סיבות לשימוש בזרם חילופין להעברת אנרגיה לחימה

גורם היסטורי לפיתוח

בימי הביניים של פיתוח מערכות החשמל, טכנולוגיית המחליפות והטרנספורמרים הייתה יחסית בשלת וקלה לייצור.

מערכת חילופין יכולה בקלות לשנות את רמת המתח באמצעות הטרנספורמר כדי להשיג העברת מתח גבוה לצמצום איבודי קו, ולכן העברת חילופין הייתה בשימוש נרחב בימים הראשונים והיווצרה מערכת תשתית חשמלית ענקית.

היקשים טכניים

יתרונות הטרנספורמרים במערכות חילופין

ניתן להעלות ולוריד בקלות את המתח באמצעות הטרנספורמרים בהעברת חילופין. בצד הייצור, מוגבר המתח הנפלט מהמפעיל כדי לצמצם את הזרם ולהפחית את איבודי החשמל בקו. בצד הצרוך, המתח מוריד לרמה מתאימה למשתמש דרך הטרנספורמר. טכנולוגיית המרת זרם ישר היא מורכבת יחסית ומקרנת, והיה קשה להתאים את המתח באופן גמיש כמו בטרנספורמרי חילופין בהעברות מרחק רב.

פיצוי כוח מגנטי

ניתן לבצע בקלות פיצוי כוח מגנטי במערכת חילופין. כוח מגנטי הוא האנרגיה הנדרשת כדי לשמור על שדות חשמליים ומגנטיים במערכת חשמל, אך אינו מבצע עבודה חיצונית. בהעברות מרחק רב, נוצר כמות גדולה של כוח מגנטי עקב השפעת הספקטורים והקיבולים בקו.

בהתקנה של מכשירי פיצוי כוח מגנטי בתחנות הפצה, ניתן לשפר את מקדם ההספק של המערכת, להפחית את איבודי הקו ואת השינויים במתח. לעומת זאת, בקרה על כוח מגנטי במערכות HVDC היא מורכבת יחסית ודורשת ציוד מיוחד לפיצוי.

חיבור רשתות

רוב המערכות החשמליות הקיימות הן רשתות חילופין, והחיבור בין מערכות חילופין הוא יחסית קל. באמצעות הטרנספורמרים והציוד המחליף, ניתן לתמוך בחיבור והחלפת חשמל בין רשתות חילופין באזורים שונים וברמת מתח שונה, ולשפר את האמינות והיציבות של הרשתות החשמליות.

החיבור בין מערכת העברת זרם ישר למערכת חילופין דורש המרה דרך תחנת המרה, שזהו קושי יקר. ברשתות חשמל גדולות, החיבור בין מערכות חילופין מאפשר הקצאת חשמל ושיתוף משאבים בצורה גמישה יותר.

היבט עלות כלכלית

עלות ציוד

כיום, הציוד לעברת חילופין כגון טרנספורמרים, מתגים, מפסקים ועוד טכנולוגיות בשלות, ועלויות הייצור נמוכות יחסית. הציוד בתחנת המרה במערכת העברת זרם ישר מורכב, כולל מגבר זרם, מסנן DC, ריאקטור שטוח ואחרים, ועלויותיהם יקרות.

לדוגמה, עלות בניית תחנת המרה HVDC יכולה להיות מספר פעמים או יותר מאשר תחנת הפצה AC מקבילה.

עלות תחזוקה

לאחר שנים רבות של פיתוח ושימוש בציוד העברת חילופין, טכנולוגיית התפעול היא בשלת ועלויות התפעול נמוכות. דרישות תחזוקת הציוד במערכת העברת זרם ישר גבוהות, דורשות טכנאים מקצועיים וציוד בדיקה מיוחד, ועלויות התפעול גבוהות.

יישום

• העברת מתח גבוה בכמות גדולה למרחקים ארוכים: עבור צורך בהעברת מתח גבוה בכמות גדולה למרחקים ארוכים (יותר מאלפיים קילומטר), איבודי קו של מערכת HVDC הם נמוכים יחסית. מכיוון שהמערכת לא כוללת השפעות ספקטור וקיבול של מערכות חילופין, אין בעיה של כוח מגנטי.

• העברת מתח גבוה באמצעות כבלים תת-ימיים: בהעברת מתח גבוה באמצעות כבלים תת-ימיים, מכיוון שהזרם הקיבולי של כבל חילופין יכול לגרום לאיבוד גדול ועליית מתח, וכבל DC אינו מציג בעיה זו, יש יתרון גדול בהעברת מתח גבוה באמצעות כבלים תת-ימיים במערכת DC.