- Transmisia HVDC: o autostradă electrică către noua eră a surselor regenerabile de energie
- Tehnologia convertoarelor de alimentare cu tensiune (VSC) în sistemele de transmisie HVDC
- Progresele în infrastructura Ultra HVDC (UHVDC) sunt relevante pentru transportul de energie regenerabilă
Necesitatea unui sistem eficient și flexibil de transport al energiei electrice a fost simțită în mod constant în economiile industrializate actuale. Există o serie de opțiuni disponibile pentru factorii de decizie politică și entitățile comerciale, sistemele de transmisie a curentului continuu de înaltă tensiune (HVDC) apărând ca un mecanism fezabil de gestionare a energiei.
Dezvoltarea tehnologiei HVDC anunță o schimbare mare a modului în care energia electrică este transmisă pe distanțe mari, deoarece oferă avantaje multiple față de sistemele de transmisie a curentului alternativ (AC). Sistemele de transmisie HVDC oferă avantaje în ceea ce privește emisiile mai mici și economii de costuri, atunci când sunt instalate deasupra capului pentru distanțe mari și subterane sau subacvatice pentru distanțe scurte.
Oferind o eficiență tranzitorie maximă și pierderi de energie mai mici, indiferent de distanța pe care o parcurge electricitatea, sistemele de transmisie HVDC creează un potențial semnificativ pentru transmiterea energiei pe distanțe mari, cum ar fi insulele și chiar continentele. Progresele în tehnologiile HVDC deschid calea pentru sistemele de energie electrică regenerabile, semnificând perspective viitoare pozitive ale pieței sistemelor de transport HVDC, care a fost evaluată la aproape 7,4 miliarde USD în 2018.
Transmisia HVDC: o autostradă electrică către noua eră a surselor regenerabile de energie
Sistemele de transmisie HVDC apar ca rocă de bază pe care este dezvoltat și implementat noul sistem energetic bazat pe surse regenerabile. Sistemele de energie regenerabilă, cum ar fi proiectele de energie solară și eoliană, sunt adesea extrem de volatile și se află în zone îndepărtate. Tehnologia HVDC în continuă evoluție câștigă teren în noua economie de energie cu linii de transport HVDC pe distanțe lungi care pot transporta energie cu randament maxim și pierderi minime de putere.
Liniile HVDC devin „autostrăzile de energie electrică”, care accelerează viitorul sistemelor de generare a energiei regenerabile în trei moduri: interconectarea centralelor electrice existente, dezvoltarea de noi centrale solare și integrarea proiectelor de energie eoliană offshore. Semiconductorii de putere, cablurile de înaltă tensiune și convertoarele sunt printre componentele cheie ale tehnologiei HVDC, care aduc caracteristici distincte sistemului modern de transmisie a curentului continuu (DC).
Necesitățile pentru construirea de noi centrale electrice pot fi amânate odată cu instalarea sistemelor de transmisie HVDC, întrucât interconectează diferite sisteme de alimentare pentru a funcționa mai eficient. Noul sistem energetic poate obține câștiguri economice și ecologice mai mari provenind din resurse hidroelectrice mari, care înlocuiesc sistemele de generare termică din sistemele tradiționale de energie prin liniile de transport HVDC.
Transmisia HVDC a devenit o autostradă de putere pentru integrarea la scară largă a resurselor de energie regenerabilă pentru a oferi rețele interconectate, care sunt suficient de fiabile și flexibile pentru a aborda provocările noii economii de energie regenerabilă. Rețelele de transmisie HVDC permit echilibrarea sarcinii între autostrăzile de alimentare HVDC și partajarea liniilor și stațiilor de conversie în proiecte solare și centrale eoliene offshore. Astfel, implementarea sistemelor de transmisie HVDC este considerată ca un mod viabil din punct de vedere economic de a oferi redundanță și fiabilitate în astfel de rețele de alimentare.
În plus, sistemele de transmisie HVDC oferă, de asemenea, soluții fezabile la provocările existente privind dreptul de trecere. Un sistem de transmisie HVDC implementat deasupra capului se poate dovedi a fi mai fiabil decât o linie de transmisie AC cu dublu circuit. O infrastructură HVDC poate îmbunătăți eficiența tranzitorie a energiei electrice utilizând cabluri HVDC izolate în aplicații subterane și submarine, care pot accelera procesele de autorizare a dreptului de trecere. Mai mult, sistemele de transmisie HVDC pot fi, de asemenea, instalate adiacent sau pe liniile de curent alternativ existente, reducând nevoile de utilizare a terenului cu drept de trecere.
Tehnologia convertoarelor de alimentare cu tensiune (VSC) în sistemele de transmisie HVDC
Sistemele de transmisie HVDC folosesc convertoare de sursă de curent, cu comutare de linie (LCC), care necesită putere reactivă de la condensatori de serie, bănci de șunt sau filtre pentru a funcționa. Cu toate acestea, un sistem de transmisie convențional HVDC nu reușește să ofere suport dinamic de tensiune rețelei de curent alternativ și să controleze tensiunea sistemului într-un interval acceptabil, în limita toleranței dorite. În consecință, convertoarele de alimentare de tensiune sunt utilizate în sistemele de transmisie convenționale HVDC, nu numai pentru a asigura o reglare dinamică a tensiunii rețelei de curent alternativ, ci și pentru a controla fluxul de putere din sistem.
Sistemele de transmisie HVDC bazate pe tehnologia VSC pot oferi control independent atât a puterii active, cât și a puterii reactive, fără erori de comutare. Comutarea supapelor IGBT în transmisia HVDC bazată pe VSC urmează o modulație a lățimii impulsului (PWM), care permite sistemului să regleze unghiul de fază și amplitudinea tensiunii de ieșire AC a convertorului cu o tensiune continuă DC.
În plus, sistemele de transmisie HVDC bazate pe VSC constau din două sisteme independente de control și protecție, care cuprind procesoare digitale de semnal și microcontrolere și oferă redundanță pentru a asigura o fiabilitate ridicată. Astfel de caracteristici sunt atribuite înclinației utilizatorilor finali către tehnologia VSC față de tehnologia LCC din sistemele de transmisie HVDC.
Sistemele HVDC bazate pe VSC cresc în popularitate pe piața sistemelor de transmisie HVDC, cu peste 55% din cota de venituri a pieței. Tehnologia de transmisie bazată pe VSC a ajuns la vârsta majoră pentru sistemele de transmisie convenționale HVDC, în ciuda faptului că este o opțiune relativ mai costisitoare pentru aplicațiile de transmisie cu rating mai mare.
Companiile de top din piața sistemelor de transmisie HVDC stimulează adoptarea tehnologiei VSC pentru a spori fiabilitatea transmisiei HVDC în proiectele de energie regenerabilă implementate la nivel mondial. De exemplu, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - un important producător japonez de sisteme de generare a energiei electrice - a anunțat instalarea unei legături de transmisie HVDC bazate pe VSC care leagă continentul japonez (Honshu) de insula nordică Hokkaido, în martie 2019. Compania a anunțat că acesta este primul sistem HVDC bazat pe VSC din Japonia, care asigură 600 MW capacitate de interconectare în orice moment.
În aprilie 2019, Grupul ABB - o corporație multinațională elvețiană-suedeză care operează pe segmente de energie electrică, echipamente electrice grele și tehnologii de automatizare - a anunțat că a înființat o societate mixtă cu Hitachi, Ltd. - o companie multinațională japoneză de conglomerate - pentru a livra VSC - sistem de transmisie HVSC bazat pe stația Higashi-Shimizu din Japonia. Compania a anunțat că sistemele de transmisie HVDC bazate pe VSC vor include două convertoare VSC (300.000 kW fiecare), iar Hitachi va construi sistemul, care va cuprinde transformatoare de convertoare Hitachi și un convertor HBDC ABB cu un sistem de control și protecție.
Progresele în infrastructura Ultra HVDC (UHVDC) sunt relevante pentru transportul de energie regenerabilă
Dezvoltarea unui sistem de transmisie UHVDC este unul dintre cele mai recente progrese în tehnologia de transmisie HVDC, care permite transmiterea tensiunii continue de cel puțin 800 kV; un sistem convențional de transmisie HVDC folosește, în general, tensiuni între 100 kV și 600 kV. Pe măsură ce noua economie energetică globală se îndreaptă treptat către rețelele electrice la scară continentală, sistemele de transmisie UHVDC vor câștiga o importanță imensă în întreaga lume.
Regiunile dezvoltate se numără printre cele mai favorabile piețe pentru sistemele de transport UHVDC, întrucât țările dezvoltate generează cantități mari de energie regenerabilă. America de Nord și Europa sunt printre cele mai mari piețe pentru sistemele de transmisie HVDC, întrucât organismele de conducere din aceste regiuni investesc din greu pentru a dezvolta infrastructuri HVDC pentru a-și atinge obiectivele climatice.
Regatul Unit se numără printre principalele țări europene care au implementat sisteme de transmisie HVDC. Marea Britanie partajează legături HVDC cu mai multe țări învecinate, inclusiv Norvegia, Irlanda, Franța și Olanda. În plus, Statele Unite au sporit investițiile în generarea de energie curată, iar adoptarea transmisiei HVDC crește într-un ritm rapid în țară. Rețeaua interstatală în continuă expansiune a sistemelor de autostrăzi electrice din SUA face din America de Nord cea mai mare piață pentru sistemul de transport HVDC, cu aproape o pătrime din cota de venit a pieței globale.
Cu toate acestea, un număr tot mai mare de economii emergente au demonstrat o creștere promițătoare în generarea de energie regenerabilă prin dezvoltarea centralelor hidroelectrice și a proiectelor de energie eoliană. Țările în curs de dezvoltare găzduiesc proiecte de energie solară și eoliană pe scară largă, iar sistemele de transmisie UHVDC sunt adoptate pentru a satisface cererea de energie din ce în ce mai mare din aceste țări.
China a devenit una dintre țările de frunte din lume care a adoptat mai întâi un sistem de transmisie UHVDC. În 2010, prima linie de transmisie UHVDC din lume a fost construită de Grupul ABB între Shanghai și Xiangjiaba din China, cu o putere nominală de 6,4 GW și o lungime totală de aproximativ 1.907 km. Până în 2017, țara a investit peste 400 de miliarde de yuani (57 miliarde de dolari SUA) pentru a dezvolta cel puțin 21 de noi linii de transport UHVDC în țară.
General Electric Company (GE) - un conglomerat multinațional american - a comandat prima fază de 1.500 MW a sistemului de transmisie a puterii HVDC în două etape în Chhattisgarh, India, în 2017. Power Grid Corporation of India Limited - o companie electrică de stat indiană companie - a investit peste 6.300 de milioane INR în proiect. Ministerul Energiei a anunțat că capacitatea proiectului a fost îmbunătățită în continuare la 6.000 MW, cu o investiție de peste 5.200 de milioane INR, în decembrie 2018. GE a anunțat că acesta a fost primul proiect UHVDC al companiei în India, precum și în lume, care este 1.287 autostradă energetică cu o putere de transmisie de până la 3.000 MW.
Odată cu adoptarea tot mai mare a sistemelor de transmisie UHVDC în economiile emergente, precum China și India, regiunea Asia Pacific (cu excepția Japoniei) se dezvoltă ca o piață cu creștere ridicată a sistemelor de transmisie HVDC. Tendințele viitoare în sectorul transportului și distribuției energiei electrice (T&D) sunt puternic influențate de mixul de surse regenerabile de energie.
Creșterea investițiilor în sectorul T&D va spori generarea de energie regenerabilă în următorii ani. În consecință, aceasta va declanșa adoptarea globală a sistemelor de transmisie HVDC ca soluție flexibilă și economică pentru gestionarea noilor provocări de generare a energiei și integrarea surselor regenerabile în anii următori.