Prijenos čiste energije velikih razmjera primarni je problem koji treba riješiti u novom elektroenergetskom sustavu
Postoji "Hu Huanyong linija" u distribuciji čiste energije i potražnji za električnom energijom u mojoj zemlji. Zbog čimbenika kao što su klima, razvoj produktivnosti, povijesna politička ekonomija i drugi čimbenici, gospodarski razvoj među regijama u našoj zemlji je neuravnotežen. "Linija Hu Huanyong" (također poznata kao linija Heihe-Tengchong) predložena 1935. tipičan je opis ovog fenomena: područje istočno od linije Hu Huanyong zauzima oko 36 posto kopnene površine zemlje i zauzima više od 95 posto stanovništva zemlje (u podacima iz 1930-ih u to vrijeme). Postoji i "Hu Huanyong linija" u kineskoj distribuciji čiste energije i potražnji za električnom energijom. Istočno od linije Hu Huanyong troši 86,5 posto električne energije, dok zapadno troši samo 13,5 posto. Međutim, u smislu distribucije čiste energije, može se vidjeti iz distribucije resursa vjetra i izvora svjetlosti u Kini da je zapadno od Hu Huanyong linije mnogo više od istoka Hu Huanyong linije. Osim izvora energije vjetra na moru, drugi visokokvalitetni izvori energije vjetra daleko su od područja s intenzivnim opterećenjem i imaju velike potrebe za korištenjem energije.
Pučinska vjetroelektrana važan je izvor čiste energije uz obalu, a trend je vremena ići na pučinu i povećavati se. Kineska pučinska vjetroelektrana brzo se razvija. Godine 2020. instalirani kapacitet pučinske vjetroelektrane u Kini dosegnut će 3,1 GW, nadmašujući Europu po prvi put i postati najveće svjetsko tržište pučinske vjetroelektrane, s novoinstaliranim kapacitetom koji premašuje polovicu ukupnog svjetskog. Godine 2021. kineski novoinstalirani kapacitet pučinske vjetroelektrane iznosit će 16,9 GW, rekordno visok. Međutim, s povlačenjem državnih subvencija za pučinske vjetroelektrane 2022. godine, pučinske vjetroelektrane će ući u eru pariteta, a instalirani kapacitet će se vratiti na normalne razine. Energija pučinskog vjetra blizu je centra opterećenja, što pogoduje potrošnji, a izlaz pučinske vjetroelektrane relativno je stabilan, a sati iskorištenja visoki. To je najbolja čista energija u obalnim područjima. Prema planiranju pučinske vjetroelektrane u Guangdongu, Jiangsuu i drugim mjestima, u kombinaciji s razvojnim trendom inozemne pučinske vjetroelektrane, duboko more i veliki razmjeri opći su trend.
UHV DC je najbolje rješenje za prijenos energije velikih razmjera u regijama
UHV uključuje UHV AC i UHV DC prijenos. UHV AC odnosi se na projekte prijenosa izmjenične struje s naponskom razinom od 1000 kV, a UHVDC se odnosi na projekte istosmjernog prijenosa s naponskom razinom od ±800 kV i više. Tehnički principi i logika razvoja kod njih su potpuno različiti. UHV DC tipičan je projekt prijenosa energije od točke do mreže. Njegovo osnovno načelo je korištenje pretvaračkog ventila za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu, a zatim pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu nakon transporta do odredišta, a zatim ga spaja na mrežu izmjenične struje. Glavna namjena je prijenos električne energije. Osim prijenosa električne energije, AC UHV također preuzima ulogu poboljšanja strukture mreže i povećanja stabilnosti mreže. Tehnologija istosmjernog prijenosa je tehnologija prijenosa energije temeljena na tehnologiji energetske elektronike. Zbog prednosti jednostavne topologije, jednostavne transformacije napona i niske cijene opreme, prijenos izmjeničnom strujom postao je najčešće korištena tehnologija prijenosa električne energije u zemljama diljem svijeta i još uvijek je najvažniji dio kineske električne mreže. Tehnologija istosmjernog prijenosa tehnički je put razvijen zajedno s rađanjem tehnologije energetske elektronike.
Prema različitim energetskim elektroničkim uređajima i funkcijama, može se podijeliti u dvije rute: konvencionalna istosmjerna struja (LCC) i fleksibilna istosmjerna struja (VSC):
(1) Konvencionalna istosmjerna struja (LCC) je tehnologija prijenosa istosmjerne struje koja koristi polu-kontrolirane energetske elektroničke komponente kao što su tiristori kao osnovne komponente pretvaračkog ventila. Njegove prednosti su veliki prijenosni kapacitet i niska cijena, ali zahtijeva snažnu podršku AC mreže. Količina harmonika je velika, a jalova snaga se mora apsorbirati iz mreže, tako da se mora konfigurirati veliki broj opreme za filtriranje istosmjerne i izmjenične struje.
(2) Fleksibilni DC (VSC) je tehnologija istosmjernog prijenosa koja koristi potpuno kontrolirane energetske elektroničke komponente kao što su IGBT-ovi kao osnovne komponente ventila pretvarača. Njegova prednost je u tome što može formirati izmjeničnu struju vrlo blizu standardnog sinusnog vala kroz modularnu višerazinsku tehnologiju, a aktivna snaga i jalova snaga mogu se neovisno podešavati bez opreme za filtriranje ili podrške izmjenične mreže. Nedostatak je visok trošak i mali kapacitet isporuke.
Iz perspektive prijenosa električne energije na velike udaljenosti, DC UHV ima očite prednosti u odnosu na AC UHV: opći obrazac podijeljenog rada elektroenergetske mreže moje zemlje neće se promijeniti. Upravljanje električnom mrežom moje zemlje obavljaju tri glavna operatera, Državna mrežna korporacija Kine, Kineska južna elektroenergetska korporacija i Inner Mongolia Electric Power Company. Postoji 7 regionalnih sinkronih elektroenergetskih mreža, a postoji samo slaba povezanost između regionalnih elektroenergetskih mreža, a najveći dio proizvodnje i potrošnje električne energije generira se unutar regije.
Prema podacima Kineskog vijeća za električnu energiju, 2021. godine 687,6 milijardi kilovatsati električne energije bit će prenijeto kroz regije diljem zemlje, što će činiti samo oko 8,3 posto potrošnje električne energije u cijelom društvu, a veze među regijama relativno su slab. Proširenje mreže izmjenične struje može uzrokovati rizik od porasta mreže umjesto pada. Prema "Savjetodavnom mišljenju o istraživanju uzorka buduće elektroenergetske mreže moje zemlje (2020.)" Kineske inženjerske akademije iz 2018., trebali bismo se nastaviti pridržavati strukture sa šest glavnih regionalnih elektroenergetskih mreža kao glavnog tijela (ulaganje u projekt Chongqing-Hubei iz 2019. Southwest Power Grid i Central China Power Grid bit će odvojeni nakon transporta). Stoga AC UHV ne može prenositi snagu preko regija i može igrati ulogu samo u određenim situacijama, kao što je prisutnost visokokvalitetnih izvora vjetra i sunca i velika potražnja za električnom energijom u istoj elektroenergetskoj mreži, te udaljenost između dva je relativno duga.
DC prijenos je najbolja regionalna mrežna veza. Međutim, zbog razlika u resursima među regijama, moja zemlja ima relativno veliku potražnju za međuregionalnim prijenosom električne energije. DC prijenos ima sljedeće tri prednosti, što ga čini najboljim rješenjem za međuregionalni prijenos električne energije:
(1) DC prijenos ima izvanrednu ekonomičnost u prijenosu energije na velike udaljenosti. Cijena istosmjernih pretvaračkih stanica veća je od cijene izmjeničnih trafostanica, ali budući da istosmjerni prijenos nema skin efekta i snage punjenja, stopa iskorištenja dalekovoda je veća. Stoga, kada je udaljenost prijenosa dovoljno duga, njegova će ekonomičnost nadmašiti onu AC prijenosa.
(2) Može se koristiti za interkonekciju asinkrone mreže. Interkonekcija izmjenične mreže zahtijeva da frekvencija cijele mreže bude konzistentna, tako da se ne može koristiti za asinkronu mrežnu interkonekciju. Prijenos istosmjerne struje prvo ispravlja izmjeničnu struju u istosmjernu, a zatim je pretvara u izmjeničnu struju, što se može primijeniti na asinkrono mrežno povezivanje.
(3) Povoljno je za izolaciju nesreća na mreži i ne povećava rizik od nesreća na mreži. UHV DC prijenos može se smatrati upravljivim izvorom energije na daljinu prijemne krajnje mreže. Rešetke na oba kraja nisu spojene, a rešetke na oba kraja mogu biti izolirane. U slučaju ozbiljne nesreće u elektroenergetskoj mreži, UHV DC može izolirati nesreću bez povećanja rizika od nesreće u elektroenergetskoj mreži. Još jedan tipičan scenarij primjene UHV AC je jačanje električne mreže. Kako veliki prijenos istosmjerne struje iz moje zemlje ulazi u Sjevernu Kinu, Istočnu Kinu, Središnju Kinu i Jugozapadnu Kinu, snaga mreže izmjenične struje određuje sigurnost cijelog elektroenergetskog sustava, a potražnja za AC UHV raste u skladu s tim.
Važna uloga fleksibilne istosmjerne struje u novim elektroenergetskim sustavima
Fleksibilna istosmjerna struja posebno je prikladna za prijenos velike snage pučinskog vjetra u udaljena mora. Trenutačno je glavna metoda prijenosa energije vjetra na pučini visokonaponski prijenos izmjeničnom strujom, to jest, vjetroturbine na pučini su spojene na pumpne stanice na moru, pojačane na 220 kV ili više naponske razine, a zatim poslane u kopnenu električnu mrežu. Budući da istosmjerni prijenos nema snagu punjenja, ulaganje i učinkovitost prijenosa podmorskih kabela bolji su od prijenosa izmjeničnom strujom. Općenito govoreći, kada je udaljenost prijenosa veća od oko 80 km, ekonomičnost istosmjernog prijenosa premašit će ekonomičnost prijenosa izmjeničnom strujom. Osim toga, budući da konvencionalna istosmjerna struja zahtijeva snažnu podršku mreže izmjenične struje, a vjetroelektrane na moru slabi su sustavi izmjenične struje sastavljeni od vjetroturbina, koji ne mogu zadovoljiti zahtjeve prijenosa energije konvencionalne istosmjerne struje, fleksibilna istosmjerna struja postala je jedino ekonomično i izvedivo rješenje. LCC-VSC hibridna tehnološka ruta učinkovito rješava problem kvara UHV DC komutacije u područjima s gustim točkama istosmjernog pada. Nakon desetljeća izgradnje, moja je zemlja izgradila 32 projekta prijenosa istosmjerne struje s prijenosom električne energije na velike udaljenosti kao glavnom funkcijom, od kojih se više od 10 projekata nalazi u delti rijeke Yangtze ili provinciji Guangdong, a gusto postavljanje dovodi do istosmjerne struje prijenos između dva mjesta. Povećava se rizik od kvara na komutaciji, a povećava se skrivena opasnost od nesreća u elektroenergetskoj mreži. Fleksibilni DC može neovisno podržavati napon bez rizika od kvara komutacije i najbolje je rješenje za nastavak napajanja istosmjernom strujom na gornja dva mjesta. Trenutno je China Southern Power Grid dovršio projekt prijenosa istosmjerne struje Wudongde, a državna mreža također gradi projekt prijenosa istosmjerne struje UHV Baihetan-Jiangsu, pri čemu oba primjenjuju fleksibilnu istosmjernu tehnologiju. Ali tehnička rješenja dva projekta su različita.
Fleksibilno DC međusobno povezivanje povećava sposobnost uzajamne pomoći električne mreže i poboljšava pouzdanost i učinkovitost napajanja. Uz shemu konvencionalnog prijenosa električne energije na velike udaljenosti između regionalnih elektroenergetskih mreža u mojoj zemlji, fleksibilni istosmjerni pravci mogu se također koristiti za međusobno povezivanje na spoju regionalnih elektroenergetskih mreža. Takozvani back-to-back fleksibilni DC odnosi se na konstrukciju ispravljačke stanice i inverterske stanice zajedno bez istosmjernog voda. Back-to-back fleksibilna DC tehnologija može poboljšati uzajamnu sposobnost napajanja između regionalnih elektroenergetskih mreža bez širenja opsega nesreća u elektroenergetskoj mreži. Osim toga, električne mreže od 500 kV u Guangdongu, Jiangsuu i drugim mjestima u Kini već su vrlo velike, sa složenim strukturama i istaknutim problemima prekomjerne struje kratkog spoja. Dodavanje back-to-back fleksibilnog DC-a za "odvezivanje" električne mreže također može učinkovito riješiti gore navedene probleme. Projekt Chongqing-Hubei back-to-back i projekt interkonekcije Fujian-Guangdong koji je u izgradnji tipične su primjene fleksibilnih izravnih projekata back-to-back.