Az új villamosenergia-rendszerben a tiszta energia nagyarányú átvitele az elsődleges megoldandó probléma
Hazám tiszta energiaelosztásában és villamosenergia-igényében létezik egy „Hu Huanyong vonal”. Az éghajlat, a termelékenység alakulása, a történelmi politikai gazdaságtan és más tényezők miatt hazánk régiói között a gazdasági fejlődés kiegyensúlyozatlan. Az 1935-ben javasolt "Hu Huanyong vonal" (más néven Heihe-Tengchong vonal) tipikus leírása ennek a jelenségnek: a Hu Huanyong vonaltól keletre eső terület az ország szárazföldi területének körülbelül 36 százalékát foglalja el, és több mint 95 százalékát foglalja el. az ország lakossága (az akkori 1930-as évek adatai). Kína tiszta energiaelosztásában és villamosenergia-igényében is van egy "Hu Huanyong vonal". A Hu Huanyong vonal keleti része 86,5 százalékát fogyasztja az áramnak, míg a nyugati csak 13,5 százalékát. A tiszta energiaelosztás tekintetében azonban a szélerőforrások és a fényforrások kínai megoszlásából látható, hogy a Hu Huanyong vonal nyugati része jóval magasabban van, mint a Hu Huanyong vonal keleti része. A tengeri szélenergia-források kivételével a többi jó minőségű szélerőforrás messze van a nagy terhelésű területektől, és óriási energiaigényük van.
A tengeri szélenergia fontos tiszta energiaforrás a part mentén, és az idők tendenciája a tengeri hasznosítás és a növekedés. A kínai tengeri szélenergia gyorsan fejlődik. 2020-ban Kína beépített tengeri szélenergia-kapacitása eléri a 3,1 GW-ot, Európát megelőzve először, és a világ legnagyobb tengeri szélenergia-piacává válik, és az újonnan telepített kapacitás meghaladja a világ teljes kapacitásának felét. 2021-ben Kína újonnan telepített tengeri szélenergia-kapacitása 16,9 GW lesz, ami rekordmagasság. A tengeri szélenergia állami támogatásának 2022-es megvonásával azonban a tengeri szélenergia a paritás korszakába lép, és a beépített kapacitás visszaáll a normál szintre. A tengeri szélenergia közel van a terhelési központhoz, ami kedvez a fogyasztásnak, a tengeri szélenergia teljesítménye viszonylag stabil, a kihasználtság pedig magas. Ez a legjobb tiszta energia a tengerparti területeken. Guangdong, Jiangsu és más helyek tengeri szélenergia-tervezése szerint, a külföldi tengeri szélenergia fejlődési trendjével együtt, a mélytengeri és a nagyszabású az általános trend.
Az UHV DC a legjobb megoldás a régiók közötti nagyléptékű energiaátvitelhez
Az UHV magában foglalja az UHV AC és UHV DC átvitelt. Az UHV AC az 1000 kV feszültségszintű váltakozó áramú átviteli projekteket jelenti, az UHVDC pedig a ±800 kV vagy annál magasabb feszültségszintű egyenáramú átviteli projekteket. A kettő technikai elve és fejlesztési logikája teljesen más. Az UHV DC egy tipikus pont-hálózat áramátviteli projekt. Alapelve az, hogy egy átalakító szelep segítségével a váltakozó áramot egyenárammá alakítják, majd a rendeltetési helyre szállítás után az egyenáramot váltakozó árammá alakítják át, majd csatlakoztatják a váltakozó áramú hálózathoz. A fő cél az elektromos energia továbbítása. Az AC UHV a villamos energia továbbítása mellett a hálózatszerkezet fejlesztésében és a hálózat stabilitásának fokozásában is szerepet vállal. Az egyenáramú átviteli technológia teljesítményelektronikai technológián alapuló erőátviteli technológia. Az egyszerű topológia, a könnyű feszültségátalakítás és az alacsony berendezésköltség előnyei miatt az AC átvitel a világ országaiban a leggyakrabban használt energiaátviteli technológiává vált, és még mindig Kína villamosenergia-hálózatának legfontosabb része. Az egyenáramú átviteli technológia a teljesítményelektronikai technológia megszületésével együtt kifejlesztett műszaki út.
A különböző teljesítményelektronikai eszközök és funkciók szerint két útvonalra osztható: hagyományos egyenáramú (LCC) és rugalmas egyenáramú (VSC):
(1) A hagyományos egyenáram (LCC) egy egyenáramú átviteli technológia, amely félig vezérelt teljesítményelektronikai alkatrészeket, például tirisztorokat használ az átalakító szelep fő alkotóelemeiként. Előnye a nagy átviteli kapacitás és az alacsony költség, de erős AC hálózati támogatást igényel. A felharmonikusok mennyisége nagy, a meddőteljesítményt a hálózatról kell felvenni, ezért nagyszámú egyenáramú és váltóáramú szűrőberendezést kell konfigurálni.
(2) A Flexible DC (VSC) egy egyenáramú átviteli technológia, amely teljesen vezérelt teljesítményelektronikai komponenseket, például IGBT-ket használ az átalakító szelep fő alkotóelemeiként. Előnye, hogy moduláris többszintű technológiával a szabványos szinuszos hullámhoz nagyon közel álló váltakozó áramot tud képezni, az aktív teljesítmény és a meddőteljesítmény pedig egymástól függetlenül állítható szűrőberendezés és váltóáramú hálózati támogatás nélkül. Hátránya, hogy magas a költség és kicsi a szállítási kapacitás.
A távolsági áramátvitel szempontjából az egyenáramú UHV-nek nyilvánvaló előnyei vannak az AC UHV-vel szemben: hazám villamosenergia-hálózatának particionált működésének általános mintája nem változik. Hazám villamosenergia-hálózatának üzemeltetését három fő üzemeltető, a State Grid Corporation of China, a China Southern Power Grid Corporation és az Inner Mongolia Electric Power Company végzi. 7 regionális szinkron villamos hálózat működik, a regionális villamosenergia-hálózatok között csak gyenge a kapcsolat, a villamosenergia-termelés és -fogyasztás nagy része a régión belül történik.
A Kínai Villamosenergia-tanács adatai szerint 2021-ben 687,6 milliárd kilowattóra áramot továbbítanak a régiók között országszerte, ami az egész társadalom villamosenergia-fogyasztásának csak mintegy 8,3 százalékát teszi ki, és a régiók közötti kapcsolatok viszonylag jók. gyenge. A váltakozó áramú hálózat kibővítése azt eredményezheti, hogy az elektromos hálózat csökkenése helyett emelkedik. A Kínai Mérnöki Akadémia 2018-as „hazám jövőbeli villamosenergia-hálózati mintázat-kutatása (2020) tanácsadó véleménye” szerint továbbra is ragaszkodnunk kell ahhoz a struktúrához, amelynek fő eleme a hat fő regionális villamosenergia-hálózat (a 2019-es Chongqing-Hubei projektberuházás). A délnyugati és a közép-kínai villamosenergia-hálózatot a szállítás után szétválasztják). Ezért az AC UHV nem tud áramot továbbítani régiók között, és csak bizonyos helyzetekben játszhat szerepet, mint például a jó minőségű szél- és napenergia-források jelenléte, valamint a nagy villamosenergia-igény ugyanabban az elektromos hálózatban, valamint a kettő közötti távolság. viszonylag hosszú.
Az egyenáramú átvitel a legjobb regionális hálózati kapcsolat. A régiók közötti erőforrás-ellátottság különbségei miatt azonban országomban viszonylag nagy az igény a régiók közötti energiaátvitelre. Az egyenáramú átvitelnek a következő három előnye van, így ez a legjobb megoldás a régiók közötti energiaátvitelhez:
(1) Az egyenáramú átvitel kiemelkedő gazdaságossággal rendelkezik a nagy távolságú energiaátvitelben. A DC átalakító állomások költsége magasabb, mint a váltakozó áramú alállomásoké, de mivel az egyenáramú átvitelnek nincs skin-effektusa és töltőereje, a távvezetékek kihasználtsága magasabb. Ezért, ha az átviteli távolság elég hosszú, gazdaságossága meghaladja a váltakozó áramú átvitelét.
(2) Aszinkron hálózati összekapcsolásra használható. A váltakozó áramú hálózati összekapcsoláshoz a teljes hálózat frekvenciájának konzisztensnek kell lennie, ezért nem használható aszinkron hálózati összekapcsolásra. Az egyenáramú áramátvitel először a váltakozó áramot egyenárammá alakítja, majd váltakozó árammá alakítja, amely aszinkron hálózati összekapcsolásra alkalmazható.
(3) Elősegíti a hálózati balesetek elkülönítését, és nem növeli a hálózati balesetek kockázatát. Az UHV egyenáramú átvitel a vevővéghálózat nagy távolságra szabályozható áramforrásának tekinthető. A két végén lévő rácsok nincsenek összekapcsolva, és a két végén lévő rácsok leválaszthatók. Súlyos elektromos hálózatbaleset esetén az UHV DC képes elkülöníteni a balesetet anélkül, hogy növelné a hálózati balesetek kockázatát. Az UHV AC másik jellemző alkalmazási forgatókönyve az elektromos hálózat megerősítése. Ahogy hazám nagyszabású egyenáramú átvitele Észak-Kínába, Kelet-Kínába, Közép-Kínába és Délnyugat-Kínába érkezik, a váltakozó áramú villamosenergia-hálózat erőssége meghatározza a teljes villamosenergia-rendszer biztonságát, és ennek megfelelően nő az AC UHV iránti kereslet.
A rugalmas egyenáram fontos szerepe az új villamosenergia-rendszerekben
A rugalmas egyenáram különösen alkalmas nagyméretű tengeri szélenergia átvitelére távoli tengerekben. Jelenleg a tengeri szélerőművek fő átviteli módja a nagyfeszültségű váltakozó áramú átvitel, azaz a tengeri szélturbinákat tengeri nyomásfokozó állomásokhoz csatlakoztatják, 220 kV-os vagy magasabb feszültségszintre emelik, majd a szárazföldi áramhálózatokra küldik. Mivel az egyenáramú átvitelnek nincs töltőereje, a tenger alatti kábelek beruházási és átviteli hatékonysága jobb, mint az AC átvitel. Általánosságban elmondható, hogy ha az átviteli távolság körülbelül 80 km-nél nagyobb, az egyenáramú átvitel gazdaságossága meghaladja az AC átvitelét. Ezen túlmenően, mivel a hagyományos egyenáramhoz erős váltóáramú hálózati támogatásra van szükség, a tengeri szélerőművek pedig szélturbinákból álló gyenge váltakozó áramú rendszerek, amelyek nem tudják kielégíteni a hagyományos egyenáramú áramátviteli követelményeket, a rugalmas egyenáram az egyetlen gazdaságos és megvalósítható megoldás. Az LCC-VSC hibrid technológiai útvonal hatékonyan oldja meg az UHV egyenáramú kommutáció meghibásodását a sűrű egyenáram-esési pontokkal rendelkező területeken. Hazám több évtizedes építkezés után 32 egyenáramú átviteli projektet épített fel, amelyek fő funkciója a nagy távolságú energiaátvitel, amelyek közül több mint 10 projekt a Jangce folyó deltájában vagy Guangdong tartományban található, és a sűrű elhelyezés egyenáramhoz vezet. átvitel a két hely között. Növekszik a kommutációs meghibásodás kockázata, és nő az elektromos hálózati balesetek rejtett veszélye. A rugalmas egyenáram önállóan képes fenntartani a feszültséget a kommutáció meghibásodásának veszélye nélkül, és a legjobb megoldás a fenti két helyre történő egyenáram táplálására. Jelenleg a China Southern Power Grid befejezte a Wudongde egyenáramú átviteli projektet, és az állami hálózat is építi a Baihetan-Jiangsu UHV egyenáramú átviteli projektet, mindkettő rugalmas egyenáramú technológiát alkalmaz. De a két projekt műszaki megoldásai eltérőek.
A rugalmas egyenáramú összekapcsolás növeli az elektromos hálózat kölcsönös segítségnyújtási képességét, valamint javítja az áramellátás megbízhatóságát és hatékonyságát. Az országomban a regionális villamosenergia-hálózatok közötti hagyományos nagy távolságú villamosenergia-átviteli rendszeren túlmenően a regionális villamosenergia-hálózatok csomópontjain az egymásnak megfelelő rugalmas egyenáramú útvonalak is használhatók összekapcsolásra. Az úgynevezett back-to-back rugalmas DC egy egyenirányító állomás és egy inverter állomás egyenáramú vezeték nélküli együttes felépítését jelenti. A back-to-back rugalmas egyenáramú technológia javíthatja a regionális villamosenergia-hálózatok kölcsönös energiaellátását anélkül, hogy kiterjesztené az elektromos hálózatban bekövetkező balesetek körét. Ezenkívül Guangdongban, Jiangsuban és Kína más helyein az 500 kV-os elektromos hálózatok már nagyon nagyok, összetett szerkezetűek, és a túlzott rövidzárlati áram kiemelkedő problémái vannak. A fenti problémákat is hatékonyan oldhatja meg, ha az elektromos hálózat "leoldása" érdekében egymás mellett rugalmas egyenáramot ad hozzá. A Chongqing-Hubei back-to-back projekt és az épülő Fujian-Guangdong összekapcsolási projekt a rugalmas, egyenesen egymás melletti projektek tipikus alkalmazásai.