Unsa ang mga Advantages sa HVDC Kontra sa HVAC sa Power Transmission?

Ano ang mga Advantages ng HVDC sa HVAC?

Ang kuryente ay naglalakbay ng mahabang layo bago ito marating ng mga consumer. Ang mga power plant, kadalasang malayo, ay nagbibigay ng kuryente sa pamamagitan ng daan-daang miles at maraming substation. Ang high-voltage transmission ay nagbabawas ng line losses, na ginagamit ang parehong AC at DC. Bagama't ang AC ay kilala sa pamamagitan ng utility poles at home outlets, ang HVDC ay nagbibigay ng mga unique advantages sa power transmission.

Ang layunin ng power transmission ay ang pagminimize ng losses at costs. Habang parehong nakakaranas ng mga influencing factors, ang HVDC ay may mas maraming advantages. Ang artikulong ito ay isinasalamin ang mga advantages ng HVDC sa HVAC:

Mas Mababang Transmission Costs
Ang transmission costs ay depende sa terminal voltage conversion equipment, conductor quantity/size, tower dimensions, at losses. Ang HVAC ay gumagamit ng transformers para sa conversion—mas simple at mas mura kaysa sa thyristor-based converters ng HVDC, ang tanging cost advantage nito.

Ang HVAC ay nangangailangan ng hindi bababa sa 3 conductors para sa 3-phase transmission. Ang HVDC, na gumagamit ng earth bilang return path, ay gumagamit ng 1 conductor (monopolar) o 2 (bipolar), na nagbabawas ng costs. Kahit ang 3-phase conductors ay maaaring magdala ng doble ang power sa pamamagitan ng HVDC double bipolar links.

Ang HVAC ay nangangailangan ng mas malaking phase-to-ground at phase-to-phase spacing, na nangangailangan ng mas mataas at mas lapad na towers. Ang HVDC towers ay nagbabawas ng installation costs. Ang HVDC ay may significantly lower transmission losses, na nagpapataas ng efficiency nito.

Ang total transmission costs ay maaring hatiin sa dalawang pangunahing kategorya: terminal station costs at transmission line costs. Ang unang bahagi ay isang fixed expense, independent sa transmission distance, habang ang ikalawa ay nagbabago depende sa line length. Ang AC terminal costs ay relatibong mababa, samantalang ang HVDC terminal costs ay significantly mas mataas. Gayunpaman, ang cost per 100 km para sa HVAC transmission lines ay mas mataas kaysa sa HVDC lines. Kaya, ang total cost curves para sa HVAC at HVDC ay nag-intersect sa isang punto na tinatawag na break-even distance.

Ang break-even distance ay ang transmission length na lumampas sa kung saan ang total investment cost ng HVAC ay lalamunan ng HVDC. Ito ay nag-iiba depende sa transmission type: humigit-kumulang 400–500 miles (600–800 km) para sa overhead lines, 20–50 km para sa underwater lines, at 50–100 km para sa underground lines. Lumampas sa threshold na ito, ang HVDC ay naging mas efficient at economically viable choice para sa power transmission.

Ang HVDC transmission ay may significantly lower losses kumpara sa HVAC, na may key improvements sa mga sumusunod na aspeto:

Walang Reactive Power Losses

Ang HVAC transmission ay nakakaranas ng reactive power losses, na directly proportional sa line length, frequency, at inductive loads sa receiving end. Ang mga losses na ito ay nagbabawas ng effective power transfer at nagwawasto ng energy, na naglimita sa maximum length ng efficient HVAC lines. Upang mapabilis ito, ang HVAC systems ay umasa sa series at shunt compensation upang mabawasan ang VARs (volt-ampere reactive) at panatilihin ang stability.

Sa kabaligtaran, ang HVDC ay nag-ooperate nang walang frequency o charging current, na nag-eeliminate ng reactive power losses. Ito ay nag-aalis ng pangangailangan para sa mga compensation measures.

Reduced Corona Losses

Kapag ang transmission voltage ay lumampas sa critical threshold (ang corona inception voltage), ang air molecules sa paligid ng conductors ay ionize, na nag-creating ng sparks (corona discharge) na nagwawasto ng energy. Ang corona losses ay depende sa voltage level at frequency. Dahil ang DC ay zero frequency, ang HVDC corona losses ay roughly one-third ng mga nasa HVAC systems.

Walang Skin Effect

Ang AC current ay nagpapakita ng skin effect, kung saan ang current ay nakoncentrate sa paligid ng surface ng conductor, na iniwan ang core underutilized. Ang uneven current distribution na ito ay nagbabawas ng effective cross-sectional area ng conductor, nagpapataas ng resistance (bilang ang resistance ay inversely proportional sa area) at nagresulta sa mas mataas na I²R losses sa HVAC lines. Ang HVDC, na may steady direct current, ay nag-iwas nito, na nagse-ensure ng uniform current distribution sa buong conductor at nagmimina ng resistive losses.

Walang Radiation o Induction Losses

Ang HVAC transmission lines ay nakakaranas ng radiation at induction losses dahil sa kanilang constantly varying magnetic fields. Ang radiation losses ay nangyayari dahil ang long AC lines ay gumagana tulad ng antennas, na radiating energy na irrecoverable. Ang induction losses ay nanggagaling sa currents induced sa nearby conductors ng alternating field.Sa HVDC systems, ang magnetic field ay constant, na nag-eeliminate ng both radiation at induction losses.

Reduced Charging Current Losses

Ang underground at underwater cables ay may inherent parasitic capacitance, na nangangailangan ng charging bago sila maitransmit ang power. Ang capacitance ay tumataas depende sa cable length, at kaya ang charging current ay tumaas proportionally.

Sa AC systems, ang cables ay nagcharge at nagdischarge multiple times per second, na nagdraw ng additional current mula sa source upang panatilihin ang cycle na ito. Ang extra current na ito ay nagpapataas ng I²R losses sa cable.Ang HVDC cables, sa kabilang banda, ay nangangailangan lamang ng charging once during initial energization o switching. Ito ay nag-eeliminate ng losses na kaugnay ng continuous charging currents.

Walang Dielectric Heating Losses

Ang alternating electric field sa AC systems ay nakakaapekto sa insulation materials sa transmission lines, na nag-absorb ng energy at nai-convert ito sa heat—a phenomenon na tinatawag na dielectric loss. Ito ay hindi lamang nagwawasto ng energy kundi nag-shorten rin ng insulation lifespan.Ang HVDC systems ay nag-generate ng constant electric field, na nag-eeliminate ng dielectric losses at ang associated insulation heating issues.

3) Mas Tipid na Conductors

Ang skin effect sa AC ay nag-concentrate ng current sa paligid ng surface ng conductor, na nangangailangan ng mas thick na conductors upang pataasin ang surface area at i-accommodate ang mas mataas na currents.Ang HVDC, na free from the skin effect, ay nag-aallow ng current na mag-distribute uniformly sa buong cross-section ng conductor. Ito ay nag-enable ng paggamit ng mas tipid na conductors habang pinapanatili ang same current-carrying capacity, na nagreresulta sa mas mababang material costs at weight.

4) Line Length Limitations

Ang HVAC lines ay nakakaranas ng reactive power losses na tumataas directly sa line length. Ito ay nag-impose ng critical limit sa HVAC transmission distance: lumampas sa humigit-kumulang 500 km para sa overhead lines, ang reactive power losses ay naging excessively high, na destabilizing ang system.Ang HVDC transmission, sa kabilang banda, ay walang ganitong length restrictions, na nagpapahusay nito para sa ultra-long-distance power delivery.

5) Reduced Cable Rating Requirements

Ang cables ay rated para sa maximum tolerable voltage at current. Sa AC systems, ang peak voltage at current ay roughly 1.4 times higher kaysa sa kanilang average values (na kumakatawan sa actual power delivered). Gayunpaman, ang conductors ay dapat rated para sa peak values na ito.Sa DC systems, ang peak at average values ay identical. Ito ay nangangahulugan na ang HVDC ay maaaring mag-transmit ng same power gamit ang cables na may mas mababang voltage at current ratings kumpara sa HVAC. Sa katunayan, ang HVAC systems ay effectively wasting about 30% ng conductor’s capacity dahil sa kanilang higher peak requirements.

6) Mas Narow na Right-of-Way

"Right-of-way" refers to the land corridor required for transmission infrastructure. Ang HVDC systems ay nangangailangan ng mas narow na right-of-way dahil sa kanilang smaller towers at fewer conductors.Ang HVAC, sa kabilang banda, ay nangangailangan ng mas mataas na towers upang suportahan ang mas maraming conductors at mas malalaking insulators (rated para sa AC peak voltages), na nangangailangan ng mas matibay na structural support. Ang mas malawak na footprint na ito ay nagpapataas ng material, construction, at land costs—making HVDC superior in terms of right-of-way efficiency.

7) Superior Cable-Based Transmission

Ang underground at submarine cables ay binubuo ng multiple conductors na hiwalayin ng insulation, na nag-creating ng parasitic capacitance sa pagitan nila. Ang mga cables na ito ay hindi maaaring mag-transmit ng power hanggang fully charged, at ang capacitance (at kaya ang charging current) ay tumataas depende sa length.Ang AC systems ay nagre-charge at nagde-discharge ng cables (50–60 times per second), na nagpapataas ng I²R losses at nag-limit sa cable length. Ang HVDC cables, sa kabilang banda, ay nangangailangan lamang ng charging once (during initial energization o switching), na nag-eeliminate ng such losses at length restrictions.Ito ay nagpapahusay ng HVDC bilang preferred choice para sa offshore, underwater, at underground cable transmission.

8) Bipolar Transmission

Ang HVDC ay sumusuporta ng versatile transmission modes, na may bipolar transmission bilang widely used at cost-effective option. Ito ay may dalawang parallel conductors na may opposite polarities, na balanced ang kanilang voltages relative sa earth.Kapag ang isa sa mga line ay nabigo o natumba, ang sistema ay seamless na switch sa monopolar mode: ang remaining line ay patuloy na nag-supply ng current, na gumagamit ng earth bilang return path.

9) Controllable Power Flow

Ang HVDC converters, na based sa solid-state electronics, ay nag-enable ng precise control over power flow sa AC networks. Ang kanilang rapid switching capability (operating multiple times per cycle) ay nag-enhance ng harmonic performance, nag-dampen ng power swings, at nag-optimize ng network’s power supply capacity.

10) Fast Fault Clearance

Ang fault currents—abnormal currents mula sa electrical faults—ay nagpapaharap ng significant risks. Sa HVAC systems, ang high fault currents ay maaaring mag-damage sa transmission lines, stations, generators, at loads.Ang HVDC ay nag-minimize ng such risks: ang fault currents ay mas mababa, na nag-limit ng damage sa specific sections, at ang kanyang fast-switching operation ay nag-ensure ng rapid fault response, na nagpapa-enhance ng system resilience.

11) Asynchronous Grid Interconnection

Ang HVDC ay nag-enable ng interconnection ng asynchronous AC grids na may iba’t ibang parameters (e.g., frequency, phase).Ang mga rehiyon kadalasang gumagamit ng distinct frequencies (e.g., 50 Hz sa Europe vs. 60 Hz sa U.S.), at ang mga grid ay maaaring may phase differences, na nagpapahirap ng direct AC interconnection. Ang HVDC, na operating nang walang frequency o phase constraints, ay madali na link ang mga independent systems.

12) Enabling Smart Grids

Ang smart grids ay nag-integrate ng small-scale generators (solar, wind, nuclear) sa isang unified network na may intelligent power flow control.Ito ay feasible sa HVDC, na sumusuporta sa asynchronous interconnection ng generation units at nagbibigay ng full control over power distribution, na aligned sa smart grid requirements.

13) Reduced Noise Interference

Ang HVDC ay nag-cause ng far less noise interference sa nearby communication lines kumpara sa HVAC.Ang HVAC ay nag-generate ng audible buzzing, radio, at TV interference, na intensity tied sa kanyang frequency. Ang HVDC, na zero frequency, ay nag-produce ng minimal noise. Karagdagang, ang HVAC noise ay tumataas sa bad weather, habang ang HVDC noise ay bumababa, na nag-ensure ng more stable operation.