Kādas ir augstsprieguma gāzesstrāvas (HVDC) priekšrocības salikienā ar augstsprieguma maiņstrāvu (HVAC) enerģijas pārnesmē?

Kādi ir UZŠ priekšrocības salīdzinājumā ar UZV?

Ēnergija dodas garās attālumos pirms tā sasniedz patērētājus. Elektrostacijas, bieži vien atdali, piegādā elektroenerģiju caur simtiem jūdzes un vairākām starpstacijām. Augstsprieguma pārraide samazina līnijas zudumu gan AC, gan DC izmantošanā. Lai arī AC ir pazīstama no elektriskajiem stabiņiem un mājas kontaktiem, UZŠ piedāvā unikālas priekšrocības enerģijas pārraidei.

Enerģijas pārraides mērķis ir minimizēt zudumus un izmaksas. Lai gan abām tehnoloģijām ietekmē dažādi faktori, UZŠ ir vairākas priekšrocības. Šajā rakstā tiks apskatītas UZŠ priekšrocības salīdzinājumā ar UZV:

Zemākas pārraides izmaksas
Pārraides izmaksas atkarīgas no terminālā sprieguma konvertēšanas aprīkojuma, vada skaita/izmēra, tornu dimensijām un zudumiem. UZV izmanto transformatorus konvertēšanai — vienkāršāk un lētāk nekā UZŠ thyristoru balstītie konverteri, kas ir tikai viena izmaksu priekšrocība.

UZV nepieciešami vismaz 3 vadi 3-fāzes pārraidei. UZŠ, izmantojot zemi kā atgriezenisko ceļu, izmanto 1 vadu (monopolāri) vai 2 (bipolāri), samazinot izmaksas. Pat 3-fāzes vadi var pārvadāt divreiz lielāku jaudu, izmantojot UZŠ divbipolārus savienojumus.

UZV prasa lielāku fāzei-galvenajam un fāzei-fāzei atstarpi, nepieciešami augstāki un plašāki torni. UZŠ torni samazina instalācijas izmaksas. UZŠ arī ir būtiski zemāki pārraides zudumi, padarot to efektīvāku.

Kopējās pārraides izmaksas var sadalīt divos galvenajos kategorijās: terminālā stacijas izmaksas un pārraides līnijas izmaksas. Pirmā ir fiksēta izdeva, neatkarīga no pārraides attāluma, bet otrā mainās atkarībā no līnijas garuma. AC terminālās izmaksas ir salīdzinoši zemas, bet UZŠ terminālās izmaksas ir būtiski augstākas. Tomēr, izmaksas uz 100 km UZV pārraides līnijām ir daudz lielākas nekā UZŠ līnijām. Tādējādi, kopējie izmaksu loki UZV un UZŠ krustojas punktā, kas pazīstams kā līdzsvara attālums.

Līdzsvara attālums ir pārraides garums, pārsniedzot kuru kopējie investīciju izmaksas UZV pārsniedz UZŠ. Šis attālums atšķiras atkarībā no pārraides veida: aptuveni 400–500 jūdzes (600–800 km) gaisā, 20–50 km ūdens zem, un 50–100 km zemes zem. Pārsniedzot šo slieksni, UZŠ kļūst par efektīvāku un ekonomiski izdevīgu izvēli enerģijas pārraidei.

UZŠ pārraide radīti zudumi ir būtiski zemāki salīdzinājumā ar UZV, ar galvenām uzlabojumiem šādos aspektos:

Reaktivās jaudas zudumu absencija

UZV pārraide cieš no reaktivās jaudas zudumiem, kas tieši proporcionāli līnijas garumam, frekvencei un induktīvajiem ieplūstījumiem saņemšanas beigu. Šie zudumi samazina efektīvo jaudas pārnosekošanu un iztērē enerģiju, ierobežojot maksimālo efektīvas UZV līniju garumu. Lai mazinātu šo, UZV sistēmas izmanto sērijas un shunta kompensāciju, lai samazinātu VAR (voltamperereaktīvos) un uzturētu stabilitāti.

Salīdzinājumā ar to, UZŠ darbojas bez frekvences vai uzlādes straumes, pilnībā izslēdzot reaktivās jaudas zudumus. Tas noņem nepieciešamību šādu kompensācijas pasākumu izmantošanai.

Samazināti koronas zudumi

Ja pārraides spriegums pārsniedz kritisko slieksni (koronas sākuma spriegumu), gaisa daļiņas apkārt vedējiem jonizējas, radojot sprādzienu (koronas izplūdi), kas iztērē enerģiju. Koronas zudumi atkarīgi no sprieguma līmeņa un frekvences. Tā kā DC ir nulle frekvence, UZŠ koronas zudumi ir aptuveni trešdaļa no tiem UZV sistēmās.

Dermas efekta absencija

AC strāva parāda dermas efektu, kur strāva koncentrējas tuvu vedēja virsmai, paliekot kodols nepielietots. Šis nevienmērīgais strāvas sadalījums samazina vedēja efektīvo šķautnes platumu, palielinot pretestību (jo pretestība ir inversi proporcionāla platumam) un rezultē augstākiem I²R zudumiem UZV līnijās. UZŠ, ar tās nemainīgo tiešo strāvu, izvairās no šī efekta, nodrošinot vienmērīgu strāvas sadalījumu pāri vedējam un samazinot pretestības zudumus.

Nav radioācijas vai indukcijas zudumu

UZV pārraides līnijas cieš no radioācijas un indukcijas zudumiem, jo tos veido to pastāvīgi maiņojas magnētiskie lauki. Radioācijas zudumi notiek, jo ilgas AC līnijas darbojas kā antenas, izmetot enerģiju, ko nav iespējams atgūt. Indukcijas zudumi rodas no strāvām, kas izraisītas blakus esošos vedējos, alternējošajā laukā.UZŠ sistēmās magnētiskais lauks ir nemainīgs, pilnībā izslēdzot gan radioācijas, gan indukcijas zudumus.

Samazināti uzlādes straumes zudumi

Zemes zem un ūdens zem esošās kabeles ir savādākās parasitāras kapacitātes, kas prasa uzlādi, pirms tās var pārnest enerģiju. Kapacitāte palielinās ar kabēļa garumu, un tādējādi uzlādes strāve arī palielinās proporcionāli.

AC sistēmās kabeles uzlādējas un atlādējas vairākkārt sekundē, izsaucot papildu strāvi no avota, lai uzturētu šo ciklu. Šī papildu strāve palielina I²R zudumus kabēļā.UZŠ kabeles, pretēji, prasa uzlādi tikai sākotnējā energēšanas vai pārslēguma laikā. Tas noņem zudumus, kas saistīti ar nepārtraukto uzlādes strāvi.

Nav dielektriskā siltīšanas zudumu

Alternējošais elektromagnētiskais lauks AC sistēmās ietekmē izolācijas materiālus transmisijas līnijās, izraisojot to, ka tie absorbu enerģiju un to pārveido par siltumu — parādība, kas pazīstama kā dielektriski zudumi. Tas ne tikai iztērē enerģiju, bet arī saīsina izolācijas dzīveslaiku.UZŠ sistēmas ģenerē nemainīgu elektromagnētisko lauku, izslēdzot dielektriskus zudumus un saistītos izolācijas siltīšanas jautājumus.

3) Dūšāki vedēji

Dermas efekts AC izraisa strāvas koncentrēšanos tuvu vedēja virsmai, prasot dūšākus vedējus, lai palielinātu virsmas platumu un izturētu augstākas strāvas.UZŠ, kas ir brīvs no dermas efekta, ļauj strāvai sadalīties vienmērīgi pāri vedēja šķautnei. Tas ļauj izmantot dūšākus vedējus, saglabājot to pašu strāvas nesēju spēju, samazinot materiālu izmaksas un svaru.

4) Līnijas garuma ierobežojumi

UZV līnijas cieš no reaktivās jaudas zudumiem, kas tieši palielinās ar līnijas garumu. Tas uzliek kritisku ierobežojumu UZV pārraidei: pārsniedzot aptuveni 500 km gaisā esošām līnijām, reaktivās jaudas zudumi kļūst pārāk augsti, nestabilizējot sistēmu.Salīdzinājumā ar to, UZŠ pārraidei nav šādiem garuma ierobežojumiem, padarot to piemērotu ļoti garām attālumiem enerģijas piegādei.

5) Samazinātas kabēļu klases prasības

Kabeles ir klasificētas pēc maksimāli pieļaujamā sprieguma un strāvas. AC sistēmās maksimālais spriegums un strāva ir aptuveni 1,4 reizes augstāks nekā vidējie vērtības (kas atbilst patiesai pārnestajai jaudai). Tomēr, vedējiem jābūt klasificētiem šādiem maksimālajiem vērtībām.DC sistēmās maksimālie un vidējie vērtībi ir vienādi. Tas nozīmē, ka UZŠ var pārnest to pašu jaudu, izmantojot kabeles ar zemākiem sprieguma un strāvas klasifikācijām salīdzinājumā ar UZV. Faktiski, UZV sistēmas efektīvi izmanto aptuveni 30% no vedēja spējas, tāpēc ka tos prasa augstākas maksimālās vērtības.

6) Īsāks tiesību koridors

"Tiesību koridors" attiecas uz zemes joslu, kas nepieciešama transmisijas infrastruktūrai. UZŠ sistēmas prasa īsāku tiesību koridoru, jo tās izmanto mazākos tornus un mazākus vedējus.Salīdzinājumā ar to, UZV prasa augstākus tornus, lai atbalstītu vairākus vedējus un lielākus izolātorus (klasificētus AC maksimālajiem spriegumiem), kas prasa stiprāku strukturālo atbalstu. Šis platākais pēdas atdrukss palielina materiālu, būvniecības un zemes izmaksas, padarot UZŠ labāku no tiesību koridora efektivitātes perspektīvas.

7) Labāka kabēļu pārraide

Zemes zem un ūdens zem esošās kabeles sastāv no vairākiem vedējiem, kas atdalīti ar izolāciju, izveidojot parasitāru kapacitāti starp tiem. Šīs kabeles nevar pārnest enerģiju, kamēr tās nav pilnībā uzlādētas, un kapacitāte (un tādējādi uzlādes strāve) palielinās ar garumu.AC sistēmas nepārtraukti uzlādē un atlādē kabeles (50–60 reizes sekundē), palielinot I²R zudumus un ierobežojot kabeles garumu. UZŠ kabeles, pretēji, uzlādējas tikai vienu reizi (sākotnējā energēšanas vai pārslēguma laikā), izslēdzot šādus zudumus un garuma ierobežojumus.Tādējādi, UZŠ ir izvēle ofšorā, ūdens zem un zemes zem esošām kabeļu pārraidei.

8) Bipolārā pārraide

UZŠ atbalsta dažādas pārraides režīmus, ar bipolāro pārraidei būdama plaši izmantota un ekonomiski izdevīga opcija. Tā ietver divus paralēlos vedējus ar pretējiem polāritātes zīmēm, to spriegumi ir līdzsvaroti attiecībā pret zemi.Ja viena līnija izrādās nedarbīga vai bojājas, sistēma bezproblēmīgi pārslēdzas uz monopolaaru režīmu: atlikušais vedējs turpina sniegt strāvi, izmantojot zemi kā atgriezenisko ceļu.

9) Kontrolējama jaudas plūsma

UZŠ konverteri, balstīti uz solid-state elektronikas, ļauj precīzi kontrolēt jaudas plūsmu AC tīklos. To ātrā pārslēgšanās spēja (darbojoties vairākkārt ciklā) uzlabo harmoniskās izdošanas, samazina jaudas svirklas un optimizē tīkla jaudas piegādes spēju.

10) Ātrs trūkumu novēršana

Trūkumu strāvas — netipiskas strāvas no elektriskiem trūkumiem — rada nozīmīgu risku. UZV sistēmās augstās trūkumu strāvas var nogalināt transmisijas līnijas, stacijas, ģeneratorus un patērētājus.UZŠ minimizē šādus riskus: trūkumu strāvas ir zemākas, ierobežojot kaitējumu noteiktām daļām, un tā ātrā pārslēgšanās operācija nodrošina ātru reaģēšanu uz trūkumiem, uzlabojot sistēmas izturību.

11) Asinhronu tīklu savienojums

UZŠ ļauj savienot asinhronus AC tīklus ar atšķirīgiem parametriem (piemēram, frekvenci, fāzi).Reģioni bieži izmanto dažādas frekvences (piemēram, 50 Hz Eiropā vs. 60 Hz ASV), un tīkli var būt ar fāzes atšķirībām, padarot tiešu AC savienojumu neiespējami. UZŠ, darbojoties bez frekvences vai fāzes ierobežojumiem, viegli savieno šos neatkarīgos sistēmas.

12) Smart tīklu veicināšana

Smart tīkli integrē mazmērogus ģeneratorus (saules, vēja, kodolenerģijas) vienotā tīklā ar inteliģento jaudas plūsmas kontrolēšanu.Tas ir iespējams ar UZŠ, kas atbalsta asinhronu ģenerācijas vienību savienojumu un nodrošina pilnu kontroli pār jaudas izplatīšanu, atbilstot smart tīklu prasībām.

13) Samazināta trokšņa interferenča

UZŠ rada daudz mazāku trokšņa interferenci blakus esošajām sakaru līnijām salīdzinājumā ar UZV.UZV rada audzamos burbulēšanas, radio un TV interferenci, kuras intensitāte ir saistīta ar to frekvenci. UZŠ, ar nulles frekvenci, rada minimālu trokšņu. Turklāt, UZV trokšņa līmenis palielinās sliktā laika apstākļos, bet UZŠ trokšņa līmenis samazinās, nodrošinot stabilitātāku darbību.