Rozsiahly prenos čistej energie je primárnym problémom, ktorý treba vyriešiť v novom energetickom systéme
V distribúcii čistej energie a dopyte po elektrickej energii v mojej krajine existuje „línia Hu Huanyong“. Vplyvom faktorov, akými sú klíma, vývoj produktivity, historická politická ekonómia a ďalšie faktory, je ekonomický vývoj medzi regiónmi v našej krajine nevyvážený. „Hu Huanyong Line“ (tiež známa ako Heihe-Tengchong Line) navrhnutá v roku 1935 je typickým opisom tohto javu: oblasť východne od línie Hu Huanyong zaberá asi 36 percent rozlohy krajiny a zaberá viac ako 95 percent. obyvateľov krajiny (v tom čase údaje z 30. rokov). V čínskej distribúcii čistej energie a dopyte po elektrickej energii existuje aj „línia Hu Huanyong“. Východná časť línie Hu Huanyong spotrebuje 86,5 percent elektriny, zatiaľ čo západ spotrebuje iba 13,5 percenta . Čo sa však týka distribúcie čistej energie, z rozloženia veterných zdrojov a svetelných zdrojov v Číne je vidieť, že západ línie Hu Huanyong je oveľa vyšší ako východ línie Hu Huanyong. Okrem zdrojov veternej energie na mori sú iné vysokokvalitné veterné zdroje ďaleko od oblastí s vysokým zaťažením a vyžadujú si obrovské využitie energie.
Veterná energia na mori je dôležitým zdrojom čistej energie pozdĺž pobrežia a trendom doby je ísť na mori a rozširovať sa. Čínska veterná energia na mori sa rýchlo rozvíja. V roku 2020 dosiahne čínska inštalovaná kapacita veternej energie na mori 3,1 GW, čím po prvý raz prekoná Európu a stane sa najväčším svetovým trhom s veternou energiou na mori s novo inštalovanou kapacitou presahujúcou polovicu celkovej svetovej produkcie. V roku 2021 bude novo inštalovaná kapacita veternej energie v Číne na mori 16,9 GW, čo je rekord. Po zrušení štátnych dotácií na veternú energiu na mori v roku 2022 však veterná energia na mori vstúpi do éry parity a inštalovaný výkon sa vráti na normálnu úroveň. Veterná energia na mori je blízko centra zaťaženia, čo prispieva k spotrebe, a výkon veternej energie na mori je relatívne stabilný a hodiny využitia sú vysoké. Je to najlepšia čistá energia v pobrežných oblastiach. Podľa plánovania veternej energie na mori v Guangdongu, Ťiang-su a ďalších miestach sú všeobecným trendom v kombinácii s trendom rozvoja zahraničnej veternej energie na mori, hlbokého mora a veľkého rozsahu.
UHV DC je najlepším riešením pre prenos energie vo veľkom meradle naprieč regiónmi
UHV zahŕňa prenos UHV AC a UHV DC. UHV AC sa týka projektov prenosu striedavého prúdu s napäťovou úrovňou 1000 kV a UHVDC sa týka projektov prenosu jednosmerného prúdu s úrovňou napätia ± 800 kV a vyššou. Technické princípy a logika vývoja oboch sú úplne odlišné. UHV DC je typický projekt prenosu energie z bodu do siete. Jeho základným princípom je použitie konvertorového ventilu na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd a následne po preprave na miesto určenia premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd a následné pripojenie k striedavej elektrickej sieti. Hlavným účelom je prenos elektrickej energie. Okrem prenosu elektrickej energie AC UHV preberá aj úlohu zlepšovania štruktúry siete a zvyšovania stability siete. Technológia jednosmerného prenosu je technológia prenosu energie založená na technológii výkonovej elektroniky. Vzhľadom na výhody jednoduchej topológie, ľahkej transformácie napätia a nízkych nákladov na vybavenie sa AC prenos stal najbežnejšie používanou technológiou prenosu energie v krajinách po celom svete a stále je najdôležitejšou súčasťou čínskej elektrickej siete. DC prenosová technológia je technická cesta vyvinutá spolu so zrodom technológie výkonovej elektroniky.
Podľa rôznych výkonových elektronických zariadení a funkcií sa dá rozdeliť do dvoch trás: konvenčný jednosmerný prúd (LCC) a flexibilný jednosmerný prúd (VSC):
(1) Konvenčný jednosmerný prúd (LCC) je technológia prenosu jednosmerného prúdu, ktorá využíva poloriadené výkonové elektronické komponenty, ako sú tyristory, ako základné komponenty ventilu meniča. Jeho výhodou je veľká prenosová kapacita a nízka cena, ale vyžaduje silnú podporu striedavej siete. Množstvo harmonických je veľké a jalový výkon musí byť absorbovaný zo siete, takže musí byť nakonfigurovaný veľký počet jednosmerných a striedavých filtračných zariadení.
(2) Flexibilný jednosmerný prúd (VSC) je technológia prenosu jednosmerného prúdu, ktorá využíva plne riadené výkonové elektronické komponenty, ako sú IGBT, ako základné komponenty ventilu meniča. Jeho výhodou je, že dokáže vytvoriť striedavý prúd veľmi blízky štandardnej sínusovej vlne prostredníctvom modulárnej viacúrovňovej technológie a aktívny a jalový výkon je možné nastaviť nezávisle bez filtračného zariadenia alebo podpory striedavej siete. Nevýhodou sú vysoké náklady a malá doručovacia kapacita.
Z hľadiska diaľkového prenosu energie má DC UHV oproti AC UHV zjavné výhody: všeobecný model delenej prevádzky elektrickej siete mojej krajiny sa nezmení. Prevádzku elektrickej siete mojej krajiny zabezpečujú traja hlavní operátori, Štátna sieť rozvodnej spoločnosti v Číne, Čínska južná energetická sieťová korporácia a Inner Mongolia Electric Power Company. Existuje 7 regionálnych synchrónnych energetických sietí a medzi regionálnymi energetickými sieťami je len slabé prepojenie a väčšina výroby a spotreby elektriny sa vyrába v rámci regiónu.
Podľa údajov China Electricity Council bude v roku 2021 medzi regiónmi v celej krajine prenesených 687,6 miliardy kilowatthodín elektriny, čo predstavuje len asi 8,3 percenta spotreby elektriny celej spoločnosti, a prepojenia medzi regiónmi sú relatívne slabý. Rozšírenie striedavej elektrickej siete môže spôsobiť, že elektrizačná sieť stúpne namiesto poklesu. Podľa poradného stanoviska Čínskej akadémie inžinierstva z roku 2018 „Poradné stanovisko pre výskum budúcich vzorcov energetických sietí (2020) mojej krajiny“ by sme sa mali naďalej držať štruktúry so šiestimi hlavnými regionálnymi energetickými sieťami ako hlavným orgánom (investícia do projektu Chongqing-Hubei z roku 2019 Southwest Power Grid a Central China Power Grid budú po preprave oddelené). Preto AC UHV nemôže prenášať energiu cez regióny a môže hrať úlohu iba v špecifických situáciách, ako je prítomnosť vysokokvalitných veterných a solárnych zdrojov a veľký dopyt po elektrickej energii v tej istej elektrickej sieti a vzdialenosť medzi nimi. je pomerne dlhá.
DC prenos je najlepším regionálnym sieťovým pripojením. Avšak v dôsledku rozdielov v zdrojoch medzi regiónmi má moja krajina relatívne veľký dopyt po medziregionálnom prenose energie. Prenos jednosmerným prúdom má nasledujúce tri výhody, vďaka čomu je najlepším riešením pre medziregionálny prenos energie:
(1) Prenos jednosmerným prúdom má vynikajúcu hospodárnosť pri prenose energie na veľké vzdialenosti. Náklady na DC konvertorové stanice sú vyššie ako náklady na AC rozvodne, ale keďže jednosmerný prenos nemá efekt kože a nabíjací výkon, miera využitia prenosových vedení je vyššia. Preto, keď je prenosová vzdialenosť dostatočne dlhá, jeho hospodárnosť prekoná hospodárnosť prenosu striedavým prúdom.
(2) Môže sa použiť na asynchrónne prepojenie siete. Prepojenie AC siete vyžaduje, aby frekvencia celej siete bola konzistentná, preto sa nemôže použiť na asynchrónne prepojenie siete. Prenos jednosmerného prúdu najprv usmerňuje striedavý prúd na jednosmerný prúd a potom ho mení na striedavý prúd, ktorý možno použiť na asynchrónne prepojenie siete.
(3) Prispieva k izolácii havárií siete a nerozširuje riziko havárií v sieti. UHV DC prenos možno považovať za diaľkovo ovládateľný zdroj energie prijímacej koncovej siete. Mriežky na oboch koncoch nie sú spojené a mriežky na oboch koncoch môžu byť izolované. V prípade vážnej havárie elektrickej siete môže UHV DC izolovať nehodu bez rozšírenia rizika nehôd v elektrickej sieti. Ďalším typickým scenárom aplikácie UHV AC je posilnenie elektrickej siete. Keďže rozsiahly prenos jednosmerného prúdu mojej krajiny vstupuje do severnej Číny, východnej Číny, strednej Číny a juhozápadnej Číny, sila striedavej elektrickej siete určuje bezpečnosť celého energetického systému a dopyt po AC UHV sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje.
Dôležitá úloha flexibilného jednosmerného prúdu v nových energetických systémoch
Flexibilný jednosmerný prúd je vhodný najmä na prenos rozsiahlej veternej energie na mori vo vzdialených moriach. V súčasnosti je hlavnou metódou prenosu veternej energie na mori vysokonapäťový prenos striedavého prúdu, to znamená, že veterné turbíny na mori sú pripojené k posilňovačom staníc na mori, zosilnené na 220 kV alebo vyššie úrovne napätia a potom odoslané do pobrežných energetických sietí. Keďže jednosmerný prenos nemá nabíjací výkon, investícia a účinnosť prenosu podmorských káblov sú lepšie ako pri striedavom prenose. Vo všeobecnosti, keď je prenosová vzdialenosť väčšia ako približne 80 km, hospodárnosť prenosu jednosmerným prúdom prevýši hospodárnosť prenosu striedavým prúdom. Okrem toho, keďže konvenčný jednosmerný prúd vyžaduje silnú podporu siete striedavého prúdu a veterné farmy na mori sú slabé systémy striedavého prúdu zložené z veterných turbín, ktoré nedokážu splniť požiadavky na prenos energie konvenčného jednosmerného prúdu, flexibilný jednosmerný prúd sa stal jediným ekonomickým a uskutočniteľným riešením. Cesta hybridnej technológie LCC-VSC efektívne rieši problém zlyhania komutácie UHV DC v oblastiach s hustými DC výpadkami. Po desaťročiach výstavby moja krajina vybudovala 32 projektov prenosu jednosmerného prúdu s diaľkovým prenosom energie ako hlavnou funkciou, z ktorých viac ako 10 projektov sa nachádza v delte rieky Yangtze alebo v provincii Guangdong a husté umiestnenie vedie k jednosmernému prúdu prenos medzi týmito dvoma miestami. Zvyšuje sa riziko zlyhania komutácie a zvyšuje sa skryté nebezpečenstvo nehôd v elektrickej sieti. Flexibilný jednosmerný prúd môže nezávisle podporovať napätie bez rizika zlyhania komutácie a je najlepším riešením na pokračovanie v napájaní jednosmerného prúdu do vyššie uvedených dvoch miest. V súčasnosti China Southern Power Grid dokončila projekt prenosu jednosmerného prúdu Wudongde a štátna rozvodná sieť tiež buduje projekt prenosu jednosmerného prúdu UHV Baihetan-Jiangsu, pričom v oboch prípadoch sa použila flexibilná technológia jednosmerného prúdu. Technické riešenia oboch projektov sú však odlišné.
Flexibilné jednosmerné prepojenie zvyšuje schopnosť vzájomnej pomoci elektrizačnej siete a zlepšuje spoľahlivosť a efektívnosť napájania. Okrem schémy konvenčného diaľkového prenosu energie medzi regionálnymi energetickými sieťami v mojej krajine možno na prepojenie regionálnych energetických sietí použiť aj spätné flexibilné trasy jednosmerného prúdu. Takzvaný back-to-back flexibilný jednosmerný prúd sa vzťahuje na konštrukciu usmerňovacej stanice a invertorovej stanice spolu bez jednosmerného vedenia. Technológia back-to-back flexibilného jednosmerného prúdu môže zlepšiť vzájomnú energetickú kapacitu medzi regionálnymi energetickými sieťami bez rozšírenia rozsahu nehôd v elektrickej sieti. Okrem toho 500kV elektrické siete v Guangdongu, Jiangsu a ďalších miestach v Číne sú už veľmi veľké, so zložitými štruktúrami a výraznými problémami nadmerného skratového prúdu. Pridanie ohybného jednosmerného prúdu back-to-back na „rozviazanie“ elektrickej siete môže tiež efektívne vyriešiť vyššie uvedené problémy. Projekt Chongqing-Hubei back-to-back a projekt prepojenia Fujian-Guangdong vo výstavbe sú typickými aplikáciami flexibilných priamych projektov back-to-back.