HVDC की विद्युत प्रसारण में HVAC से क्या फायदे हैं

HVDC के HVAC से क्या फायदे हैं?

बिजली उपभोक्ताओं तक पहुंचने से पहले लंबी दूरी तय करती है। बिजली संयंत्र, अक्सर दूर स्थित, सैकड़ों मील और अनेक सबस्टेशनों के माध्यम से बिजली की आपूर्ति करते हैं। उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन नुकसान को कम करता है, जिसमें एसी और डीसी दोनों का उपयोग किया जाता है। हालांकि एसी बिजली के खंभों और घरेलू आउटलेट के माध्यम से परिचित है, लेकिन HVDC बिजली ट्रांसमिशन में अद्वितीय फायदे प्रदान करता है।

बिजली ट्रांसमिशन का लक्ष्य नुकसान और लागत को कम करना है। जबकि दोनों को प्रभावित करने वाले कारक होते हैं, HVDC में अधिक फायदे हैं। यह लेख HVDC के HVAC से फायदों का अध्ययन करता है:

कम ट्रांसमिशन लागत
ट्रांसमिशन लागत टर्मिनल वोल्टेज कनवर्टर उपकरण, कंडक्टर की मात्रा/आकार, टावर के आयाम, और नुकसान पर निर्भर करती है। HVAC ट्रांसफार्मर का उपयोग कनवर्टर के लिए करता है - यह HVDC के थायरिस्टर-आधारित कनवर्टरों की तुलना में सरल और सस्ता है, इसका केवल लागत फायदा है।

HVAC 3-फेज ट्रांसमिशन के लिए कम से कम 3 कंडक्टर की आवश्यकता होती है। HVDC, पृथ्वी का उपयोग रिटर्न पथ के रूप में करता है, 1 कंडक्टर (एकपोल) या 2 (द्विपोल) का उपयोग करता है, जिससे लागत कम हो जाती है। भले ही 3-फेज कंडक्टर भी HVDC डबल द्विपोल लिंक के माध्यम से दोगुनी शक्ति को ले जा सकते हैं।

HVAC बड़ी फेज-से-पृथ्वी और फेज-से-फेज दूरी की आवश्यकता होती है, जिसके लिए ऊंचे और चौड़े टावरों की आवश्यकता होती है। HVDC टावर इंस्टॉलेशन लागत को कम करते हैं। HVDC में ट्रांसमिशन नुकसान भी बहुत कम होता है, जिससे यह अधिक कुशल होता है।

कुल ट्रांसमिशन लागत को दो मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: टर्मिनल स्टेशन लागत और ट्रांसमिशन लाइन लागत। पहला एक निश्चित खर्च है, जो ट्रांसमिशन दूरी पर निर्भर नहीं करता, जबकि दूसरा लाइन की लंबाई पर निर्भर करता है। एसी टर्मिनल लागत अपेक्षाकृत कम है, जबकि HVDC टर्मिनल लागत बहुत अधिक है। हालांकि, HVAC ट्रांसमिशन लाइनों की 100 किमी प्रति लागत, HVDC लाइनों की तुलना में बहुत अधिक है। इस प्रकार, HVAC और HVDC की कुल लागत वक्र एक बिंदु पर प्रतिच्छेद करते हैं, जिसे ब्रेक-इवन दूरी कहा जाता है।

ब्रेक-इवन दूरी वह ट्रांसमिशन लंबाई है, जिससे परे HVAC की कुल निवेश लागत HVDC से अधिक हो जाती है। यह दूरी ट्रांसमिशन प्रकार पर निर्भर करती है: ओवरहेड लाइनों के लिए लगभग 400-500 मील (600-800 किमी), जल-नीचे लाइनों के लिए 20-50 किमी, और भू-नीचे लाइनों के लिए 50-100 किमी। इस सीमा से परे, HVDC बिजली ट्रांसमिशन के लिए अधिक कुशल और आर्थिक रूप से व्यवहार्य विकल्प बन जाता है।

HVDC ट्रांसमिशन में HVAC की तुलना में बहुत कम नुकसान होते हैं, जिनमें निम्नलिखित क्षेत्रों में महत्वपूर्ण सुधार हैं:

रिएक्टिव पावर नुकसान की अनुपस्थिति

HVAC ट्रांसमिशन में रिएक्टिव पावर नुकसान होते हैं, जो लाइन लंबाई, आवृत्ति, और प्राप्त कर्ण पर आधारित इंडक्टिव लोडों के साथ सीधे आनुपातिक होते हैं। ये नुकसान प्रभावी पावर ट्रांसफर को कम करते हैं और ऊर्जा का व्यर्थ करते हैं, जिससे HVAC लाइनों की अधिकतम दक्ष लंबाई की सीमा आती है। इसे कम करने के लिए, HVAC सिस्टम श्रृंखला और शंकु की भरपाई पर निर्भर करते हैं जो VARs (वोल्ट-एम्पियर रिएक्टिव) को कम करते हैं और स्थिरता बनाए रखते हैं।

इसके विपरीत, HVDC आवृत्ति या चार्जिंग करंट के बिना काम करता है, जिससे रिएक्टिव पावर नुकसान पूरी तरह से खत्म हो जाते हैं। इससे ऐसी भरपाई की आवश्यकता नहीं रहती।

कम कोरोना नुकसान

जब ट्रांसमिशन वोल्टेज एक आवश्यक सीमा (कोरोना आरंभ वोल्टेज) से अधिक होता है, तो कंडक्टर के आसपास के वायु अणु आयनित हो जाते हैं, जिससे चिंगारी (कोरोना डिस्चार्ज) बनती हैं जो ऊर्जा का व्यर्थ करती हैं। कोरोना नुकसान वोल्टेज स्तर और आवृत्ति पर निर्भर करते हैं। क्योंकि DC की आवृत्ति शून्य होती है, इसलिए HVDC कोरोना नुकसान HVAC सिस्टमों की तुलना में लगभग एक-तिहाई होते हैं।

स्किन इफेक्ट की अनुपस्थिति

एसी करंट में स्किन इफेक्ट होता है, जहाँ करंट कंडक्टर की सतह के पास एकत्र हो जाता है, कोर को अप्रयुक्त छोड़ देता है। यह असमान करंट वितरण कंडक्टर के प्रभावी क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र को कम करता है, प्रतिरोध (जो क्षेत्र के व्युत्क्रमानुपाती होता है) बढ़ाता है और HVAC लाइनों में I²R नुकसान बढ़ाता है। HVDC, अपने स्थिर डायरेक्ट करंट के साथ, इस प्रभाव से बचता है, कंडक्टर के पूरे क्रॉस-सेक्शन पर एकसमान करंट वितरण सुनिश्चित करता है और प्रतिरोधी नुकसान को कम करता है।

कोई रेडिएशन या इंडक्शन नुकसान नहीं

HVAC ट्रांसमिशन लाइनों में लगातार बदलते चुंबकीय क्षेत्रों के कारण रेडिएशन और इंडक्शन नुकसान होते हैं। रेडिएशन नुकसान इसलिए होते हैं क्योंकि लंबी एसी लाइनें एंटेना की तरह कार्य करती हैं, जो अपुनर्प्राप्त ऊर्जा रेडिएट करती हैं। इंडक्शन नुकसान निकटवर्ती कंडक्टरों में बदलते चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उत्पन्न धाराओं के कारण होते हैं।HVDC सिस्टमों में, चुंबकीय क्षेत्र स्थिर होता है, जिससे दोनों रेडिएशन और इंडक्शन नुकसान पूरी तरह से खत्म हो जाते हैं।

कम चार्जिंग करंट नुकसान

भू-नीचे और जल-नीचे केबलों में आंतरिक पारासिटिक क्षमता होती है, जिसे शक्ति ट्रांसमिशन से पहले चार्ज करना आवश्यक होता है। क्षमता केबल की लंबाई के साथ बढ़ती है, और इसलिए चार्जिंग करंट आनुपातिक रूप से बढ़ता है।

एसी सिस्टमों में, केबल प्रति सेकंड कई बार चार्ज और डिचार्ज होते हैं, जो स्रोत से अतिरिक्त करंट खींचते हैं इस चक्र को बनाए रखने के लिए। यह अतिरिक्त करंट केबल में I²R नुकसान बढ़ाता है।HVDC केबल, इसके विपरीत, केवल शुरुआती ऊर्जाकरण या स्विचिंग के दौरान चार्जिंग की आवश्यकता होती है। यह लगातार चार्जिंग करंट से जुड़े नुकसान को खत्म कर देता है।

कोई डाइएलेक्ट्रिक हीटिंग नुकसान नहीं

एसी सिस्टमों में बदलता विद्युत क्षेत्र ट्रांसमिशन लाइनों के इंसुलेशन सामग्रियों को प्रभावित करता है, जिससे वे ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और इसे ऊष्मा में परिवर्तित करते हैं - जिसे डाइएलेक्ट्रिक नुकसान कहा जाता है। यह न केवल ऊर्जा का व्यर्थ करता है बल्कि इंसुलेशन की लंबाई को भी कम कर देता है।HVDC सिस्टम एक स्थिर विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, जिससे डाइएलेक्ट्रिक नुकसान और इससे जुड़े इंसुलेशन हीटिंग समस्याएं दूर हो जाती हैं।

3) पतले कंडक्टर

एसी में स्किन इफेक्ट के कारण करंट कंडक्टर की सतह के पास एकत्र हो जाता है, जिससे उच्च करंट को समायोजित करने के लिए गहरे कंडक्टर की आवश्यकता होती है।HVDC, स्किन इफेक्ट से मुक्त, कंडक्टर के पूरे क्रॉस-सेक्शन पर एकसमान करंट वितरण की अनुमति देता है। यह पतले कंडक्टर का उपयोग करने की अनुमति देता है जबकि समान करंट वहन क्षमता बनाए रखता है, सामग्री की लागत और वजन को कम करता है।

4) लाइन लंबाई की सीमाएं

HVAC लाइनों में रिएक्टिव पावर नुकसान होते हैं, जो लाइन लंबाई के साथ सीधे बढ़ते हैं। यह HVAC ट्रांसमिशन दूरी पर एक महत्वपूर्ण सीमा लगाता है: ओवरहेड लाइनों के लिए लगभग 500 किमी से अधिक, रिएक्टिव पावर नुकसान बहुत अधिक हो जाते हैं, जिससे सिस्टम अस्थिर हो जाता है।HVDC ट्रांसमिशन, इसके विपरीत, ऐसी लंबाई की सीमाएं नहीं होती हैं, जिससे यह अत्यधिक लंबी दूरी के लिए शक्ति वितरण के लिए उपयुक्त होता है।

5) केबल रेटिंग आवश्यकताओं की कमी

केबलों को अधिकतम सहनशील वोल्टेज और करंट के लिए रेट किया जाता है। एसी सिस्टमों में, चरम वोल्टेज और करंट उनके औसत मूल्यों (जो वास्तविक पावर डिलीवरी के साथ मेल खाते हैं) के लगभग 1.4 गुना अधिक होते हैं। हालांकि, कंडक्टरों को इन चरम मूल्यों के लिए रेट किया जाना चाहिए।डीसी सिस्टमों में, चरम और औसत मूल्य समान होते हैं। यह अर्थ है कि HVDC एसी की तुलना में कम वोल्टेज और करंट रेटिंग वाले केबलों का उपयोग करके समान शक्ति का ट्रांसमिशन कर सकता है। वास्तव में, एसी सिस्टम अपने उच्च चरम आवश्यकताओं के कारण एक कंडक्टर की क्षमता का लगभग 30% व्यर्थ करते हैं।

6) संकीर्ण राइट-ऑफ-वे

"राइट-ऑफ-वे" ट्रांसमिशन बुनियादी ढांचे के लिए आवश्यक भूमि के रास्ते को संदर्भित करता है। HVDC सिस्टम छोटे टावरों और कम कंडक्टरों का उपयोग करते हैं, इसलिए उनके लिए राइट-ऑफ-वे संकीर्ण होता है।इसके विपरीत, HVAC अधिक कंडक्टरों और बड़े इंसुलेटरों (एसी चरम वोल्टेज के लिए रेट किए गए) को समर्थन करने के लिए ऊंचे टावरों की आवश्यकता होती है, जिसके लिए मजबूत संरचनात्मक समर्थन की आवश्यकता होती है। यह व्यापक फुटप्रिंट विस्तार को बढ़ाता है, जिससे सामग्री, निर्माण, और भूमि की लागत बढ़ जाती है - जिससे HVDC राइट-ऑफ-वे की दृष्टि से श्रेष्ठ हो जाता है।

7) श्रेष्ठ केबल-आधारित ट्रांसमिशन

भू-नीचे और जल-नीचे केबलों में