Передача постоянного тока в электроэнергетике

Развитие новых технологий и материалов (которые обладают все лучшими механическими и электрическими свойствами и более экологичны), технико-экономическое и социальное развитие стран (особенно Индии и Китая) и растущий спрос на электроэнергию, необходимость передачи энергии из более отдаленных и менее доступных населенных пунктов в мегаполисы в глобальном масштабе создают новые возможности для передачи постоянного тока.

Наибольшее распространение высоковольтных линий электропередачи постоянного тока (high-voltage direct current, HVDC) происходит в Китае, в котором процесс строительства энергосистемы сверхвысокого напряжения следует стратегии «сочетания переменного и постоянного тока».

Несколько новых проектов линий HVDC были реализованы за последние годы, а другие находятся в стадии строительства или только проектируются. В ближайшее время планируется построить несколько новых линий постоянного тока напряжением ±1100 кВ.

Линия электропередачи UHVDC ± 1100 кВ Синьцзян Чанцзи-Аньхой Гуцюань в Китае (UHVDC - линия электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения)

Для передачи электроэнергии на большие расстояния (свыше 500 км по воздушным линиям и более 50 км по подводным кабелям) более выгодна передача электроэнергии на постоянном токе.

В зависимости от напряжения и конструктивных характеристик потери энергии при передаче постоянного тока оцениваются в 3,5% на 1000 км, что значительно меньше по сравнению с передачей переменного тока.

Для линий электропередач постоянного тока требуется меньше проводников, потому что нет необходимости в трехфазной системе.

Системы постоянного тока могут использовать более тонкие провода, потому что в них отсутствует скин-эффект.

Эти факторы значительно снижают стоимость передачи электроэнергии.

Принцип прямой передачи заключается в преобразовании переменного тока в постоянный, передаче прямой энергии на большие расстояния и обратном преобразовании в переменный ток. Преобразование энергии осуществляется на преобразовательных станциях.

Перед передачей по воздушной или кабельной линии ток проходит через выпрямитель, а после передачи через инвертор на стороне потребителя, который преобразует постоянный ток в переменный.

В настоящее время и выпрямитель, и инвертор чаще всего представляют собой одну и ту же полупроводниковую преобразовательную систему, которая может работать в обоих режимах в зависимости от направления передаваемой энергии.

Вид с воздуха на преобразовательную подстанцию UHVDC ±1100 кВ

Номинальная пропускная способность проекта передачи постоянного тока UHVDC Changji-Guquan ± 1100 кВ составляет 12 миллионов киловатт. Этот проект также является первым в мире случаем, когда напряжение постоянного тока было увеличено до ± 1100 кВ, а общая длина линии составляет 3324 километра.

Развитие передач HVDC может привести к взаимосвязи нескольких энергосистем. Результатом будет балансировка диаграммы нагрузки (она выражает ход потребления, соответствующего производства электроэнергии за определенный контролируемый период, всегда должен обеспечиваться баланс между производством и потреблением электроэнергии).

Если бы, например, можно было реализовать международную электроэнергетическую систему, протянувшуюся от Японии до Великобритании, диаграммы потребления отдельных районов почти выровнялись бы из-за сдвига во времени. Однако политические изменения и различия в оборудовании западно- и восточноевропейских сетей пока не позволяют этого сделать.

В настоящее время линии постоянного тока HVDC постепенно соединяют восточноевропейские страны с электрическими сетями Европейского сообщества.

Одна из линий электропередачи постоянного тока

В дальнейшем планируется построить несколько линий высокого напряжения постоянного тока для подачи электроэнергии в Европу от ветряных электростанций в Северном и Балтийском морях и от гидроэлектростанций в странах Северной Европы.

Также планируется межконтинентальное соединение Европа-Африка с множеством ветряных электростанций в странах Северной Европы и солнечными тепловыми электростанциями в Африке.

Недостатком этих межконтинентальных соединений является определенная зависимость стран от электроэнергии с другого континента, что влечет за собой проблему надежности передачи в случае возможных политических конфликтов или террористических атак. Пока работа над этими планами остановлена.

Дальнейшее развитие передач HVDC приводит к постоянному увеличению напряжения передачи и передаваемой мощности, к реализации передачи на большие расстояния. В не очень ближайшем будущем всемирное объединение электрических систем со значительным вкладом в передачу линий HVDC, безусловно, будет успешным.

Яков Кузнецов


Источник: http://electrik.info