Што се претности на HVDC пред HVAC во трансметанцијата на енергија?
Што се претности на HVDC спроти HVAC?
Електричната енергија патува долги растојанија пред да стигне до потрошувачите. Електростанциите, често оддалечени, доставуваат електричество низ стотици мили и повеќе преобразувачки станции. Преносот на висок напон намалува губитоците во линиите, користејќи и AC и DC. Иако AC е познат по колоните за електрична енергија и домашните излезни цеви, HVDC нуди уникатни претности во преносот на енергија.
Целта на преносот на енергија е да се минимизираат губитоците и трошоците. Иако и двете системи се соодветно влијаат, HVDC има повеќе претности. Овој чланак истражува претностите на HVDC над HVAC:
Ниски преносни трошоци
Преносните трошоци зависат од опремата за конверзија на крајните напони, количеството/големината на проводниците, големината на туретките и губитоците. HVAC користи трансформатори за конверзија - попросто и подешево од тиристорските конвертери на HVDC, единствената претност во трошоци.
HVAC бара најмалку 3 проводника за трифазен пренос. HVDC, користејќи ја земјата како пат за враќање, користи 1 (монополарен) или 2 (биполарен) проводника, што намалува трошоците. Даже трифазните проводници можат да пренесат двапати повеќе енергија преку двобиполарни врски на HVDC.
HVAC бара поголемо растојание помеѓу фаза-земја и фаза-фаза, што бара високи и широки туретки. Туретките на HVDC намалуваат инсталационите трошоци. HVDC исто така има значително помали губитоци при пренос, што го прави побарем.
Сите трошоци за пренос можат да се поделат на две главни категории: трошоци на крајната станција и трошоци на преносната линија. Првиот е фиксен трошок, независен од растојанието на пренос, додека вториот варира со должината на линијата. Трошоците на крајната станција на AC се релативно ниски, додека трошоците на крајната станција на HVDC се значително повисоки. Меѓутоа, трошокот по 100 км за преносните линии на HVAC е многу поголем од трошокот на линиите на HVDC. Така, кривите на вкупните трошоци за HVAC и HVDC се сечат во точка позната како равновесно растојание.
Равновесното растојание е должината на преносот, над која вкупниот инвестиционен трошок на HVAC надминува HVDC. Оваа должина варира според типот на пренос: околу 400-500 милји (600-800 км) за надворешни линии, 20-50 км за подводни линии и 50-100 км за подземни линии. Над оваа граница, HVDC станува побарем и економски повисок избор за пренос на енергија.
Преносот на HVDC има значително помали губитоци во однос на HVAC, со основни подобрувања во следните области:
Отсутствување на губитоци на реактивна моќ
Преносот на HVAC страда од губитоци на реактивна моќ, кои се директно пропорционални на должината на линијата, фреквенцијата и индуктивните обвивки на приемачката страна. Овие губитоци намалуваат ефективниот пренос на моќ и губат енергија, ограничувајќи максималната должина на ефективните линии на HVAC. За да се намали ова, системите HVAC се полагаат на серијско и паралелно компенсирање за намалување на VAR (volt-ampere reactive) и одржување на стабилност.
Во спротивност, HVDC функционира без фреквенција или зарежување, целосно елиминирајќи ги губитоците на реактивна моќ. Ова го елиминира потребата за такови мерки за компенсирање.
Намалени губитоци од корона
Кога напонот на пренос преминува некоја критична граница (коронска напонска граница), молекулите на воздухот околу проводниците се ионизираат, создавајќи искри (искровиот одлого) што губат енергија. Губитоците од корона зависат од нивото на напон и фреквенцијата. Бидејќи DC има нула фреквенција, губитоците од корона на HVDC се околу една третина од губитоците во системите HVAC.
Отсутствување на ефектот на кожа
Струјата на AC покажува ефект на кожа, каде што струјата се концентрира близу до површината на проводникот, оставајќи јадрото недостаточно искористено. Оваа нееднаква дистрибуција на струјата намалува ефективната пречница на проводникот, зголемувајќи отпорот (бидејќи отпорот е обратно пропорционален на плоштината) и доведува до повисоки I²R губитоци во линиите на HVAC. HVDC, со својата стабилна директна струја, избегнува овој ефект, осигурувајќи униформна дистрибуција на струјата низ проводникот и минимизирајќи ги резистивните губитоци.
Нема губитоци од радијација или индукција
Линиите за пренос на HVAC страдаат од губитоци од радијација и индукција поради нивните непрестано менливи магнетни полиња. Губитоците од радијација се случуваат бидејќи долгите линии на AC делуваат како антени, испуштајќи енергија која не може да се врати. Губитоците од индукција произлегуваат од струјите индуцирани во блиски проводници од алтернативното поле.Во системите HVDC, магнетното поле е константно, целосно елиминирајќи ги и губитоците од радијација и индукција.
Намалени губитоци од зарежување на струја
Подземните и подводните кабели имаат вградена паразитна капацитет, кој треба да се зареди пред да може да пренесе моќ. Капацитетот се зголемува со должината на кабела, и затоа зарежувањето на струја се зголемува пропорционално.
Во системите AC, кабелите се зарежуваат и разарежуваат неколку пати во секунда, исцацувајќи дополнителна струја од изворот за одржување на овој циклус. Оваа дополнителна струја зголемува I²R губитоци во кабела.Кабелите на HVDC, во спротивност, само треба да се заредат еднаш во моментот на почетното енергирање или превклучување. Ова елиминира губитоците поврзани со непрекинатите струји за зарежување.
Нема губитоци од диелектричко загревање
Алтернативното електрично поле во системите AC влијае на материјалите за изолација во линиите за пренос, ги нагласувајќи да ги абсорбираат енергијата и да ја претворат во топлина - феномен познат како диелектричен губиток. Ова не само што губи енергија, туку и скраћува временскиот период на изолацијата.Системите HVDC генерираат константно електрично поле, избегнувајќи диелектричните губитоци и проблемите со нагревање на изолацијата.
3) Помали проводници
Ефектот на кожа во AC каузаира струјата да се концентрира близу до површината на проводникот, што бара подебели проводници за зголемување на површината и акомулација на повеќе струја.HVDC, слободен од ефектот на кожа, дозволува струјата да се дистрибуира униформно низ пречникот на проводникот. Ова дозволува користење на помали проводници, додека се одржува истата капацитет за пренос на струја, намалувајќи материјалните трошоци и тежината.
4) Лимитации на должината на линиите
Линиите на HVAC страдаат од губитоци на реактивна моќ, кои се зголемуваат директно со должината на линијата. Ова налага критичен лимит на должината на преносот на HVAC: над околу 500 км за надворешни линии, губитоците на реактивна моќ стануваат прекумерно високи, дестабилизирајќи системот.Преносот на HVDC, во спротивност, нема такови ограничувања на должината, што го прави прифатлив за пренос на моќ на ултра-долго растојание.
5) Намалени барања за класификација на кабели
Кабелите се класифицирани за максимално допустлив напон и струја. Во системите AC, врвниот напон и струја се околу 1,4 пати поголеми од нивните просечни вредности (кои соодветствуваат на реалната пренесена моќ). Меѓутоа, проводниците мора да бидат класифицирани за овие врвни вредности.Во системите DC, врвните и просечните вредности се исти. Ова значи дека HVDC може да пренесе истата моќ со користење на кабели со помал напон и струја во однос на HVAC. Всушност, системите HVAC ефективно губат околу 30% од капацитетот на проводникот поради нивните високи врвни барања.
6) Усножена правна патека
"Правна патека" се однесува на земјиштето потребно за инфраструктурата за пренос. Системите HVDC бараат усножена правна патека бидејќи користат помали туретки и помал број на проводници.HVAC, во спротивност, бара високи туретки за поддршка на повеќе проводници и поголеми изолатори (класифицирани за врвните напони на AC), што бара појака структурна поддршка. Овој поширок отпечаток зголемува материјалните, конструктивните и земјиштето трошоци - што го прави HVDC надворешен во однос на ефикасноста на правната патека.
7) Надворешен пренос со кабели
Подземните и подводните кабели се состојат од повеќе проводници разделени со изолатори, создавајќи паразитна капацитет меѓу нив. Овие кабели не можат да пренесат моќ додека не се полно заредени, и капацитетот (и зарежувањето на струја) се зголемува со должината.Системите AC повторно зарежуваат и разарежуваат кабелите (50-60 пати во секунда), зголемувајќи I²R губитоци и ограничувајќи должината на кабела. Кабелите на HVDC, во спротивност, само се зарежуваат еднаш (во моментот на почетното енергирање или превклучување), елиминирајќи такови губитоци и ограничувања на должината.Ова го прави HVDC предпочитан избор за офшорски, подводни и подземни кабели за пренос.
8) Биполарен пренос
HVDC поддржува многу начини на пренос, со биполарен пренос како широко користен и економски ефикасен опција. Тој се состои од два паралелни проводника со противоположни поларитети, нивните напони се балансираат во однос на земјата.Ако една линија се повреди или се прекине, системот беспрекинато превклучува на монополарен режим: остатокот на линијата продолжува да доставува струја, користејќи ја земјата како пат за враќање.
9) Контролиран пренос на моќ
Конвертерите на HVDC, базирани на тврдо-станална електроника, дозволуваат прецизно контролирање на преносот на моќ во мрежите AC. Нивната брза способност за превклучување (функционирајќи повеќепати во секунда) подобрува хармоничката перформанца, демпфира колебањата на моќта и оптимизира капацитетот на достава на моќ на мрежата.
10) Брзо клиринг на дефекти
Дефектните струји - аномални струји од електрични дефекти - претставуваат значајни ризици. Во системите HVAC, високите дефектни струји можат да повредат линиите за пренос, станциите, генераторите и превземачите.HVDC минимизира такови ризици: дефектните струји се помали, ограничувајќи повредите на специфични делови, и неговата брза операција за превклучување осигурува брз одговор на дефекти, подобрувајќи оддржливоста на системот.
11) Асинхронна интерконекција на мрежи
HVDC дозволува интерконекција на асинхронни AC мрежи со различни параметри (напр. фреквенција, фаза).Регионите често користат различни фреквенции (напр. 50 Hz во Европа спроти 60 Hz во САД), и мрежите можат да имаат разлики во фазите, што прави директната интерконекција на AC невозможна. HVDC, функционирајќи без ограничувања на фреквенција или фаза, лесно поврзува овие независни системи.
12) Подршка на интелигентни мрежи
Интелигентните мрежи интегрираат малески генератори (соларни, ветрени, јадерни) во унифицирана мрежа со интелигентно контролирање на преносот на моќ.Ова е можно со HVDC, кој поддржува асинхронна интерконекција на генераторските единици и нуди целосна контрола над дистрибуцијата на моќ, соодветно со барањата на интелигентните мрежи.
13) Намалена интерференција на шум
HVDC предизвикува многу помала интерференција на шум на соседните комуникациски линии во однос на HVAC.HVAC генерира слушливи сумурак, радио и TV интерференции, со интензитет поврзан со неговата фреквенција. HVDC, со нула фреквенција, производи минимален шум. Повисокиот шум на HVAC се зголемува во лош време, додека шумот на HVDC се намалува, осигурувајќи постабилна операција.
