- HVDC-överföring: En el-motorväg till den nya eran av förnybara energikällor
- VSC-teknik (Voltage Supply Converters) i HVDC-överföringssystem
- Framsteg inom Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktur framträdande för överföring av förnybar energi
Behovet av ett effektivt och flexibelt elöverföringssystem har konsekvent känts i dagens industriella ekonomier. Det finns ett antal alternativ tillgängliga för beslutsfattare och kommersiella enheter, med överföringssystem för högspänning likström (HVDC) framträder som en möjlig mekanism för energihantering.
Utvecklingen av HVDC-teknik är en havsförändring i det sätt som el överförs över långa sträckor, eftersom det erbjuder flerfaldiga fördelar jämfört med växelströmsöverföringssystem. HVDC-överföringssystem erbjuder fördelar när det gäller lägre utsläpp och kostnadsbesparingar när de används över huvudet för långa sträckor och under jord eller under vattnet för korta sträckor.
Genom att erbjuda maximal övergående effektivitet och lägre effektförluster, oavsett avståndet som elen färdar, skapar HVDC-överföringssystem en betydande potential för kraftöverföring över långa avstånd, såsom öar och till och med kontinenter. Framsteg inom HVDC-teknik banar väg för förnybara elsystem, vilket innebär positiva framtidsutsikter för HVDC-överföringssystemsmarknaden, som värderades till nästan 7,4 miljarder US-dollar 2018.
HVDC-överföring: En el-motorväg till den nya eran av förnybara energikällor
HVDC-överföringssystem växer fram som den grund som det nya energisystemet baserat på förnybara källor utvecklas och implementeras på. Förnybara energisystem, som sol- och vindkraftsprojekt, är ofta mycket flyktiga och ligger i avlägsna områden. Den ständigt utvecklande HVDC-teknologin vinner mark i den nya energikonomin med långväga HVDC-överföringsledningar som kan transportera kraft med maximal effektivitet och minimala förluster.
HVDC-linjer håller på att bli "el-motorvägar", som påskyndar framtiden för förnybara kraftproduktionssystem på tre sätt - sammankoppling av befintliga kraftverk, utveckling av nya solkraftverk och integrering av vindkraftprojekt till havs. Effekt halvledare, högspänningskablar och omvandlare är bland de viktigaste komponenterna i HVDC-tekniken, som ger distinkta funktioner i det moderna likströmsöverföringssystemet.
Behovet av att bygga nya kraftverk kan skjutas upp vid införandet av HVDC-överföringssystem, eftersom det kopplar samman olika kraftsystem för att fungera mer effektivt. Det nya kraftsystemet kan uppnå större ekonomiska och miljömässiga vinster från stora vattenkällor som ersätter värmeproduktionssystem i traditionella kraftsystem via HVDC-överföringsledningar.
HVDC-överföring har blivit kraft-motorväg för storskalig integration av förnybara kraftresurser för att erbjuda sammankopplade nät, som är pålitliga och tillräckligt flexibla för att hantera utmaningarna i den nya förnybara energikonomin. HVDC-överföringsnät möjliggör lastbalansering mellan HVDC-motorvägar och delning av linjer och omvandlarstationer i solprojekt och vindkraftverk till havs. Därmed betraktas driftsättning av HVDC-överföringssystem som ett ekonomiskt lönsamt sätt att tillhandahålla redundans och tillförlitlighet i sådana kraftnät.
Dessutom erbjuder HVDC-överföringssystem möjliga lösningar på de befintliga utmaningarna. Ett HVDC-överföringssystem som är distribuerat över huvudet kan visa sig vara mer pålitligt än en växelströmsledning med dubbel krets. En HVDC-infrastruktur kan förbättra effektiviteten i elövergången genom att använda isolerade HVDC-kablar i underjordiska och havsbaserade applikationer, vilket kan påskynda processerna för rätt till väg. Dessutom kan HVDC-överföringssystem också installeras i anslutning till eller på de befintliga växelströmsledningarna, vilket minskar behovet av markanvändning med rätt väg.
VSC-teknik (Voltage Supply Converters) i HVDC-överföringssystem
HVDC-överföringssystem använder strömkällor, linjependlade omvandlare (LCC), som kräver reaktiv effekt från seriekondensatorer, shuntbanker eller filter för att fungera. Emellertid misslyckas ett konventionellt HVDC-överföringssystem med att erbjuda dynamiskt spänningsstöd till växelströmsnätet och styra systemspänningen inom ett acceptabelt intervall inom den önskade toleransen. Följaktligen används spänningsförsörjningsomvandlare i konventionella HVDC-överföringssystem, inte bara för att tillhandahålla dynamisk spänningsreglering till växelströmsnätet utan också för att kontrollera effektflödet i systemet.
HVDC-överföringssystem baserade på VSC-teknik kan erbjuda oberoende kontroll av både aktiv och reaktiv effekt utan kommuteringsfel. Omkopplingen av IGBT-ventilerna i VSC-baserad HVDC-överföring följer en pulsbreddsmodulering (PWM), som gör att systemet kan justera fasvinkeln och amplituden för omvandlarens växelspänning med konstant likspänning.
Dessutom består VSC-baserade HVDC-överföringssystem av två oberoende styr- och skyddssystem, som består av digitala signalprocessorer och mikrokontroller, och erbjuder redundans för att säkerställa hög tillförlitlighet. Sådana funktioner tillskrivs slutanvändarnas benägenhet mot VSC-teknik över LCC-tekniken i HVDC-överföringssystem.
VSC-baserade HVDC-system växer i popularitet på HVDC-överföringssystemsmarknaden, med över 55% av marknadens intäktsandel. VSC-baserad överföringsteknik har kommit ålder för konventionella HVDC-överföringssystem, trots att det är ett relativt dyrare alternativ för överföringsapplikationer med högre betyg.
Ledande företag på HVDC-överföringssystemsmarknaden ökar antagandet av VSC-teknik för att öka tillförlitligheten hos HVDC-överföring i projekt för förnybar energi som implementeras över hela världen. Till exempel tillkännagav Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - en ledande japansk tillverkare av kraftgenereringssystem - installationen av en VSC-baserad HVDC-överföringslänk som förbinder det japanska fastlandet (Honshu) till den norra ön Hokkaido i mars 2019. Företaget meddelade att detta är Japans första VSC-baserade HVDC-system som garanterar 600 MW samtrafikskapacitet hela tiden.
I april 2019 tillkännagav ABB-koncernen - ett schweizisk-svenskt multinationellt företag som arbetar inom segmenten kraft, tung elektrisk utrustning och automationsteknik - att det har bildat ett joint venture med Hitachi, Ltd. - ett japanskt multinationellt konglomeratföretag - för att leverera VSC -baserat HVSC-överföringssystem för Higashi-Shimizu transformatorstation i Japan. Företaget meddelade att de VSC-baserade HVDC-överföringssystemen kommer att innehålla två VSC-omvandlare (300 000 kW vardera) och Hitachi kommer att konstruera systemet, som kommer att bestå av Hitachi-omvandeltransformatorer och en ABB HVDC-omvandlare med ett kontroll- och skyddssystem.
Framsteg inom Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktur framträdande för överföring av förnybar energi
Utvecklingen av ett UHVDC-överföringssystem är en av de senaste framstegen inom HVDC-överföringstekniken, som möjliggör överföring av likspänning på minst 800 kV; ett konventionellt HVDC-överföringssystem använder vanligtvis spänningar mellan 100 kV och 600 kV. När den nya globala energiekonomin gradvis rör sig mot de kraftnäten på kontinentala skalor kommer sannolikt UHVDC-överföringssystem att få enorm betydelse över hela världen.
Utvecklade regioner är bland de mest gynnsamma marknaderna för UHVDC-överföringssystem, eftersom utvecklade länder genererar stora mängder förnybar energi. Nordamerika och Europa är bland de största marknaderna för HVDC-överföringssystem, eftersom styrande organ i dessa regioner investerar kraftigt i att utveckla HVDC-infrastrukturer för att nå sina klimatmål.
Storbritannien är bland de ledande europeiska länderna som har implementerat HVDC-överföringssystem. Storbritannien delar HVDC-länkar med flera grannländer, inklusive Norge, Irland, Frankrike och Holland. Dessutom har USA ökat investeringarna i produktion av ren energi, och antagandet av HVDC-överföring ökar i snabb takt i landet. Det ständigt växande nätet mellan elvägar i USA gör Nordamerika till den största marknaden för HVDC-överföringssystem med nästan en fjärdedel av den globala marknadens intäktsandel.
Ett växande antal tillväxtekonomier har emellertid visat lovande tillväxt inom förnybar energiproduktion med utvecklingen av vattenkraftverk och vindkraftsprojekt. Utvecklingsländerna är hem för stora sol- och vindenergiprojekt, och UHVDC-överföringssystem antas för att möta det ständigt växande kraftbehovet i dessa länder.
Kina blev ett av de ledande länderna i världen som först införde ett UHVDC-överföringssystem. År 2010 byggdes världens första UHVDC-överföringsledning av ABB-gruppen mellan Shanghai och Xiangjiaba i Kina med en effekt på 6,4 GW och en total längd på cirka 1 907 km. År 2017 investerade landet över 400 miljarder yuan (57 miljarder US-dollar) för att utveckla minst 21 nya UHVDC-överföringsledningar i landet.
General Electric Company (GE) - ett amerikanskt multinationellt konglomerat - tog i bruk den första 1500 MW-fasen i det tvåfasiga HVDC-kraftöverföringssystemet i Chhattisgarh, Indien, 2017. Power Grid Corporation of India Limited - ett indiskt statligt elföretag. företag - investerade mer än 6300 crore INR i projektet. Kraftdepartementet meddelade att projektkapaciteten ytterligare uppgraderades till 6 000 MW med en investering på över 5 200 crore INR, i december 2018. GE meddelade att detta var företagets första UHVDC-projekt i Indien såväl som i världen, vilket är 1 287 km motorväg motorväg med sändningseffekt på upp till 3000 MW.
Med det ökande antagandet av UHVDC-överföringssystem i tillväxtekonomier, som Kina och Indien, växer Asien-Stillahavsområdet (exklusive Japan) fram som en högväxtmarknad för HVDC-överföringssystem. De framtida trenderna inom sektorn för elöverföring och distribution (T&D) påverkas starkt av blandningen av förnybara kraftkällor.
Ökade investeringar inom FoU-sektorn kommer att stärka produktionen av förnybar energi under de kommande åren. Detta kommer därför att utlösa det globala införandet av HVDC-överföringssystem som en flexibel och ekonomisk lösning för att hantera nya energiproduktionsutmaningar och integrera förnybara källor under de kommande åren.