HVDC və HVAC enerji köçürməsində HVDC-nin üstünlükləri nədir
HVDC-nin HVAC-dən hansı üstünlüklərə malikdir?
Elektrik enerjisi tüketicilərə çata qədər uzun məsafələr gətirilir. Qətiyyət ilə, elektrik stansiyaları, tez-tez uzaq yerlərdə, onlarla bir neçə substansiya arasındakı yüz mil dəyişməz məsafə boyu elektrik gətirirlər. Yüksək voltajlı daşıma, hem AC, hem də DC istifadə edilərkən, xətt zədələrini azaldır. Hələ ki, AC, elektrik sütunları və ev kontaktları vasitəsilə tanıdık olsa da, HVDC elektrik daşımada unikal üstünlüklərə malikdir.
Elektrik daşımının məqsədi, zədələri və maliyyətə olan təsiri minimala endirməkdir. Hər ikisi də təsir edən faktorlarla üzləşir, lakin HVDC daha çox üstünlüklərə malikdir. Bu məqalə, HVDC-nin HVAC-ə nisbətən üstünlüklərini araşdırır:
Düşük Daşım Maliyyəti
Daşım maliyyəti, terminal voltaj çevrilmə təchizatına, həvəskərin sayına/ölçüsüne, küləyin ölçüsünə və zədələrə bağlıdır. HVAC, çevrilmə üçün transformatorlardan istifadə edir - bu, HVDC-nin tiristor bazlı çeviricilərinə nisbətən sadə və ucuzdur, yeganə maliyyət üstünlüyüdür.
HVAC, üç fazlı daşım üçün ən azı 3 həvəskərə ehtiyac duyar. HVDC, yer kimi geri dönüş yolundan istifadə edərək, 1 (monopol) və ya 2 (bipol) həvəskər istifadə edir, bu da maliyyəti azaldır. Hətta üç fazlı həvəskərlər də HVDC iki bipolar bərabərsizlikləri vasitəsiylə iki dəfə qüvvət daşıyabilir.
HVAC, faza-yer və faza-faza aralığı daha böyük olmalıdır, bu da yüksək və geniş küləyə ehtiyac yaradır. HVDC küləyinin quraşdırılması maliyyətini azaldır. HVDC-da daşım zədələri də ancaq nəticəsindən daha azdır, bu da onu daha effektiv edir.
Ümumi daşım maliyyəti iki əsas kategoriya olaraq bölünə bilər: terminal stansiyası maliyyəti və daşım xətti maliyyəti. İlkin, daşım məsafəsinə asılı olmayan sabit xərcdir, sonuncusu isə xətt uzunluğu ilə dəyişir. AC terminal maliyyətləri nisbətən aşağıdır, lakin HVDC terminal maliyyətləri ciddi şəkildə yüksəkdir. Amma, HVAC daşım xətləri üçün 100 km başına maliyyət, HVDC xətləri üçün 100 km başına maliyyətdən çox daha yüksəkdir. Buna görə, HVAC və HVDC-nin ümumi maliyyət eynilik nöqtəsi adlanan bir nöqtədə kəsişir.
Eynilik məsafəsi, HVAC-nin ümumi investisiya maliyyətinin HVDC-nin ümumi investisiya maliyyətindən artıq olduğu daşım məsafəsidir. Bu məsafə, daşım növünə görə dəyişir: havadan keçirilən xətlər üçün təxminən 400-500 mil (600-800 km), su altı xətləri üçün 20-50 km, topraq altı xətləri üçün 50-100 km. Bu limitin öndə, HVDC, elektrik daşımında daha effektiv və ekonomik olaraq cazibəli seçim olur.
HVDC daşımı, HVAC-a nisbətən ciddi şəkildə aşağı zədələr ilə nəticələnir, belə sahələrdə kilit iyilişlər gözəlir:
Reaktiv Qüvvət Zədələrinin Olmaması
HVAC daşımı, reaktiv qüvvət zədələrinə məruz qalır, bu da xətt uzunluğuna, frekense və alıcı ucundaki induktiv yükə müxtəlif olaraq doğrudan orantılıdır. Bu zədələr, effektiv qüvvət transferini azaldır və enerjiyi itirir, etibarlı HVAC xətlərinin maksimum uzunluğunu məhdudlaşdırır. Bu problemləri həll etmək üçün, HVAC sistemləri seriya və paralel kompensasiyadan istifadə edərək VAR-ları (volt-amper reaktiv) azaltır və istikrarlı saxlayır.
Özü də, HVDC, frekansa və yükləmə akımına malik deyil, bu da reaktiv qüvvət zədələrini tamamilə ortadan qaldırır. Bu, belə kompensasiya tədbirlərinə ehtiyacını silir.
Aşağı Korona Zədələri
Daşım voltajıkritik bir mərhələni aşdıqda (korona başlama voltajı), həvəskərlərin etrafındakı hava molekülləri ionlaşır, enerjiyi itirən (korona deyişməsi) yanğıqlar yaradır. Korona zədələri, voltaj səviyyəsinə və frekansına asılıdır. DC-nin frekansı sıfırdan, HVDC korona zədələri HVAC sistemlərinin təxminən üçdə biridir.
Cilt Etkisinin Olmaması
Alternativ akım, cilt etkisi göstərir, burada akım həvəskərin səthinə qapanır, mərkəzi istifadə olunmur. Bu düzsüz akım paylaması, həvəskərin effektiv kəsi sürəhçəsini azaldır, direnci artırır (direnc, alanın tərs orantılıdır) və bu da HVAC xətlərində I²R zədələrini artırır. HVDC, sabit dovrulamaz akımı ilə, bu etkidən qaçır, həvəskərin səthindən onun mərkəzinə qədər düzgün akım paylaması təmin edir və direksiyalı zədələri minimuma endirir.
Radiasiya və Induksiya Zədələrinin Olmaması
HVAC daşım xətləri, daimi dəyişən maqnit sahələri səbəbindən radiasiya və induksiya zədələrinə məruz qalır. Radiasiya zədələri, uzun AC xətlərinin antenlər kimi davranması, itirilən enerjiyi geri qaytarıla bilməyən radyasiya yaydığından yaranır. İnduksiya zədələri, alternativ sahədən nəticələnən yaxın həvəskərlərdə meydana gələn akımlardan yaranır.HVDC sistemlərində, maqnit sahə sabitdir, bu da hem radiasiya, hem də induksiya zədələrini tamamilə ortadan qaldırır.
Yükləmə Akımı Zədələrinin Azalması
Topraq altı və su altı kablolarında, mövcud olan parazit kapasitansi var, bu da onların enerji daşımaqdan əvvəl yüklənməsi lazımdır. Kapasitans, kabel uzunluğu ilə birgə artır, və beləliklə yükləmə akımı da orantılı olaraq artır.
AC sistemlərdə, kablolar saniyədə bir neçə dəfə yüklənir və boşalır, bu da dövriyi saxlamaq üçün mənbədən ekstra akım tələb edir. Bu ekstra akım, kablelərdə I²R zədələrini artırır.HVDC kabloları, isə ilk enerji veriləndə və ya dəyişdirildikdə yalnız bir dəfə yüklənir. Bu, davamlı yükləmə akımları ilə bağlı olan zədələri ortadan qaldırır.
Dielektrik Isı Zədələrinin Olmaması
AC sistemlərdəki alternativ elektrik sahə, daşım xətlərindəki izolyasiya materiallarına təsir edir, onları enerjiyi çəkərək isıya çevirməyə məcbur edir - bu, dielektrik zədə adlanır. Bu, enerjiyi itirir və izolyasiyanın ömrünü qısaldır.HVDC sistemləri, sabit elektrik sahə yaratır, bu da dielektrik zədələri və ilə bağlı izolyasiya isı problemlərini qarşısını alır.
3) İnce Həvəskərlər
AC-dəki cilt etkisi, akımın həvəskərin səthinə qapanmasına səbəb olur, bu da daha thick həvəskərlər tələb edir ki, səth sahəsi artırılsın və daha yüksək akımlar qabul edilsin.HVDC, cilt etkisindən azad olaraq, akımın həvəskərin kəsi sürəhçəsində düzgün paylanması təmin edir. Bu, həvəskərlərin materyal və ağırlığını azaltarkən, eyni akım daşıma qabiliyyətini saxlayarak ince həvəskərlərin istifadəsinə imkan verir.
4) Xətt Uzunluğu Məhdudiyyətləri
HVAC xətləri, reaktiv qüvvət zədələri ilə məruz qalır, bu da xətt uzunluğu ilə birgə artır. Bu, HVAC daşım məsafəsinə kritik məhdudiyyət qoyur: havadan keçirilən xətlər üçün təxminən 500 km-dən sonra, reaktiv qüvvət zədələri çox yüksək olur, sistemi instabil edir.HVDC daşımı, isə belə uzunluq məhdudiyyətlərinə malik deyil, bu da onu süper uzun məsafələr üçün ideal edir.
5) Aşağı Kabel Reytinq Tələbləri
Kablolar, maksimum dayandırıla bilən voltaj və akım əsasında reytinqlənir. AC sistemlərdə, zirvə voltaj və akım, ortalama qiymətlərinə (geri qayıtılır amma real gətirilən gücü ifadə edir) təxminən 1.4 dəfə yüksəkdir. Amma, həvəskərlər bu zirvə qiymətlərə uyğun olmalıdır.DC sistemlərdə, zirvə və ortalama qiymətlər eynidir. Bu, HVDC-nin HVAC-ə nisbətən daha aşağı voltaj və akım reytinqli kablolarla eyni gücü daşımağa imkan verir. Faktiki olaraq, HVAC sistemləri, daha yüksək zirvə tələbləri səbəbindən həvəskərin kapasitetinin təxminən 30%-ını itirir.
6) Dar Sahə
"Sahə" termini, daşım infrastrukturuna lazımi olan torpaq koridorunu ifadə edir. HVDC sistemləri, daha kiçik küləylər və az həvəskərlər ilə dar sahə tələb edir.HVAC, isə daha çox həvəskər və daha böyük izolyatorlar (AC zirvə voltajları üçün reytinqlənmiş) dəstəkləmək üçün daha yüksək küləylərə ehtiyac duyar, bu da daha güclü struktural dəstək tələb edir. Bu geniş izi, materyal, tikinti və torpaq maliyyətini artırır - bu da HVDC-nin sahə effektivliyində üstünlüklərinə səbəb olur.
7) Üstünlüklü Kabel Bazlı Daşım
Topraq altı və su altı kablolar, bir neçə həvəskərdən ibarətdir və onlar arasındakı izolyasiya, parazit kapasitansi yaratır. Bu kablolar, tamamilə yüklənənə qədər enerji daşıya bilməz, və kapasitans (və beləliklə yükləmə akımı) uzunluq ilə birgə artır.AC sistemləri, kabloları saniyədə 50-60 dəfə yükləyir və boşalır, bu da I²R zədələrini artırır və kabel uzunluğunu məhdudlaşdırır. HVDC kabloları, isə yalnız bir dəfə (ilk enerji verildikdə və ya dəyişdirildikdə) yüklənir, bu da belə zədələri və uzunluq məhdudiyyətlərini ortadan qaldırır.Bu, HVDC-ni dərin dəniz, su altı və topraq altı kabel daşımında tercih edilən seçimi edir.
8) Bipol Daşım
HVDC, müxtəlif daşım rejimlərini dəstəkləyir, bipol daşım, geniş istifadə edilən və maliyyət etibari ilə effektiv bir seçimdir. Bu, iki paralel həvəskərdən ibarətdir, onların polarlari zəminə nisbətən müqayisədən qarşıdır.Əgər bir xətt arızaya uğrayır və ya kəsiklər, sistem monopoldaşım rejiminə avtomatik olaraq keçir: qalan xətt, zəminin geri dönüş yolunu istifadə edərək, akım təmin etməyə davam edir.
9) Kontrollü Güc Akışı
HVDC çeviriciləri, diod bazlı elektronika əsasında, AC şəbəkələrində güc akışını dəqiqliklə idarə etməyə imkan verir. Onların tez dəyişmə qabiliyyəti (dövrün bir neçə dəfəsi ərzində işləmək), harmonik performansı artırır, gücü salmaqları dämp edir və şəbəkənin güc təminat kapasitesini optimallaşdırır.
10) Tez Arıza Təmizləməsi
Arıza akımları - elektrik arızalarından nəticələnən normal olmayan akımlar, ciddi risklər yaradır. HVAC sistemlərində, yüksək arıza akımları, daşım xətlərini, stansiyaları, jeneratörleri və yükü zədələyə bilər.HVDC, belə riskləri minimuma endirir: arıza akımları aşağıdır, zədələrin spesifik hissələrə məhdudlaşmasını təmin edir, və tez dəyişmə qabiliyyəti, tez arıza cavabını təmin edir, sistemin istehsalat gücünü artırır.
11) Asinkron Şəbəkələrin Birləşdirilməsi
HVDC, fərqli parametrlərə (məsələn, frekans, faz) malik asinkron AC şəbəkələrinin birləşdirilməsini təmin edir.Bölgələr, adətən fərqli frekanslardan (məsələn, Avropada 50 Hz, ABŞ-da 60 Hz) istifadə edir, və şəbəkələr faz fərqlərinə malik olmaqla, birbaşa AC birləşdirilməsi mümkün deyil. HVDC, frekans və faz məhdudiyyətlərindən azad olaraq, bu müstəqil sistemləri asanlıqla birləşdirir.
12) Ağıllı Şəbəkələrin Təmin Edilməsi
Ağıllı şəbəkələr, kiçik miqyaslı jeneratörleri (güneş, rüzgar, nüvə) bir şəbəkəyə birləşdirir və zəka enerji akışı idarəsini təmin edir.Bu, HVDC ilə mümkündür, çünki HVDC, jenerasiya vahidlərinin asinkron birləşdirilməsini dəstəkləyir və gücü tamamilə idarə etməyə imkan verir, bu da ağıllı şəbəkə tələblərinə uyğundur.
13) Aşağı Səs Təcridi
HVDC, HVAC-ə nisbətən yaxın kommunikasiya xətlərinə daha az səs təcridi yaradır.HVAC, audiolu buzulma, radyo və TV təcridi yaradır, bu da frekasına bağlıdır. HVDC, sıfır frekaslı olduğundan, minimum səs təcridi yaradır. Əlavə olaraq, HVAC səs təcridi pis hava şəraitində artır, lakin HVDC səs təcridi azalır, bu da daha stabil işləməyə imkan verir.
