- HVDC-overføring: En elektrisk motorvei til den nye tiden av fornybare energikilder
- Voltage Supply Converters (VSC) Technology in HVDC Transmission Systems
- Fremskritt i Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktur fremtredende for overføring av fornybar energi
Behovet for et effektivt og fleksibelt kraftoverføringssystem har blitt følt konsekvent i dagens industrialiserte økonomier. Det er en rekke alternativer tilgjengelig for beslutningstakere og kommersielle enheter, med høyspenningsoverføringssystemer (HVDC) som dukker opp som en gjennomførbar mekanisme for energiledelse.
Utviklingen av HVDC-teknologi varsler en havendring i måten elektrisitet overføres over lange avstander, ettersom den gir flere fordeler i forhold til vekselstrøm (AC). HVDC-overføringssystemer gir fordeler når det gjelder lavere utslipp og kostnadsbesparelser, når de brukes over store avstander og underjordiske eller under vann for korte avstander.
Ved å tilby maksimal forbigående effektivitet og lavere effekttap, uavhengig av avstanden strømmen går, skaper HVDC-overføringssystemer et betydelig potensial for kraftoverføring over lange avstander, som øyer og til og med kontinenter. Fremskritt innen HVDC-teknologier baner vei for fornybare elsystemer, noe som betyr positive fremtidsutsikter for HVDC-overføringssystemmarkedet, som ble verdsatt til nesten 7,4 milliarder dollar i 2018.
HVDC-overføring: En elektrisk motorvei til den nye tiden av fornybare energikilder
HVDC-overføringssystemer dukker opp som grunnlaget som det nye energisystemet basert på fornybare kilder utvikles og implementeres på. Fornybare energisystemer, som sol- og vindkraftprosjekter, er ofte svært ustabile og ligger i avsidesliggende områder. Den stadig utviklende HVDC-teknologien vinner terreng i den nye energiøkonomien med langdistanse HVDC-overføringslinjer som kan transportere kraft med maksimal effektivitet og kraft minimale tap.
HVDC-linjer er i ferd med å bli "elektrisitetsveier", som fremskynder fremtiden for fornybare kraftproduksjonssystemer på tre måter - sammenkobling av eksisterende kraftverk, utvikling av nye solkraftverk og integrering av offshore vindkraftprosjekter. Krafthalvledere, høyspenningskabler og omformere er blant hovedkomponentene i HVDC-teknologien, som gir forskjellige funksjoner til det moderne likestrømsoverføringssystemet.
Behovene for å bygge nye kraftstasjoner kan bli utsatt ved distribusjon av HVDC-overføringssystemer, da det kobler sammen forskjellige kraftsystemer for å fungere mer effektivt. Det nye kraftsystemet kan oppnå større økonomiske og miljømessige gevinster fra store vannkilder, som erstatter termiske genereringssystemer i tradisjonelle kraftsystemer gjennom HVDC-overføringslinjer.
HVDC-overføring er blitt en motorvei for storskala integrasjon av fornybare kraftressurser for å tilby sammenkoblede nett, som er pålitelige og fleksible nok til å takle utfordringene i den nye fornybare energiøkonomien. HVDC-overføringsnett muliggjør lastbalansering mellom HVDC-motorveier og deling av linjer og omformerstasjoner i solprosjekter og offshore vindkraftstasjoner. Dermed blir distribusjon av HVDC-overføringssystemer ansett som en økonomisk levedyktig måte å gi redundans og pålitelighet i slike kraftnettverk.
I tillegg tilbyr HVDC-overføringssystemer mulige løsninger på de eksisterende utfordringene. Ett HVDC-overføringssystem som er distribuert overhead, kan vise seg å være mer pålitelig enn en dobbeltkretsstrømoverføringsledning. En HVDC-infrastruktur kan forbedre effektiviteten til forbigående strøm ved å bruke isolerte HVDC-kabler i underjordiske og havbunnsapplikasjoner, noe som kan akselerere prosessene som tillater rett til vei. Videre kan HVDC-overføringssystemer også installeres ved siden av eller på de eksisterende vekselstrømslinjene, noe som reduserer behovet for bruk av rett vei.
Voltage Supply Converters (VSC) Technology in HVDC Transmission Systems
HVDC-overføringssystemer benytter strømkilde, line-pendlede omformere (LCC), som krever reaktiv effekt fra seriekondensatorer, shuntbanker eller filtre for å fungere. Imidlertid klarer ikke et konvensjonelt HVDC-overføringssystem å tilby dynamisk spenningsstøtte til AC-nettverket og kontrollere systemspenningen under et akseptabelt område, innenfor ønsket toleranse. Følgelig brukes spenningsforsyningsomformere i konvensjonelle HVDC-overføringssystemer, ikke bare for å gi dynamisk spenningsregulering til AC-nettverket, men også for å kontrollere strømmen i systemet.
HVDC-overføringssystemer basert på VSC-teknologi kan tilby uavhengig kontroll av både aktiv og reaktiv kraft uten kommuteringsfeil. Bytte av IGBT-ventilene i VSC-basert HVDC-overføring følger en pulsbreddemodulasjon (PWM), som gjør at systemet kan justere fasevinkelen og amplituden til omformerens vekselutgangsspenning med konstant likestrømsspenning.
I tillegg består VSC-baserte HVDC-overføringssystemer av to uavhengige kontroll- og beskyttelsessystemer, som består av digitale signalprosessorer og mikrokontrollere, og tilbyr redundans for å sikre høy pålitelighet. Slike funksjoner tilskrives sluttbrukernes tilbøyelighet til VSC-teknologi over LCC-teknologi i HVDC-overføringssystemer.
VSC-baserte HVDC-systemer vokser i popularitet i HVDC-overføringssystemmarkedet, med over 55% av inntektsandelen av markedet. VSC-basert overføringsteknologi er blitt eldre for konvensjonelle HVDC-overføringssystemer, til tross for at det er et relativt dyrere alternativ for overføringsapplikasjoner med høyere karakter.
Ledende selskaper i HVDC-overføringssystemmarkedet øker innføringen av VSC-teknologi for å øke påliteligheten av HVDC-overføring i fornybare energiprosjekter implementert over hele verden. For eksempel kunngjorde Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - en ledende japansk produsent av kraftproduksjonssystemer - installasjonen av en VSC-basert HVDC-overføringslenke som forbinder det japanske fastlandet (Honshu) til den nordlige øya Hokkaido, i mars 2019. Selskapet kunngjorde at dette er Japans første VSC-baserte HVDC-system som sikrer 600 MW samtrafikkapasitet til enhver tid.
I april 2019 kunngjorde ABB-konsernet - et sveitsisk-svensk multinasjonalt selskap som opererer innen kraft, tungt elektrisk utstyr og automatiseringsteknologisegmenter at det har etablert et joint venture med Hitachi, Ltd. - et japansk multinasjonalt konglomeratselskap - for å levere VSC -basert HVSC overføringssystem for Higashi-Shimizu transformatorstasjon i Japan. Selskapet kunngjorde at de VSC-baserte HVDC-overføringssystemene vil omfatte to VSC-omformere (300.000 kW hver), og Hitachi vil konstruere systemet, som vil bestå av Hitachi-omformertransformatorer og en ABB HVDC-omformer med et kontroll- og beskyttelsessystem.
Fremskritt i Ultra HVDC (UHVDC) infrastruktur fremtredende for overføring av fornybar energi
Utviklingen av et UHVDC-overføringssystem er en av de siste fremskrittene innen HVDC-overføringsteknologien, som tillater likestrømssending på minst 800 kV; et konvensjonelt HVDC-overføringssystem bruker vanligvis spenninger mellom 100 kV og 600 kV. Når den nye globale energiøkonomien gradvis beveger seg mot strømnettet på kontinentale skala, vil UHVDC-overføringssystemer sannsynligvis få enorm betydning over hele verden.
Utviklede regioner er blant de mest gunstige markedene for UHVDC-overføringssystemer, ettersom utviklede land genererer store mengder fornybar energi. Nord-Amerika og Europa er blant de største markedene for HVDC-overføringssystemer, ettersom styrende organer i disse regionene investerer tungt i å utvikle HVDC-infrastrukturer for å oppnå klimamålene.
Storbritannia er blant de ledende europeiske landene som har implementert HVDC-overføringssystemer. Storbritannia deler HVDC-forbindelser med flere naboland, inkludert Norge, Irland, Frankrike og Holland. I tillegg har USA økt investeringene i generering av ren energi, og adopsjonen av HVDC-overføring øker i et raskt tempo i landet. Det stadig voksende nettverket av motorveisystemer i USA gjør Nord-Amerika til det største markedet for HVDC-overføringssystem, med nesten en fjerdedel av omsetningsandelen av det globale markedet.
Imidlertid har et økende antall nye økonomier vist lovende vekst i fornybar energiproduksjon med utvikling av vannkraftstasjoner og vindkraftprosjekter. Utviklingsland er hjem for store sol- og vindenergiprosjekter, og UHVDC-overføringssystemer blir vedtatt for å imøtekomme den stadig økende kraftbehovet i disse landene.
Kina ble et av de ledende landene i verden som først vedtok et UHVDC-overføringssystem. I 2010 ble verdens første UHVDC-overføringslinje bygget av ABB-konsernet mellom Shanghai og Xiangjiaba i Kina med en effekt på 6,4 GW og en total lengde på rundt 1 907 km. Innen 2017 investerte landet over 400 milliarder yuan (57 milliarder dollar) for å utvikle minst 21 nye UHVDC-overføringslinjer i landet.
General Electric Company (GE) - et amerikansk multinasjonalt konglomerat - startet den første 1500 MW-fasen i det tofasede HVDC-kraftoverføringssystemet i Chhattisgarh, India, i 2017. Power Grid Corporation of India Limited - et indisk statlig elektrisk verktøy. selskap - investerte over 6300 crore INR i prosjektet. Kraftdepartementet kunngjorde at prosjektkapasiteten ble ytterligere oppgradert til 6000 MW med en investering på over 5 200 crore INR, i desember 2018. GE kunngjorde at dette var selskapets første UHVDC-prosjekt i India så vel som i verden, som er en 1 287 km motorvei med sendekraft på opptil 3000 MW.
Med den økende adopsjonen av UHVDC-overføringssystemer i fremvoksende økonomier, som Kina og India, vokser Asia-Stillehavsregionen (unntatt Japan) frem som et høyt vekstmarked for HVDC-overføringssystemer. De fremtidige trendene i sektoren for overføring og distribusjon av energi (T & D) er sterkt påvirket av blandingen av fornybare kraftkilder.
Økende investeringer i T & D-sektoren vil styrke fornybar energiproduksjon i de kommende årene. Dette vil følgelig utløse den globale adopsjonen av HVDC-overføringssystemer som en fleksibel og økonomisk løsning for å håndtere nye energiproduksjonsutfordringer og integrere fornybare kilder i de kommende årene.