MVDC: آینده شبکه های برق کارآمد و پایدار

چهارچوب انرژی جهانی در حال تغییر بنیادی به سمت "جامعه‌ای کاملاً الکتریکی" است، که با گسترش انرژی‌های کربن‌نیوترال و الکتریفیکاسیون صنعت، حمل و نقل و بارهای مسکونی مشخص می‌شود.

در زمینه قیمت بالای مس، منازعات مواد معدنی حیاتی و شبکه‌های الکتریکی جریان متناوب پرجمعیت، سیستم‌های جریان مستقیم متوسط ولتاژ (MVDC) می‌توانند بسیاری از محدودیت‌های شبکه‌های معمولی جریان متناوب را غلبه کنند. MVDC ظرفیت و کارایی انتقال را به شدت افزایش می‌دهد، ادغام عمیق منابع و بارهای انرژی مبتنی بر DC را امکان‌پذیر می‌کند، وابستگی به مواد معدنی حیاتی را کاهش می‌دهد و انتقال‌های کم‌کربن را پشتیبانی می‌کند.

در حالی که جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای انتقال انبوه انرژی در فواصل طولانی و جریان مستقیم ولتاژ پایین (LVDC) برای دستگاه‌های کاربر نهایی استفاده می‌شود، MVDC (1.5 kV تا 100 kV) یک شکاف مهم در توزیع انرژی متوسط مقیاس و یکپارچه‌سازی منابع را پر می‌کند.

نکات کلیدی:

نیاز فزاینده:
الکتریفیکاسیون حمل و نقل و صنعت، همراه با افزایش بارهای پرچگالی جدید مانند مراکز داده، انتظار می‌رود که به طور چشمگیری تقاضای کلی برق را افزایش دهد.

گسترش فناوری‌های DC:
اجزای اصلی سیستم‌های انرژی مدرن—مانند خورشیدی فتوولتائیک، ذخیره‌سازی باتری، روشنایی LED، بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی و شارژرهای خودروهای برقی—طبیعتاً مبتنی بر DC هستند. در شبکه‌های AC معمولی، این امر نیازمند تبدیل ناکارآمد AC-DC در نقطه استفاده است.

مزیت دوگانه: ظرفیت و کارایی:
سیستم‌های MVDC می‌توانند تقریباً دو برابر انرژی ساختارهای معادل AC را منتقل کنند، که مسیری برای به‌روزرسانی مسیرهای موجود و کاهش نیاز به ساخت جدید ارائه می‌دهد. اتلاف انرژی در MVDC نیز کمتر از سیستم‌های AC است.

یکپارچه‌سازی برتر:
MVDC یک رابط کارآمد از نوع DC برای فناوری‌های مبتنی بر DC، از جمله مزارع خورشیدی، ذخیره‌سازی باتری، مراکز داده، الکترولیزر صنعتی و ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی در مقیاس مگاوات ارائه می‌دهد.

کنترل و انعطاف‌پذیری بهبود یافته:
کنورترهای الکترونیک قدرت در قلب سیستم‌های MVDC مدیریت فعال شبکه را امکان‌پذیر می‌کنند، که اجازه کنترل دقیق جریان قدرت و ولتاژ را می‌دهد. این امر تسهیل اتصال بخش‌های شبکه و بهبود کیفیت و ثبات قدرت در شبکه‌های AC موازی را فراهم می‌کند.

پایداری بهبود یافته زیرساخت‌ها:
برای ظرفیت انتقال یکسان، کابل‌ها و خطوط MVDC به حدود نیمی از مس، آلومینیوم و فولاد سیستم‌های AC نیاز دارند. به طور مشابه، تجهیزات تبدیل قدرت MVDC ماده بسیار کمتری نسبت به ترانسفورماتورهای AC معمولی (مثلاً حدود 1500 تن در مقابل 25000 تن برای هر GVA) نیاز دارند.

کاربردهای MVDC آماده برای رشد بازار

رانندگان رشد کلیدی عبارتند از:

• سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS)

• مراکز داده

• الکترولیزر صنعتی

• شارژ خودروهای برقی در مقیاس مگاوات

• یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر

موارد اساسی مانع همچنان وجود دارد

با وجود پتانسیل خود، گسترش گسترده MVDC با چالش‌های کلیدی مواجه است:

• هزینه‌های اولیه بالای کنورترهای قدرت و اجزا

• مسائل فنی حل‌نشده در مدیریت خطا، خاموشی قوس الکتریکی و خوردگی

• ریسک پیری سریع‌تر در زیرساخت‌های AC بازسازی شده تحت بار DC

استانداردسازی به سرعت لازم است

معین‌ترین مانع عدم وجود استانداردهای جامع برای فناوری MVDC، طراحی سیستم و عملکرد است. این شکاف از یکپارچگی، قابلیت اطمینان و اقتصادی بودن جلوگیری می‌کند. تلاش‌های فوری برای تعریف اصطلاحات استاندارد، سطوح ولتاژ، نرخ تجهیزات و برنامه‌های محافظت لازم است.

نتیجه‌گیری

فناوری MVDC آماده است تا به عنوان یک سنگ بنای جامعه‌ای کاملاً الکتریکی در آینده، مزایای قابل توجه محیطی، اقتصادی و عملیاتی ارائه دهد. در حالی که انتقال به یک سیستم انرژی بدون کربن چالش‌های بسیاری را مطرح می‌کند، MVDC راه‌حلی کارآمدتر، انعطاف‌پذیرتر، مقاومتر و پایدارتر برای شبکه‌های آینده ارائه می‌دهد.