Didelio masto švarios energijos perdavimas yra pagrindinė naujosios energetikos sistemos problema, kurią reikia išspręsti
Mano šalyje švarios energijos paskirstymas ir elektros paklausa yra „Hu Huanyong linija“. Dėl tokių veiksnių kaip klimatas, produktyvumo raida, istorinė politinė ekonomika ir kiti veiksniai mūsų šalies regionų ekonominė raida yra nesubalansuota. 1935 m. pasiūlyta „Hu Huanyong linija“ (taip pat žinoma kaip Heihe-Tengchong linija) yra tipiškas šio reiškinio apibūdinimas: teritorija į rytus nuo Hu Huanyong linijos užima apie 36 procentus šalies sausumos ploto ir daugiau nei 95 procentus. šalies gyventojų (tuo meto XX a. ketvirtojo dešimtmečio duomenimis). Kinijoje taip pat yra „Hu Huanyong linija“ švarios energijos paskirstymui ir elektros paklausai. Rytuose nuo Hu Huanyong linijos sunaudojama 86,5 proc. elektros energijos, o vakarai sunaudoja tik 13,5 proc. Tačiau kalbant apie švarios energijos paskirstymą, iš vėjo išteklių ir šviesos išteklių pasiskirstymo Kinijoje matyti, kad vakarinė Hu Huanyong linijos dalis yra daug aukščiau nei rytinė Hu Huanyong linijos dalis. Išskyrus jūros vėjo energijos išteklius, kiti aukštos kokybės vėjo ištekliai yra toli nuo intensyvios apkrovos teritorijų ir jiems reikia didžiulių energijos naudojimo poreikių.
Jūros vėjo energija yra svarbus švarios energijos šaltinis pakrantėje, ir tai yra laikų tendencija eiti į jūrą ir didėti. Kinijos vėjo jėgainių gamyba jūroje sparčiai vystosi. 2020 m. Kinijos vėjo jėgainių jūroje instaliuota galia pasieks 3,1 GW, pirmą kartą pralenkdama Europą ir taps didžiausia pasaulyje vėjo energijos rinka jūroje, o naujai įrengti pajėgumai viršys pusę viso pasaulio pajėgumo. 2021 m. Kinijos naujai įdiegtos vėjo jėgainės jūroje galia sieks 16,9 GW – rekordiškai daug. Tačiau 2022 metais panaikinus valstybės subsidijas vėjo jėgainėms jūroje, vėjo jėgainės jūroje pateks į pariteto erą, o instaliuota galia grįš į normalų lygį. Jūros vėjo energija yra arti apkrovos centro, o tai yra palanki vartojimui, o jūros vėjo energijos išeiga yra gana stabili, o naudojimo valandos yra didelės. Tai geriausia švari energija pakrančių zonose. Remiantis Guangdong, Jiangsu ir kitų vietų jūros vėjo energijos planavimu, kartu su užsienio jūros vėjo energijos plėtros tendencija, giliavandenė ir didelio masto tendencija yra bendra tendencija.
UHV DC yra geriausias sprendimas didelio masto energijos perdavimui tarp regionų
UHV apima UHV kintamosios srovės ir UHV nuolatinės srovės perdavimą. UHV AC reiškia kintamosios srovės perdavimo projektus, kurių įtampos lygis yra 1000 kV, o UHVDC – nuolatinės srovės perdavimo projektus, kurių įtampos lygis yra ±800 kV ir didesnis. Jų techniniai principai ir plėtros logika visiškai skiriasi. UHV DC yra tipiškas energijos perdavimo iš taško į tinklą projektas. Pagrindinis jo principas yra naudoti keitiklio vožtuvą kintamosios srovės maitinimui paversti nuolatinės srovės galia, o tada nuolatinę srovę paversti kintamosios srovės energija po to, kai ji buvo nugabenta į paskirties vietą, ir prijungti ją prie kintamosios srovės elektros tinklo. Pagrindinis tikslas yra perduoti elektros energiją. Be elektros energijos perdavimo, AC UHV taip pat atlieka tinklo struktūros tobulinimo ir tinklo stabilumo didinimo vaidmenį. Nuolatinės srovės perdavimo technologija yra energijos perdavimo technologija, pagrįsta galios elektronikos technologija. Dėl paprastos topologijos, lengvos įtampos transformacijos ir mažos įrangos kainos pranašumų kintamosios srovės perdavimas tapo dažniausiai naudojama energijos perdavimo technologija visame pasaulyje ir vis dar yra svarbiausia Kinijos elektros tinklo dalis. Nuolatinės srovės perdavimo technologija yra techninis kelias, sukurtas kartu su galios elektronikos technologijos gimimu.
Pagal skirtingus galios elektroninius prietaisus ir funkcijas jis gali būti suskirstytas į du maršrutus: įprastinė nuolatinė srovė (LCC) ir lanksti nuolatinė srovė (VSC):
(1) Įprastinė nuolatinė srovė (LCC) yra nuolatinės srovės perdavimo technologija, kuriai naudojami pusiau valdomi galios elektroniniai komponentai, pvz., tiristoriai, kaip pagrindiniai keitiklio vožtuvo komponentai. Jo pranašumai yra dideli perdavimo pajėgumai ir maža kaina, tačiau tam reikalingas stiprus kintamosios srovės tinklo palaikymas. Harmonikų kiekis yra didelis, o reaktyvioji galia turi būti absorbuojama iš tinklo, todėl reikia sukonfigūruoti daug nuolatinės srovės filtravimo ir kintamosios srovės filtravimo įrangos.
(2) Lankstus DC (VSC) yra nuolatinės srovės perdavimo technologija, kurioje kaip pagrindiniai keitiklio vožtuvo komponentai naudojami visiškai valdomi galios elektroniniai komponentai, tokie kaip IGBT. Jo pranašumas yra tas, kad naudojant modulinę kelių lygių technologiją jis gali sudaryti kintamąją srovę, labai artimą standartinei sinusinei bangai, o aktyviąją ir reaktyviąją galią galima reguliuoti nepriklausomai be filtravimo įrangos ar kintamosios srovės tinklo palaikymo. Trūkumas yra tai, kad kaina yra didelė, o pristatymo pajėgumai yra maži.
Kalbant apie energijos perdavimą dideliais atstumais, DC UHV turi akivaizdžių pranašumų, palyginti su AC UHV: bendras mano šalies elektros tinklo padalinto veikimo modelis nepasikeis. Mano šalies elektros tinklą eksploatuoja trys pagrindiniai operatoriai – Kinijos valstybinė tinklo korporacija, Kinijos pietų elektros tinklo korporacija ir Inner Mongolia Electric Power Company. Yra 7 regioniniai sinchroniniai elektros tinklai, o tarp regioninių elektros tinklų yra tik silpnas ryšys, o didžioji dalis elektros gamybos ir suvartojimo pagaminama regione.
Kinijos elektros tarybos duomenimis, 2021 metais per šalies regionus bus perduota 687,6 mlrd. silpnas. Išplečiant kintamosios srovės elektros tinklą gali kilti pavojus, kad elektros tinklas pakils, o ne nukris. Remiantis 2018 m. Kinijos inžinerijos akademijos „mano šalies ateities elektros tinklų modelio tyrimo (2020 m.) patariamąją nuomone“, turėtume ir toliau laikytis struktūros, kurios pagrindinė dalis yra šeši pagrindiniai regioniniai elektros tinklai (2019 m. Čongčingo-Hubėjaus projekto investicijos). Pietvakarių elektros tinklas ir Centrinės Kinijos elektros tinklas bus atskirti po transportavimo). Todėl kintamosios srovės UHV negali perduoti energijos tarp regionų ir gali atlikti tam tikrą vaidmenį tik tam tikrose situacijose, pvz., esant aukštos kokybės vėjo ir saulės energijos ištekliams ir dideliam elektros energijos poreikiui tame pačiame elektros tinkle bei esant atstumui tarp jų. yra palyginti ilgas.
Nuolatinės srovės perdavimas yra geriausia regioninio tinklo jungtis. Tačiau dėl skirtingų regionų išteklių skirtumų mano šalyje yra gana didelis tarpregioninio energijos perdavimo poreikis. Nuolatinės srovės perdavimas turi šiuos tris pranašumus, todėl tai yra geriausias tarpregioninio energijos perdavimo sprendimas:
(1) Nuolatinės srovės perdavimas pasižymi išskirtiniu ekonomiškumu perduodant elektros energiją dideliais atstumais. Nuolatinės srovės keitiklių stočių kaina yra didesnė nei kintamosios srovės pastočių, tačiau kadangi nuolatinės srovės perdavimas neturi odos efekto ir įkrovimo galios, perdavimo linijų panaudojimo lygis yra didesnis. Todėl, kai perdavimo atstumas yra pakankamai ilgas, jo ekonomiškumas pranoks kintamosios srovės perdavimą.
(2) Jis gali būti naudojamas asinchroniniam tinklo sujungimui. Kintamosios srovės tinklo sujungimui reikia, kad viso tinklo dažnis būtų nuoseklus, todėl jo negalima naudoti asinchroniniam tinklo sujungimui. Nuolatinės srovės energijos perdavimas pirmiausia išlygina kintamosios srovės energiją į nuolatinę, o tada paverčia ją kintamąja energija, kuri gali būti naudojama asinchroniniam tinklo sujungimui.
(3) Tai padeda izoliuoti tinklo avarijas ir nedidina tinklo avarijų rizikos. UHV nuolatinės srovės perdavimas gali būti laikomas dideliu atstumu valdomu priėmimo galinio tinklo energijos šaltiniu. Abiejų galų tinkleliai nėra sujungti, o tinkleliai abiejuose galuose gali būti izoliuoti. Rimtos elektros tinklo avarijos atveju UHV DC gali izoliuoti avariją nepadidindama elektros tinklo avarijų rizikos. Kitas tipiškas UHV kintamosios srovės taikymo scenarijus – stiprinti elektros tinklą. Kadangi mano šalies didelio masto nuolatinės srovės perdavimas patenka į Šiaurės Kiniją, Rytų Kiniją, Centrinę Kiniją ir Pietvakarių Kiniją, kintamosios srovės elektros tinklo stiprumas lemia visos elektros energijos sistemos saugumą, todėl kintamosios srovės UHV paklausa atitinkamai didėja.
Svarbus lanksčios nuolatinės srovės vaidmuo naujose energijos sistemose
Lanksti nuolatinė srovė ypač tinka plataus masto jūros vėjo energijos perdavimui tolimose jūrose. Šiuo metu pagrindinis jūros vėjo energijos perdavimo būdas yra aukštos įtampos kintamosios srovės perdavimas, tai yra, jūros vėjo turbinos yra prijungtos prie jūroje esančių stiprintuvų, padidinamos iki 220 kV ar aukštesnės įtampos, o tada siunčiamos į sausumos elektros tinklus. Kadangi nuolatinės srovės perdavimas neturi įkrovimo galios, povandeninių kabelių investicijos ir perdavimo efektyvumas yra geresni nei kintamosios srovės perdavimas. Paprastai kalbant, kai perdavimo atstumas yra didesnis nei apie 80 km, nuolatinės srovės perdavimo ekonomiškumas viršys kintamosios srovės perdavimo ekonomiškumą. Be to, kadangi įprastinei nuolatinei nuolatinei srovei reikalingas stiprus kintamosios srovės tinklo palaikymas, o jūros vėjo parkai yra silpnos kintamosios srovės sistemos, sudarytos iš vėjo turbinų, kurios negali atitikti įprastos nuolatinės srovės energijos perdavimo reikalavimų, lanksti nuolatinė srovė tapo vieninteliu ekonomišku ir įmanomu sprendimu. LCC-VSC hibridinės technologijos maršrutas efektyviai išsprendžia UHV nuolatinės srovės komutacijos gedimo problemą vietose, kuriose yra tankūs nuolatinės srovės kritimo taškai. Po dešimtmečius trukusių statybų mano šalyje buvo pastatyti 32 nuolatinės srovės perdavimo projektai, kurių pagrindinė funkcija yra elektros energijos perdavimas dideliais atstumais, iš kurių daugiau nei 10 projektų yra Jangdzės upės deltoje arba Guangdongo provincijoje, o tankus išdėstymas veda į nuolatinę srovę. perdavimas tarp dviejų vietų. Padidėja komutacijos gedimo rizika, didėja paslėptas elektros tinklų avarijų pavojus. Lankstus nuolatinė srovė gali nepriklausomai palaikyti įtampą be komutacijos gedimo pavojaus ir yra geriausias sprendimas toliau tiekti DC į pirmiau minėtas dvi vietas. Šiuo metu Kinijos pietinis elektros tinklas baigė Wudongde nuolatinės srovės perdavimo projektą, o valstijos tinklas taip pat stato Baihetan-Jiangsu UHV nuolatinės srovės perdavimo projektą, abu taiko lanksčią nuolatinės srovės technologiją. Tačiau abiejų projektų techniniai sprendimai skiriasi.
Lankstus nuolatinės srovės sujungimas padidina elektros tinklo savitarpio pagalbos galimybes ir pagerina energijos tiekimo patikimumą bei efektyvumą. Be tolimojo įprasto elektros perdavimo tarp regioninių elektros tinklų schemos mano šalyje, sujungimui regioninių elektros tinklų sandūroje taip pat gali būti naudojami lankstūs nuolatinės srovės maršrutai. Vadinamoji „back-to-back“ lanksti nuolatinė nuolatinė srovė reiškia lygintuvo stotelės ir keitiklio stotelės konstrukciją kartu be nuolatinės srovės linijos. Lanksti nuolatinės srovės technologija gali pagerinti abipusį energijos tiekimą tarp regioninių elektros tinklų, neišplėsdama elektros tinklo avarijų. Be to, 500 kV elektros tinklai Guangdonge, Jiangsu ir kitose Kinijos vietose jau yra labai dideli, su sudėtingomis struktūromis ir ryškiomis per didelės trumpojo jungimo srovės problemomis. Sujungus lanksčią nuolatinę srovę, kad būtų galima „atsijungti“ elektros tinklą, taip pat galima veiksmingai išspręsti minėtas problemas. „Chongqing-Hubei“ projektas ir statomas Fudzian–Guangdong sujungimo projektas yra tipiški lanksčių tiesioginių projektų taikymai.