Důvody použití střídavého proudu pro dlouhodobý přenos elektrické energie

Historický vývojový faktor

Ranné elektrické systémy byly dominovány střídavým proudem: V raných dobách vývoje elektrických systémů byla technologie alternátorů a transformátorů relativně zralá a snadno vyrábětelná.

Střídavý systém mohl snadno změnit úroveň napětí pomocí transformátoru, aby dosáhl vysokonapěťové přenosy pro snížení ztrát na lince. Proto byl střídavý přenos široce používán v raných dobách a tím se vytvořil obrovský elektrický sítový systém.

Technické zvážení

Výhody transformátorů ve střídavých systémech

Přenos střídavého proudu lze snadno zvýšit nebo snížit pomocí transformátorů. Na straně výroby elektrické energie se výstupní napětí generátoru zvyšuje, aby se snížil proud a ztráty na lince. Na spotřebičové straně se napětí snižuje na úroveň vhodnou pro uživatele pomocí transformátoru. Současná technologie transformátorů pro stejnosměrný proud je relativně komplikovaná a nákladná a není tak flexibilní při nastavování napětí pro dálkový přenos jako transformátory střídavého proudu.

Kompensace reaktivního výkonu

Reaktivní výkon lze snadno kompenzovat ve střídavém systému. Reactivní výkon je energie potřebná k udržení elektrických a magnetických polí v elektrickém systému, ale nedělá žádnou práci vně. Při dálkovém přenosu se vygeneruje velké množství reaktivního výkonu kvůli induktivitě a kapacitě linky.

Instalací zařízení pro kompenzaci reaktivního výkonu v transformačních stanicích lze zlepšit koeficient využití výkonu systému a snížit ztráty na lince a fluktuace napětí. Naopak kontrola reaktivního výkonu v systémech HVDC je relativně komplexní a vyžaduje specializované zařízení pro kompenzaci.

Propojení sítí

Většina existujících elektrických systémů jsou síťové systémy střídavého proudu a propojení mezi střídavými systémy je relativně snadné. Pomocí transformátorů a spínacího zařízení lze realizovat spojení a výměnu výkonu střídavých sítí v různých oblastech a různých úrovních napětí, což zlepšuje spolehlivost a stabilitu sítí.

Propojení mezi systémem přenosu stejnosměrného proudu a střídavým systémem musí být provedeno převodnicí, což je obtížné a nákladné. V rozsáhlých síťových systémech umožňuje propojení střídavých systémů flexibilnější alokaci výkonu a sdílení zdrojů.

Ekonomické aspekty nákladů

Náklady na zařízení

V současné době jsou technologie zařízení pro přenos střídavého proudu, jako jsou transformátory, spínače, vypínače atd., zralé a jejich výrobní náklady jsou relativně nízké. Zařízení převodnice v systému přenosu stejnosměrného proudu je komplexní, zahrnuje převodné klapy, filtry stejnosměrného proudu, rovnítkové čidlo atd., a náklady jsou vysoké.

Například náklady na stavbu převodnice HVDC mohou být několikrát vyšší než náklady na ekvivalentní transformační stanici střídavého proudu.

Náklady na údržbu

Po dlouhodobém vývoji a aplikaci zařízení pro přenos střídavého proudu je technologie údržby relativně zralá a náklady na údržbu jsou nízké. Požadavky na údržbu zařízení v systému přenosu stejnosměrného proudu jsou vysoké, vyžadují odborné techniky a speciální testovací zařízení, a náklady na údržbu jsou vysoké.

Aplikace

• Dálkový přenos velkého výkonu: Pro dálkový (více než několik set kilometrů) přenos velkého výkonu má přenos HVDC relativně nízké ztráty. Protože přenos stejnosměrného proudu nemá induktivní a kapacitní efekty střídavého proudu, není problém s reaktivním výkonem.

• Přenos podmořským kabelem: Při přenosu podmořským kabelem způsobí kapacitní proud střídavého kabelu velké ztráty a nárůst napětí, zatímco kabel stejnosměrného proudu tento problém nemá, proto má vysokonapěťový přenos stejnosměrného proudu podmořským kabelem velkou výhodu.