında güç aktarımı mümkündür. Bu, basamaklı hasarın yayılmasını önler. Kritik olmayan arızalarda, enerji basitçe sistemin içine veya dışına taşınır.

Bu, yeni temellere yol açan yüksek voltajlı DC şebekelerinin benimsenmesini daha da artırır.

Fransa ve İspanya arasındaki yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) iletim hattı için Siemens dönüştürücü istasyonu

Modern bir HVDC hattının şeması

Enerji akışı bir kontrol sistemi veya dönüşüm istasyonu tarafından düzenlenir. Akış, hatta bağlı sistemlerin çalışma şekli ile ilgili değildir.

DC hatları üzerindeki arabağlantılar, AC hatlarına kıyasla keyfi olarak küçük bir iletim kapasitesine sahiptir ve zayıf bağlantı sorunu ortadan kalkar. Hatların kendileri, enerji akışlarının optimizasyonu dikkate alınarak tasarlanabilir.

Ayrıca, bireysel enerji sistemlerinin çalışması için birkaç farklı kontrol sistemini senkronize etmenin zorlukları ortadan kalkar. Hızlı acil durum denetleyicileri dahildir Doğru akım elektrik telleri genel ağın güvenilirliğini ve kararlılığını artırmak. Güç akışı kontrolü, paralel hatlardaki salınımları azaltabilir.

Bu avantajlar, büyük güç sistemlerini birbiriyle senkronize olan birkaç parçaya bölmek için yüksek voltajlı doğru akım etkileşiminin daha hızlı benimsenmesini kolaylaştıracaktır.

Örneğin, Hindistan'da yüksek voltajlı doğru akım hatları ile birbirine bağlanan birkaç bölgesel sistem inşa edilmiştir.Ayrıca özel bir merkez tarafından kontrol edilen bir dönüştürücüler zinciri de vardır.

Çin'de de aynısı var. ABB, 2010 yılında Çin'de dünyanın ilk 800 kV ultra yüksek voltajlı doğru akımını Çin'de inşa etti.3400 km uzunluğunda ve 12 GW kapasiteli 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC hattı 2018 yılında tamamlandı.

2020 itibariyle, Çin'de en az on üç şantiye tamamlandı EHV DC hatları. HVDC hatları, her bir hatta bağlı birden fazla güç tedarikçisi ile önemli mesafeler boyunca büyük miktarlarda güç iletir.

Kural olarak, yüksek voltajlı doğru akım iletim hatlarının geliştiricileri, ticari bir sır olduğundan, projelerinin maliyeti hakkında kamuoyuna bilgi vermezler. Bununla birlikte, projelerin özellikleri kendi ayarlamalarını yapar ve fiyat şunlara bağlı olarak değişir: güç, kablo uzunluğu, kurulum yöntemi, arazi maliyeti vb.

Tüm yönleri ekonomik olarak karşılaştırarak, bir HVDC hattı inşa etmenin fizibilitesine ilişkin bir karar verilir. Örneğin, Fransa ile İngiltere arasında 8 GW kapasiteli dört hatlı bir iletim hattının inşası, karadaki çalışmalarla birlikte yaklaşık bir milyar sterlin gerektirdi.

Geçmişten önemli Yüksek Gerilim Doğru Akım (HVDC) projelerinin listesi

1880'lerde sözde bir akımlar savaşı vardı Thomas Edison gibi DC savunucuları ile Nikola Tesla ve George Westinghouse gibi AC savunucuları arasında. DC 10 yıl sürdü, ancak voltajı artırmak ve dolayısıyla kayıpları sınırlamak için gerekli olan güç transformatörlerinin hızlı gelişimi, AC şebekelerinin çoğalmasına neden oldu. Yüksek voltajlı doğru akımın kullanılması ancak güç elektroniğinin gelişmesiyle mümkün oldu.

HVDC teknolojisi 1930'larda ortaya çıktı. İsveç ve Almanya'da ASEA tarafından geliştirilmiştir. İlk HVDC hattı, 1951'de Sovyetler Birliği'nde Moskova ve Kashira arasında inşa edildi. Daha sonra, 1954'te Gotland adası ile anakara İsveç arasında başka bir hat inşa edildi.

Moskova - Kaşira (SSCB) — uzunluk 112 km, gerilim — 200 kV, güç — 30 MW, yapım yılı — 1951. Dünyanın ilk tam statik elektronik yüksek gerilim doğru akımı olarak kabul edilir ve devreye alınır. Hat şu anda mevcut değil.

Gotland 1 (İsveç) — uzunluk 98 km, gerilim — 200 kV, güç — 20 MW, yapım yılı — 1954. Dünyanın ilk ticari HVDC bağlantısı. 1970 yılında ABB tarafından genişletildi, 1986'da hizmet dışı bırakıldı.

Volgograd - Donbass (SSCB) - uzunluk 400 km, voltaj - 800 kV, güç - 750 MW, yapım yılı - 1965. 800 kV DC elektrik hattı Volgograd - Donbass'ın ilk aşaması 1961'de hizmete girdi ve o sırada basında bir proje olarak yer aldı. Sovyet elektrik mühendisliğinin teknik gelişiminde çok önemli bir aşama. Hat şu anda sökülmüş durumda.

VEI laboratuvarında bir doğru akım hattı için yüksek voltajlı doğrultucuların test edilmesi, 1961.

Yüksek voltajlı doğru akımın çizgi şeması Volgograd - Donbass

Bakmak: SSCB 1959-1962'de elektrik tesisatı ve elektrikli teçhizatın fotoğrafları

Yeni Zelanda adaları arasında HVDC — uzunluk 611 km, gerilim — 270 kV, güç — 600 MW, yapım yılı — 1965. 1992'den beri yeniden inşa edilen ABB… Gerilim 350 kV.

1977'den berişimdiye kadar tüm HVDC sistemleri, çoğu durumda tristörler olmak üzere katı hal bileşenleri kullanılarak inşa edildi, 1990'ların sonlarından bu yana IGBT dönüştürücüler kullanıldı.

Fransa ve İspanya arasındaki yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) iletim hattı için Siemens dönüştürücü istasyonundaki IGBT eviricileri

Cahora Bassa (Mozambik - Güney Afrika) — uzunluk 1420 km, gerilim 533 kV, güç — 1920 MW, yapım yılı 1979. Gerilimi 500 kV üzerinde olan ilk HVDC. ABB onarımı 2013-2014

Ekibastuz - Tambov (SSCB) — uzunluk 2414 km, gerilim — 750 kV, güç — 6000 MW. Proje 1981 yılında başladı. İşletmeye alındığında dünyanın en uzun iletim hattı olacak. 1990'lı yıllarda Sovyetler Birliği'nin dağılması nedeniyle şantiyeler terk edilmiş ve hat hiçbir zaman tamamlanamamıştır.

Interconnexion France Angleterre (Fransa - Büyük Britanya) - uzunluk 72 km, voltaj 270 kV, güç - 2000 MW, yapım yılı 1986.

Gezhouba - Şangay (Çin) — 1046 km, 500 kV, güç 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (Hindistan) — uzunluk 814 km, gerilim — 500 kV, güç — 1500 MW, yapım yılı — 1990.

Baltık kablosu (Almanya - İsveç) — uzunluk 252 km, gerilim — 450 kV, güç — 600 MW, yapım yılı — 1994.

Tien Guan (Çin) — uzunluk 960 km, gerilim — 500 kV, güç — 1800 MW, yapım yılı — 2001.

Talcher Kolar (Hindistan) — uzunluk 1450 km, gerilim — 500 kV, güç — 2500 MW, yapım yılı — 2003.

Üç Boğaz — Changzhou (Çin) — uzunluk 890 km, gerilim — 500 kV, güç — 3000 MW, yapım yılı — 2003. 2004 ve 2006'da."Three Gorges" HVDC hidroelektrik santralinden Huizhou ve Şangay'a 940 ve 1060 km için 2 hat daha inşa edildi.

Dünyanın en büyük hidroelektrik santrali olan Three Gorges, yüksek voltajlı doğru akım hatlarıyla Changzhou, Guangdong ve Şanghay'a bağlıdır.

Xiangjiaba-Şanghay (Çin) — Fulong'dan Fengxia'ya giden hat. Uzunluğu 1480 km, gerilimi 800 kV, gücü 6400 MW, yapım yılı 2010'dur.

Yunnan - Guangdong (Çin) — uzunluk 1418 km, gerilim — 800 kV, güç — 5000 MW, yapım yılı — 2010.