長距離電力送電に交流を使用する理由

歴史的な発展要因

初期の電力システムは交流が主流でした：電力システム開発の初期には、発電機と変圧器の技術が比較的成熟しており、製造も容易でした。

交流システムでは、変圧器を通じて簡単に電圧レベルを変更でき、高電圧送電により線路損失を減らすことができます。そのため、初期には交流送電が広く使用され、巨大な電力網システムが形成されました。

技術的考慮事項

交流システムにおける変圧器の利点

交流送電では、変圧器を使用して簡単に電圧を上げ下げすることができます。発電側では、発電機の出力電圧を上げることで電流を減らし、線路上での電力損失を減らします。受電側では、変圧器を通じてユーザーに適した電圧に低下させます。現在の直流変圧器技術は比較的複雑でコストが高く、長距離送電において交流変圧器のように柔軟に電圧を調整することは困難です。

無効電力補償

交流システムでは、無効電力補償を便利に行うことができます。無効電力は電力システム内の電磁場を維持するために必要なエネルギーですが、外部では作業を行いません。長距離送電では、線路のインダクタンスとキャパシタンス効果により大量の無効電力が生成されます。

変電所に無効電力補償装置を設置することで、システムの電力係数を改善し、線路損失と電圧変動を減らすことができます。一方、HVDCシステムにおける無効電力制御は比較的複雑であり、専用の設備を必要とします。

電力網の相互接続

既存の多くの電力システムは交流電力網であり、交流システム間の相互接続は比較的容易です。変圧器とスイッチギアを通じて、異なる地域や異なる電圧レベルの交流電力網の接続と電力交換を実現し、電力網の信頼性と安定性を向上させることができます。

直流送電システムと交流システムの相互接続は、変換所を通じて変換する必要があり、これは困難でコストがかかります。大規模な電力網では、交流システムの相互接続により、電力配分と資源共有がより柔軟になります。

経済的成本面

設備コスト

現在、変圧器、スイッチ、遮断器などの交流送電設備の技術は成熟しており、生産コストは比較的低いです。直流送電システムの変換所設備は複雑で、変換バルブ、直流フィルタ、平波リアクターなどが含まれており、コストは高額です。

例えば、HVDC変換所の建設コストは同等の交流変電所の数倍以上になることがあります。

メンテナンスコスト

交流送電設備の長期的な発展と応用により、メンテナンステクノロジーは比較的成熟しており、メンテナンスコストは低いです。直流送電システムの設備メンテナンス要求は高く、専門の技術者と特別なテスト設備が必要であり、メンテナンスコストは高くなります。

適用

• 長距離大容量送電：長距離（数百キロメートル以上）の大容量送電ニーズに対して、HVDC送電の線路損失は比較的低いです。直流送電には交流送電のようなインダクタンスとキャパシタンス効果がないため、無効電力問題はありません。

• 海底ケーブル送電：海底ケーブル送電では、交流ケーブルのキャパシティブ電流が大きな損失と電圧上昇を引き起こすため、直流ケーブルにはこの問題がないため、高電圧直流海底ケーブル送電には大きな利点があります。