- HVDC prijenos: Električni super autoput do nove ere obnovljivih izvora
- Tehnologija pretvarača napona (VSC) u HVDC prijenosnim sustavima
- Napredak u ultra HVDC (UHVDC) infrastrukturi istaknutoj za prijenos obnovljive energije
Potreba za učinkovitim i fleksibilnim sustavom za prijenos električne energije stalno se osjeća u današnjim industrijaliziranim gospodarstvima. Postoji niz mogućnosti dostupnih kreatorima politika i komercijalnim entitetima, a visokonaponski prijenosni sustavi istosmjerne struje (HVDC) pojavljuju se kao izvediv mehanizam upravljanja energijom.
Razvoj HVDC tehnologije najavljuje promjenu mora u načinu na koji se električna energija prenosi na velike udaljenosti, jer nudi višestruke prednosti u odnosu na prijenosne sustave izmjenične struje. HVDC prijenosni sustavi nude prednosti u pogledu nižih emisija i uštede troškova kada se postavljaju iznad glave na velike udaljenosti i pod zemljom ili pod vodom na kratke udaljenosti.
Nudeći maksimalnu prijelaznu učinkovitost i niže gubitke snage, bez obzira na udaljenost koju električna energija prijeđe, HVDC prijenosni sustavi stvaraju značajan potencijal za prijenos snage na velike udaljenosti, poput otoka, pa čak i kontinenata. Napredak u HVDC tehnologijama utire put obnovljivim sustavima električne energije, što znači pozitivne buduće izglede na tržištu prijenosnog sustava HVDC, koje je procijenjeno na gotovo 7,4 milijarde američkih dolara u 2018. godini.
HVDC prijenos: Električni super autoput do nove ere obnovljivih izvora
HVDC prijenosni sustavi pojavljuju se kao temelj na kojem se razvija i primjenjuje novi energetski sustav zasnovan na obnovljivim izvorima. Sustavi obnovljive energije, poput projekata solarne i vjetroelektrane, često su vrlo nestabilni i nalaze se u udaljenim područjima. HVDC tehnologija koja se neprekidno razvija dobiva na snazi u novom energetskom gospodarstvu s dalekovodima HVDC koji mogu prenositi energiju uz maksimalnu učinkovitost i minimalne gubitke.
HVDC vodovi postaju "super autocestama električne energije", koje na tri načina ubrzavaju budućnost sustava za proizvodnju obnovljive energije - međusobnim povezivanjem postojećih elektrana, razvojem novih solarnih elektrana i integriranjem offshore projekata za energiju vjetra. Snažni poluvodiči, visokonaponski kabeli i pretvarači među su ključnim komponentama HVDC tehnologije, koje unose značajke u moderni sustav istosmjerne (DC) prijenosa.
Potrebe za izgradnjom novih elektrana mogu se odgoditi primjenom HVDC prijenosnih sustava, jer oni međusobno povezuju različite elektroenergetske sustave radi učinkovitijeg rada. Novi elektroenergetski sustav može ostvariti veće gospodarske i ekološke dobitke koji proizlaze iz velikih hidroelektrana, koji zamjenjuju sustave toplinske proizvodnje u tradicionalnim elektroenergetskim sustavima putem HVDC dalekovoda.
HVDC prijenos postao je magistralni put za veliku integraciju obnovljivih izvora energije kako bi ponudio međusobno povezane mreže, koje su dovoljno pouzdane i fleksibilne da odgovore na izazove nove ekonomije obnovljivih izvora energije. HVDC prijenosne mreže omogućuju uravnoteženje opterećenja između HVDC super autoputeva i dijeljenje vodova i pretvaračkih stanica u solarnim projektima i obalnim vjetroelektranama. Stoga se postavljanje HVDC prijenosnih sustava smatra ekonomski održivim načinom pružanja redundancije i pouzdanosti u takvim elektroenergetskim mrežama.
Uz to, HVDC prijenosni sustavi nude i izvediva rješenja za postojeće izazove u pogledu prava na prolazak. Jedan HVDC prijenosni sustav postavljen nadzemno može se pokazati pouzdanijim od dvosmjernog izmjeničnog dalekovoda. HVDC infrastruktura može poboljšati prijelaznu učinkovitost električne energije korištenjem izoliranih HVDC kabela u podzemnim i podmorskim aplikacijama, što može ubrzati procese dozvole prijelaza. Štoviše, HVDC prijenosni sustavi također se mogu instalirati uz ili na postojeće izmjenične vodove, smanjujući potrebe za korištenjem zemljišta u prednosti.
Tehnologija pretvarača napona (VSC) u HVDC prijenosnim sustavima
HVDC prijenosni sustavi koriste pretvarače s pretvaračem struje (LCC), koji za rad zahtijevaju jalovu snagu serijskih kondenzatora, razvodnih baterija ili filtara. Međutim, konvencionalni HVDC prijenosni sustav ne nudi dinamičku potporu napona izmjeničnoj mreži i kontrolira napon sustava u prihvatljivom opsegu, unutar željene tolerancije. Slijedom toga, pretvarači napona napajanja koriste se u konvencionalnim HVDC prijenosnim sustavima, ne samo za pružanje dinamičke regulacije napona na izmjeničnoj mreži, već i za kontrolu protoka snage u sustavu.
HVDC prijenosni sustavi temeljeni na VSC tehnologiji mogu ponuditi neovisno upravljanje aktivnom i reaktivnom snagom bez komutacijskih kvarova. Prebacivanje IGBT ventila u HVDC prijenosu temeljenom na VSC-u slijedi modulaciju širine impulsa (PWM), što omogućuje sustavu prilagodbu faznog kuta i amplitude izmjeničnog napona pretvarača s konstantnim istosmjernim naponom.
Uz to, sustavi prijenosa HVDC temeljeni na VSC-u sastoje se od dva neovisna sustava upravljanja i zaštite koji se sastoje od procesora digitalnih signala i mikrokontrolera i nude redundanciju kako bi se osigurala visoka pouzdanost. Takve se značajke pripisuju sklonosti krajnjih korisnika prema VSC tehnologiji u odnosu na LCC tehnologiju u HVDC prijenosnim sustavima.
HVDC sustavi temeljeni na VSC-u rastu u popularnosti na tržištu HVDC prijenosnih sustava, s preko 55% udjela u prihodu na tržištu. Tehnologija prijenosa zasnovana na VSC-u postala je punoljetna za konvencionalne HVDC prijenosne sustave, unatoč tome što je relativno skuplja opcija za primjene prijenosnih sustava s višom ocjenom.
Vodeće tvrtke na tržištu HVDC prijenosnog sustava pojačavaju usvajanje VSC tehnologije za poboljšanje pouzdanosti HVDC prijenosa u projektima obnovljivih izvora energije koji se provode širom svijeta. Na primjer, Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - vodeći japanski proizvođač sustava za proizvodnju električne energije - najavila je u ožujku 2019. instalaciju prijenosne veze HVDC sa sjedištem na VSC-u koja povezuje japansko kopno (Honshu) sa sjevernim otokom Hokkaido. Tvrtka najavio je da je ovo prvi japanski HVDC sustav zasnovan na VSC-u koji u svakom trenutku osigurava 600 MW interkonektivnih kapaciteta.
U travnju 2019. ABB Group - švicarsko-švedska multinacionalna korporacija koja posluje u segmentima električne energije, teške električne opreme i automatizacije - objavila je da je osnovala zajedničko ulaganje s Hitachi, Ltd. - japanskom multinacionalnom konglomeratnom tvrtkom - za isporuku VSC-a HVSC prijenosni sustav zasnovan na trafostanici Higashi-Shimizu u Japanu. Tvrtka je najavila da će HVDC prijenosni sustavi temeljeni na VSC-u sadržavati dva VSC-pretvarača (po 300.000 kW), a Hitachi će konstruirati sustav koji će se sastojati od Hitachijevih pretvarača-pretvarača i ABB-HVDC pretvarača sa sustavom upravljanja i zaštite.
Napredak u ultra HVDC (UHVDC) infrastrukturi istaknutoj za prijenos obnovljive energije
Razvoj UHVDC prijenosnog sustava jedan je od najnovijih napretka u HVDC prijenosnoj tehnologiji, koji omogućuje prijenos istosmjernog napona od najmanje 800 kV; konvencionalni HVDC prijenosni sustav obično koristi napone između 100 kV i 600 kV. Kako se novo globalno energetsko gospodarstvo postupno kreće prema elektroenergetskim mrežama kontinentalne razmjere, UHVDC prijenosni sustavi vjerojatno će dobiti ogroman značaj u cijelom svijetu.
Razvijene regije su među najpovoljnijim tržištima za UHVDC prijenosne sustave, jer razvijene zemlje proizvode velike količine obnovljive energije. Sjeverna Amerika i Europa su među najvećim tržištima HVDC prijenosnih sustava, jer upravna tijela u tim regijama ulažu velika sredstva u razvoj HVDC infrastrukture kako bi ispunila svoje klimatske ciljeve.
Ujedinjeno Kraljevstvo je među vodećim europskim zemljama koje su implementirale HVDC prijenosne sustave. Velika Britanija dijeli HVDC veze s nekoliko susjednih zemalja, uključujući Norvešku, Irsku, Francusku i Nizozemsku. Uz to, Sjedinjene Države potiču ulaganja u proizvodnju čiste energije, a usvajanje HVDC prijenosa ubrzano se povećava u zemlji. Neprestano rastuća međudržavna mreža sustava autoputeva električne energije u SAD-u čini Sjevernu Ameriku najvećim tržištem HVDC prijenosnog sustava, s gotovo četvrtinom udjela u prihodu na globalnom tržištu.
Međutim, sve veći broj gospodarstava u usponu pokazuje razvoj proizvodnje energije iz obnovljivih izvora s razvojem hidroelektrana i projekata vjetroelektrana. Zemlje u razvoju dom su velikih projekata solarne i energije vjetra, a UHVDC prijenosni sustavi usvajaju se kako bi udovoljili sve većoj potražnji za energijom u tim zemljama.
Kina je postala jedna od vodećih zemalja na svijetu koja je prva usvojila UHVDC prijenosni sustav. ABB grupa je 2010. godine izgradila prvi UHVDC dalekovod na svijetu između Šangaja i Xiangjiabe u Kini, snage 6,4 GW i ukupne duljine oko 1.907 km. Do 2017. godine zemlja je uložila više od 400 milijardi juana (57 milijardi američkih dolara) za razvoj najmanje 21 novog UHVDC dalekovoda u zemlji.
General Electric Company (GE) - američki multinacionalni konglomerat - pustio je u rad prvu fazu od 1.500 MW dvofaznog HVDC sustava za prijenos električne energije u Chhattisgarhu, Indija, 2017. Power Grid Corporation of India Limited - indijska državna elektroprivreda tvrtka - u projekt uložila preko 6.300 cror INR. Ministarstvo energetike objavilo je da je projektni kapacitet dodatno povećan na 6000 MW, uz ulaganje od preko 5.200 cror INR, u prosincu 2018. GE je objavio da je ovo prvi projekt tvrtke UHVDC u Indiji, kao i u svijetu, što je 1.287 km autoputa energije s prijenosnom snagom do 3.000 MW.
Sa sve većim usvajanjem UHVDC prijenosnih sustava u gospodarstvima u razvoju, poput Kine i Indije, azijsko-pacifička regija (isključujući Japan) postaje tržište s visokim rastom za HVDC prijenosne sustave. Kombinacija obnovljivih izvora energije pod velikim je utjecajem na buduće trendove u sektoru prijenosa i distribucije električne energije (T&D).
Povećavanje ulaganja u sektor T&D ojačat će proizvodnju obnovljivih izvora energije u sljedećim godinama. To će posljedično pokrenuti globalno usvajanje HVDC prijenosnih sustava kao fleksibilnog i ekonomičnog rješenja za upravljanje novim izazovima proizvodnje energije i integriranje obnovljivih izvora u sljedećim godinama.