שידור ישיר של זרם ישר (HVDC) התפתח מטכנולוגיית נישה לאבן של תשתיות אנרגיה מודרניות.כפי שהעולם מאיץ את המעבר שלה לאנרגיה מתחדשת ומבקש לקשר רשתות חשמל על פני מרחקים עצומים, HVDC מציע פתרון יעיל ייחודי.בניגוד קונבנציונאלי מערכות הפעלה הנוכחית (AC) HVDC מצמצם את אובדן האנרגיה על פני קווי שידור ארוכים, ייצוב פעולות, ומאפשר אינטגרציה של מקורות אנרגיה מתחדשת, רק לפני זמן קצר, אשר הפכו את החומרים הקיימים, ורשתות אנרגיה, אשר הפכו את החומרים הנוכחיים, אשר הפכו את החומרים הנוכחיים, מערכות הפעלה מרחוק, וטכנולוגיות אנרגיה, אשר הפכו את החומרים ה-ידי מערכות HVientulation, רק לפני זמן קצר יותר, אשר הפכו את החומרים הנוכחיים, אשר הפכו את החומרים הנוכחיים, אשר הפכו את החומרים הנוכחיים, אשר הפכו לטכנולוגיות אנרגיה, אשר הפכו לטכנולוגיות אנרגיה, אשר הפכו את היכולת של מערכות HVientulation, אשר הפכו לשיטות כוח מתקדמות יותר, אשר הפכו לשיטות אנרגיה מתחדשת, אשר הפכו לשיטות כוח מתקדמות יותר, אשר הפכו לשיטות כוח, אשר הפכו לשיטות אנרגיה, רק לשיטות אנרגיה, רק למניעה, אשר הפכו למניעה, רק לפני זמן קצר יותר, אשר הפכו לשיטות אנרגיה, אשר הפכו לשיטות כוח מתקדמות יותר, אשר הפכו ל

מאמר זה מספק סקירה מקיפה של העברת HVDC, המסביר את עקרונות התפעול שלה, את רכיבי המפתח שהופכים אותו לעבוד, ואת ההתקדמות המשמעותית ביותר לאחרונה.זה גם בוחן את היתרונות המעשיים, יישומים בעולם האמיתי, ומחקר מתמשך המבטיחים לעצב מחדש את האופן שבו חשמל נע סביב העולם.

מה זה HVDC Transmission?

העברת HVDC מעבירה אנרגיה חשמלית באמצעות זרם ישיר במתחים בדרך כלל החל מ -100 kV ל-800 kV, עם כמה קווים ניסיוניים להגיע 1,100 kV. בניגוד לזרם המשתנה השולט ברוב הרשתות הלאומיות, זרמים ישירים בכיוון אחד, ביטול אובדן הכוח תגובתי ומגבלות הקשורות לשלב המגבלה את יכולת קו AC על פני מרחקים ארוכים.

מבחינה היסטורית, HVDC נחשב פתרון מיוחד עבור מעברי כבל צוללות או חיבור רשתות סינכרוניות. מערכות מוקדמות השתמש במסתמי כספית-arc ולאחר מכן המרירים המבוססים על Thyristor, אבל אלה היו גדולים ומציעו גמישות שליטה מוגבלת.נקודת המפנה הגיעה עם התפתחות של ממירי מתח (VSCs), אשר הביא את היכולת לשלוט באופן עצמאי פעיל כוח פעיל ופעיל, יכולות שחורות-star, ושילוב עם רשתות אוויריות חלשות, ומערכת ההפעלה, כיום, עם רשת ההפעלה, חלשות, עם רשת אלחוטית, ומערכת ההפעלה, משולבת, משולבת, משולבת, משולבת, משולבת, משולבת, היא חלקה.

כיצד HVDC Systems עובדת

עקרונות יסוד

בקישור HVDC, חשמל מומר מ AC עד DC בקצה המשלוח, מועבר דרך קווים מעל פני השטח או כבלים, ולאחר מכן מומר בחזרה AC בקצה המקבל.הההה מבוצעת על ידי תחנות המרתר המשתמשות מכשירים אלקטרוניים - שלךריסים בקו-קו-מוגדרים (LCC) או מבודדים קו-טרנטימנטורים (IGBTs) ב- VSC נשארות קבועות עבור קווי חשמל קבועים (כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ניתן לשנות את הקיבולת לטווח ארוך יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לטווח ארוך טווח של קו- DC- DC-קו-קו-קו-טווח) או, ללא מגבלות קבוע (כלומר, ללא מגבלות קבוע (כלומר, ללא מגבלות כוח) או לטווח ארוך טווח (כלומר, כלומר, כלומר, ללא מגבלות קבוע (כלומר, לטווח ארוך יותר, כלומר, ללא מגבלות קבוע (כלומר, לטווח ארוך יותר, כלומר, ללא מגבלות קבוע (כלומר, ניתן להגדיר מחדש של קו-טווח) או בתנאי הנית) או מוגבל של קו-קו-קו-קו-טווח) או מוגבל של קו-טווח) או מוגבל של קו-טווח) או מוגבל של קו

המונחים: HVDC System

מתקן HVDC מורכב ממספר מערכות משנה קריטיות:

  • (FLT:0) תחנות בולטות (FLT:1) - בתים שסתום, מסובכים, מסננים ומערכות בקרה.אלה המרכיבים היקרים ביותר ובדרך כלל אחראים ל-40-60 אחוזים מסך עלויות הפרויקט.
  • (ב) ,0) קווי שידור של DC (FLT:1) - מעלים מולכים או כבלים תת-קרקעיים / צוללות.מעלית קווים משתמשים בשני מוליכים (בקוטב) או מול אחד עם החזרה הקרקע (monoקוטב).
  • (ב) בצורות מונו קוטבית, האדמה או הים משמשים כנתיב החזרה, הדורש אלקטרודות שיכולות להתמודד עם זרמים גבוהים ללא קורוזיה או השפעה סביבתית.
  • (FLT:0) מסננים ופיצול כוח תגובתי של כוח חוזר 1(LCC) – מערכות LCC דורשות מסננים גדולים לספוג הרמוניות ולספק כוח תגובתי.
  • (FLT:0) מערכות ניהול והגנה (FLT:103) - ניטור בזמן אמת ותקשורת בין תחנות לניהול זרימת חשמל, זיהוי תקלות ושיקום מערכת.

קו-Commutated Converters (LCC) לעומת וולטאג' Source Converters (VSC)

לשתי טכנולוגיות המריור העיקריות לכל אחת יש מאפיינים ייחודיים שמתאימים ליישומים שונים:

  • (FLT:0)LCC (בסיסה על ידי מטריקס): ההרחבה 1 בוגרת, קיבולת גבוהה (עד 8 GW לכל קישור), והפסד נמוך.עם זאת, LCC דורש רשת AC חזקה לפעול - זה לא יכול להתחיל לרשת מתה (אין יכולת שחורה) וצריכה כוח תגובתי.
  • (FLT:0VSC (IGBT מבוסס): FIRLT:1 מציע שליטה עצמאית של כוח פעיל ותגובה, יכול לספק רשת AC מבודדת, ותומכת בתצורה רב טווח כמעט כמו DC.הפסדים הם מעט גבוה יותר מאשר LCC (כ 1% לתחנת המרתר לעומת 0.8% עבור LCC), אבל חדש יותר של IGBT ו- Modular Levelr (MMC) הוא קיצור של רשת אלחוטית.

הממיר הרב-דרגי מודולרי (MMC), שהוצג בסוף שנות ה-2000, מייצג את הטופולוגיה העדכנית ביותר של VSC.הוא משתמש מאות תת-מודולים מבוקרים באופן אינדיבידואלי, אשר מסטיסים מתח AC ליד-sinusoidal, צמצום באופן דרסטי של תוכן הרמוני דרישות מסנן.מערכות HVDC מבוססות MMC פועלות כעת ב- 320 ± kV ומעל, עם יכולות גבוהות 2GW לקשר.

קידום טכנולוגי חדש

קצב החדשנות ב-HVDC מואץ במהלך חמש-עשרה השנים האחרונות, מונע על ידי הביקוש ליכולות גדולות יותר, מרחקים ארוכים יותר ושילוב רשת חכם יותר.

וולטאז' מקור Converters (VSCs) ו- Modular Multilevel Converters

השינוי מ- VSCs ברמת שני ל-VSCs ל-Moderular Multilevel (MMCs) היה קפיצה קדימה. MMC להתנצלות להפחית את ההפסדים, לשפר את המתח תואם, ולאפשר בנייה מדרגית. יצרנים כגון ABB (כיום Hitachi Energy), Siemens Energy, ו-GG Grid Solutions משווקו מערכות MMC עם דירוגים של עד 1000 מגה-וואט, הטכנולוגיה מאפשרת גם התחדשות מהירה של מתחים של כוח מקולריים ללא תכונות של DC לטווח הארוך.

חומרים מתקדמים

בידוד כבל הוא גורם מגביל ביישומים HVDC, במיוחד עבור תת קרקע וצוללות מתקנים. כבלים פוליאתילן מחובר צלב (XLPE) המשמש להעברת AC מבצעים גרוע תחת שדות חשמליים DC בשל הצטברות שטח. חומרים חדשים, כולל תרכובות XLPE ותרמופלסט elastomers, להציג באופן משמעותי יותר עומס שטח נמוך ופירוק גבוה יותר.

Superconducting DC Cables

בעוד עדיין בשלב המחקר והטייס, כבלי HVDC מציעים אפשרות מפתה של אפס הפסדים מנוגדים. חומרים בעלי מוליכים (HTS) חומרים כגון קלטות REBCO, יכולים לשאת שיניים נוכחיות עצומות כאשר קרירים עם חנקן נוזלי. בשנת 2022, פרויקט AMPA בגרמניה הראה 10 kV, 10 kATS DC שיכולה להעביר באופן תיאורטית של 100 מ"ר, כולל אתגרים עלות של HDC, רק עלות מסחריים, כולל עלות.

גנטיקה ובקרת בינה מלאכותית

מערכות HVDC מודרניות מייצרות כמויות עצומות של נתונים תפעוליים.טכנולוגיות תאום דיגיטליות יוצרות העתק וירטואלי בזמן אמת של תחנת המרתר ושורה שידור, המאפשר תחזוקה חיזוי, ניתוח תקלות, אופטימיזציה של זרימת כוח.אלגוריתמים של למידת מכונות מאומנים לזהות דפוסי פריקה חלקיים בגיעת שינוי, חיזוי שסתום ללבוש, והתאמה דינמית רמות מתח לצמצום הפסדי קו.3% שימוש סיניים כבר הפעילו AI-HVDC עבור פלטפורמות בקרה 2, ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± CVjiangHangHangHangHangHangHangHangHang-Hang-Hang-Hang-HangHangHangHang-Hang-HangHang-Hang-Hang-Hang-Hang-Hang-Hang-HangHangHanghib, ו-HangHanghib.

Multi-Terminal ו- DC Grid Technologies

רשתות DC אמיתיות - שבו מספר רב של ממרים וקווים קשורים זה לזה - היו יעד מחקר ארוך טווח.הפרויקט הרב-טווח המסחרי הראשון של HVDC, מערכת VSC VSC לטווח רב בסין (2013), מחובר שלוש חוות רוח offshore היבשת באמצעות תצורה תלת-טווחית של DC מאז, מאז, רשת ג'אנגבי DC בסין (2020) הוכיחה ארבע-טווח טיפול ברשת עד כה משולבתקד של DC2, ו-DRHRHRHRHRHRHRHR.

יתרונות של מערכות HVDC מודרניות

השיפורים הטכניים המתוארים לעיל מתרגמים ליתרונות מוחשיים עבור מפעילי רשת, מפתחים מתחדשים והחברה בכלל.

אובדן Transmission

למרחקים ארוכים יותר מ-600 ק"מ לקווים מעל פני השטח ו-50 ק"מ לכבלים, HVDC סובל הפסדים נמוכים יותר מאשר שידור AC שווה ערך. at 800 kV, קו HVDC טיפוסי מפסיד כ-3% ל- 1000 ק"מ, בהשוואה ל-56% לקו HVAC של אותו מרחק.העדר של זרימת כוח תגובתי גם אומר כי יכולתה של קו יכולה לשמש עבור כוח אמיתי עבור 2,000 ק"מ בלבד, 000 מ-2,000 ק"מ, לעומת 2MW VR, לעומת 2, 000 ליטר של R.

שיפור יכולת הרשת

מערכות HVDC מבוססות VSC יכולות לספק תמיכה בתדר ומתח לרשתות AC חלשות.הם יכולים להזריק או לספוג כוח תגובתי באופן דינמי, לעזור לחסן תנודות ולשפר את היציבות הטרנסנדנטלית. בהקשר של חדירה מתחדשת, הקישורים HVDC פועלים כ"כבישי אנרגיה" שמשתיקים תנודות - כוח מהים הצפוני ניתן להעביר לאירופה עם מינימום של ריפוי.

עלויות חיסכון לפרויקטים ארוכים וסובמרינים

בעוד תחנות המרת HVDC יקרות יותר מאשר תת-קרקעיות AC, החיסכון בחומרי קו השידור, רכישה נכונה של הכביש וציוד פיצוי להפוך את HVDC זול יותר למרחקים ארוכים. נקודה טיפוסית היא 400-600 ק"מ עבור קווים מעל פני השטח ו -30-50 ק"מ עבור כבלי צוללות.עבור פרויקט ים צפון 1,200 ק"מ בין נורבגיה ובריטניה, צוללת ו-HDC היה אפשרי רק לקיבולת תחרותית של 2 מיליארד ליש"מ.

יתרונות סביבתיים ותכנון

קווי השידור HVDC דורשים מסדרונות צרים - לעתים קרובות רק 20-30 מטר לקו דו קוטבי לעומת 50-60 מטרים עבור AC. שדות מגנטיים נמוכים יותר והעדר רעש שחרור כלואה גם להפחית את ההתנגדות של קהילות מקומיות. כבלים תת-מין קבורים ב קרקעית הים יש השפעה חזותית רשלנית.יתר על כן, כי HVDC יכול לשלב משאבים מתחדשים מרחוק, זה להפחית את הצורך עבור תחנות דלק מאובנים חדשים, ליד מרכזי קיצוץ פחמן דו-חמצני.

שילוב מחדש

בחוות רוח Offshore מסתמכות על VSC-HVDC עבור קשרים מעבר ל-80-100 ק"מ. מודרנית בחוות HVDC, כגון אלה המשמשים עבור חוות הרוח Dogger (3.6 GW, תחת בנייה) ואת העתיד TenneT 2 GWW פרויקטים בחו"ל, יכול לשדר ביעילות מעל 300 ק"מ, כמו כן, בחוות רוח צפו במים עמוקים יהיה תלוי במרחק HVDC עבור מעל 150 ק"מ, אם כי גם כן, אם כי הם מאפשרים שידורים של אזורים של אזור המדבר (מצרים).

המונחים: HVDC Transmission

Long-Distance Bulk Power Transfer

היישום הקלאסי של HVDC נע בלוקים גדולים של כוח הידרואלקטרי מרוחק או צמחי תרמי למרכזי עומס מרוחקים.דוגמאות כוללות את סכר Iטאיpu בברזיל (שני ±600 kV LCC קישורים, 6.3 GW הכולל), Xiangjiaba-Shanghai ±800 kV קו בסין (7.2 GW, 1,900 ק"מ), ומערכת Rioira אלה להוכיח כיצד ניתן יהיה לפתוח משאבים אחרים.

חיבור Asynchronous Grids

HVDC היא הדרך היחידה לחבר רשתות AC הפועלות בתדרים שונים (50 הרץ לעומת 60 הרץ) או אינם מסונכרנים. קי interconnectors כוללים את קו 1,400 MW צרפת-ספרד באמצעות Pyrenees, 2,000 MW NordLink בין נורבגיה וגרמניה, ואת 1,000 MW Basslink בין אוסטרליה ל Tasmania.

Offshore Wind Power Transmission

בעוד חוות רוח offshore לנוע רחוק יותר מהחוף, HVDC הופך חיוני.הקישור הראשון בקנה מידה גדול VSC-HVDC עבור רוח offshore היה 400 MW BorWin1 ב ים הצפוני הגרמני (שיתוף פעולה 2009) היום, פלטפורמות כמו 900 MW DolWin6 ואת 1,400 MW Dogger Dogger בנק להשתמש 320-5 kVDC הדור החדש של 2WHVDC, שפותח על ידי פלטפורמות Ampriize ו- 10.

עיר עירונית: Infeed and City Center Supply

ערים גדולות רבות יש שטח מוגבל עבור קווי AC חדשים מעל פני השטח. כבל HVDC יכול להיקבר או submerged כדי להביא כוח לאזורים מטרופוליניים ללא תאורה חזותית. 400 MW Trans Bay Cable בסן פרנסיסקו, 1,000 MW SydVästlästlänken בשוודיה, ואת הקשר 800MW INELFE בין צרפת וספרד להשתמש כל צוללת תת קרקעית או HVDC כדי לספק כוח ישירות תת-ערים.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלה, HVDC מתמודד עם כמה אתגרים מעשיים:

  • עלות תחנת המרתף הגבוהה:0 (FLT:1ir תחנות המרתר נותר יקר (כ-150 מיליון דולר ל-VSC) כלכלות של קנה מידה וסטנדרטיזציה עוזרות, אך עלויות per-kW עדיין גבוהות יותר מתחזיות AC.
  • (FLT:0) מעגל שוברים:0) הגנה על רשת DC אמיתית דורשת פורצים שיכולים להפריע לזרם גבוה ללא מעבר אפס טבעי.
  • (FLT:0) תשלום בכבלים:FLT:1 במתחים מעל 320 kV, XLPE Insulation יכול לצבור מטען חלל המקטין את כוח השבר.זה מוגבל מתחים כבלים מפורשים ל 525 kV, בעוד LCC כבלים באמצעות אינסטלציה של שמן-paper יכול להגיע ל-800 kV אבל דורש תחזוקה נוספת.
  • (FLT:0) בעיות איכות: 1FLT 1 LCC ממירים לייצר הרמוניות הדורשות מסננים גדולים, ואפילו מערכות MMC מייצרות פליטות גבוהות מאוד שעלולות לגרום להפרעות אלקטרומגנטיות.
  • (FLT:0Skill and Supply chain Limits:FLT:1 פרויקטים HVDC דורשים מומחיות הנדסית מיוחדת, ואספקת רכיבי מפתח (IGBT מודולים, ממירים, DC breakers) מרוכזת בין כמה יצרנים.

פרויקטים גלובליים HVDC

רשת ה- Ultra-High Voltage (UHV) DC

סין מחזיקה בצי הגדול בעולם של HVDC קישורים, כולל ±800 kV ו ±1,100 kV מערכות. צ'אנג'י-Guquan ±1,100 kV קו, שהוזמן בשנת 2019, משתרע 3,291 ק"מ ומעביר 12 GW - מספיק כדי כוח כ-50 מיליון בתים.

North Sea Wind Power Hub (אירופה)

מתוכנן כמרכז HVDC רב טווח, הפרויקט הזה צופה "אי אנרגיה" מלאכותי בים הצפוני, המאגד את אנרגיית הרוח ומפיץ אותה באמצעות כבלי HVDC לבריטניה, גרמניה, הולנד ונורבגיה.אם הוא יבין, הוא יפגין רשת DC אמיתית עם שיתוף חשמל ושיקום.

צרפת-ספרד

פרויקט 2,000 MW INELFE משתמש בשני קישורים מקבילים VSC-HVDC ב ±320 kV, קבור לאורך מסלול 64 ק"מ מתחת להרים Pyrenees.זה משפר את יכולת המעבר ואת חוסן הרשת, עם היכולת לספק תמיכה שחורה כוכבים.

חיבור הרוח האטלנטי (Proposed)

בארצות הברית, חיבור הרוח של 1000MW אטלנטיק יהיה עמוד השדרה offshore HVDC המחבר חוות רוח מרובות מחוץ לחוף באמצע אטלנטי, למרות עיכוב, הרעיון נשאר מודל לפיתוח רשת עתידית.

תחזית עתיד

כמה מגמות מתעוררות ואזורי מחקר מבטיחים לקדם את HVDC עוד יותר.על מוליכים כבלי HVDC, אם ממושמעים, יכול לחסל הפסדים מנוגדים לחלוטין, המאפשר שידור קצר ללא הפסד לאורך אלפי קילומטרים. רשתות Multi-terminal DC צפויים להתרבות, עם תוכנית "טראנס-אירופה אנרגיה" של ה-V-Trans- European Energy" של ה-Cybernbnbnbnbnbnbnance, שעשויהפעלת תפקיד מרכזי ב-CDC, אשר עשוי להגביר את רמת ה-CDC ו-CDC, מעבר ל-CDC של צוללות, ו-CDC, ככל הנראה, לחץ אווירי תיבות של צוללות, ל-CDC, ל-CDC, להגדלת טווח, להגדלת טווח, ל-CDC, ל-CDC, ל-CDC של צוללות, להגדלת טווח של ה-CDC, ל-CDC, להגדלת גבולות אנרגיה מתקדמת, ל-CDC של ה-CDC של ה-CDC של צוללות, ל-CDC של ה-CDC של ה-CDC של צוללות, ל-CDC של ה-CDC של ה-CDC של ה-C

ככל שהאנרגיה המתחדשת מתרחבת והצורך בתחבורה חשמל למרחקים ארוכים גדל, HVDC הוא חיוני כדי להתגבר על עלות נוספת וחסמים טכניים, אבל המסלול ברור: HVDC יהיה בלב המעבר באנרגיה נקייה, יצרנים, מוסדות מחקר, ורגולטורים יהיה חיוני להתגבר על עלויות שנותרו וחסמים טכניים, אבל המסלול יהיה ברור: HVDC יהיה בלב המעבר אנרגיה נקייה, חיבור, אנרגיה סולארית, משאבים סולריים ומרכזי מהימנות חסרי תקדים.