أسباب استخدام التيار المتردد لنقل الطاقة على مسافات طويلة

عامل التطور التاريخي

كانت النظم الكهربائية الأولى تسيطر عليها التيار المتردد: في الأيام الأولى لتطوير النظم الكهربائية، كانت تقنية المولدات والمحوّلات ناضجة وسهلة الصنع.

يمكن للنظام المتردد تغيير مستوى الجهد بسهولة عبر المحوّل لتحقيق نقل عالي الجهد لتقليل خسائر الخطوط، لذا تم استخدام النقل بالتيار المتردد بشكل واسع في الأيام الأولى وشكل نظام شبكات كهربائية ضخمة.

الاعتبارات الفنية

مزايا المحوّلات في الأنظمة المترددة

يمكن رفع وتخفيف نقل التيار المتردد بسهولة باستخدام المحوّلات. في طرف إنتاج الطاقة، يتم زيادة الجهد الخارجي للمولد لتقليل التيار وتقليل فقد الطاقة على الخط. وفي طرف الاستهلاك، يتم تخفيض الجهد إلى مستوى مناسب للمستخدم عبر المحوّل. تقنية المحولات الحالية للتيار المستمر معقدة وغالية الثمن، ومن الصعب تعديل الجهد بقدر ما يمكن للمحوّلات المترددة في النقل البعيد.

تعويض القوة غير الفعالة

يمكن تنفيذ تعويض القوة غير الفعالة بسهولة في النظام المتردد. القوة غير الفعالة هي الطاقة اللازمة لصيانة المجالات الكهربائية والمغناطيسية في النظام الكهربائي، ولكنها لا تقوم بأي عمل خارجي. في النقل البعيد، يتم إنتاج كمية كبيرة من القوة غير الفعالة بسبب آثار الإندكتانس والقدرة السعة للخط.

عن طريق تركيب أجهزة تعويض القوة غير الفعالة في محطات التحويل، يمكن تحسين عامل القدرة في النظام وتقليل فقد الخطوط والتقلبات الجهدية. في المقابل، يكون السيطرة على القوة غير الفعالة في أنظمة النقل المباشر عالي الجهد معقدة نسبياً وتتطلب معدات متخصصة للتعويض.

ربط الشبكات

معظم النظم الكهربائية الموجودة حالياً هي شبكات كهربائية مترددة، وربط الأنظمة المترددة بين بعضها البعض سهل نسبياً. عن طريق المحوّلات وأجهزة التحكم، يمكن تحقيق الربط والتبادل الطاقي بين شبكات الطاقة المترددة في المناطق المختلفة وبمستويات جهد مختلفة، مما يحسن موثوقية واستقرار الشبكات الكهربائية.

يحتاج ربط نظام النقل المباشر مع النظام المتردد إلى تحويل عبر محطة التحويل، وهو أمر صعب وغالي الثمن. في الشبكات الكهربائية الكبيرة، يجعل ربط الأنظمة المترددة توزيع الطاقة ومشاركة الموارد أكثر مرونة.

الجانب الاقتصادي

تكلفة المعدات

حالياً، المعدات المستخدمة في نقل التيار المتردد مثل المحوّلات والأجهزة المفتاحية والقواطع الكهربائية وغيرها من التقنيات ناضجة وتكلفة الإنتاج فيها منخفضة نسبياً. المعدات في محطة التحويل لنظام النقل المباشر معقدة، بما في ذلك صمامات التحويل والفلاتر المباشرة والردود العازلة، وهي غالية الثمن.

على سبيل المثال، يمكن أن تكون تكلفة بناء محطة تحويل HVDC عدة مرات أو أكثر من تكلفة محطة تحويل مكافئة تعمل بالتيار المتردد.

تكلفة الصيانة

بعد التطوير والاستخدام طويل الأمد لمعدات نقل التيار المتردد، أصبحت تقنية الصيانة ناضجة وتكلفة الصيانة منخفضة. تتطلب معدات نظام النقل المباشر مستويات عالية من الصيانة، والتي تحتاج إلى فنيين متخصصين ومعدات اختبار خاصة، وتكون تكلفة الصيانة عالية.

التطبيق

• نقل طويل المدى وكبير السعة: بالنسبة لاحتياجات النقل طويلة المدى (أكثر من بضع مئات من الكيلومترات) وكبيرة السعة، تكون خسائر خط النقل المباشر عالي الجهد منخفضة نسبياً. حيث أن النقل المباشر لا يحتوي على تأثيرات الإندكتانس والقدرة السعة الموجودة في النقل المتردد، وبالتالي لا يوجد مشكلة القوة غير الفعالة.

• نقل الكابلات البحرية: في نقل الكابلات البحرية، يسبب التيار السعوي للكابل المتردد الكثير من الخسائر وارتفاع الجهد، بينما لا يواجه الكابل المباشر هذه المشكلة، لذا فإن نقل الكابلات البحرية المباشرة عالي الجهد له ميزة كبيرة.