כיצד העברת hvdc יכולה להיות העתיד לייצור אנרגיה מתחדשת

הצורך במערכת העברת חשמל יעילה וגמישה הורגש בעקביות בכלכלות המתועשות של ימינו. קיימות מספר אפשרויות העומדות בפני קובעי המדיניות והגורמים המסחריים, כאשר מערכות העברת זרם ישר (HVDC) במתח גבוה מתפתחות כמנגנון אפשרי של ניהול אנרגיה.

הפיתוח של טכנולוגיית HVDC מבשר על שינוי ים באופן העברת החשמל למרחקים ארוכים, מכיוון שהיא מציעה יתרונות רב-גוניים לעומת מערכות העברת זרם חילופין (AC). מערכות העברת HVDC מציעות יתרונות במונחים של פליטות נמוכות יותר וחיסכון בעלויות, כאשר הן נפרסות תקורה למרחקים ארוכים ובתחתית או מתחת למים למרחקים קצרים.

על ידי הצעת יעילות חולפת מקסימאלית ואיבוד כוח נמוך יותר, ללא קשר למרחק שעובר החשמל, מערכות העברת HVDC יוצרות פוטנציאל משמעותי להעברת כוח למרחקים ארוכים, כמו איים ואפילו יבשות. ההתקדמות בטכנולוגיות HVDC סוללת דרך למערכות חשמל מתחדשות, ומסמלת סיכויים עתידיים חיוביים לשוק מערכות ההולכה של HVDC, שהוערך בכ- 7.4 מיליארד דולר ארה"ב בשנת 2018.

שידור HVDC: אוטוסטרדה חשמלית לעידן החדש של מתחדשים

מערכות העברת HVDC מתגלות כבסיס שעליו מפותחת ומוטמעת מערכת האנרגיה החדשה המבוססת על מקורות מתחדשים. מערכות אנרגיה מתחדשות, כגון פרויקטים של אנרגיה סולארית ורוח, הן לרוב תנודתיות ונמצאות באזורים מרוחקים. טכנולוגיית HVDC המתפתחת הולכת ותופסת מקום במשק האנרגיה החדש עם קווי העברת HVDC ארוכי טווח שיכולים להעביר כוח ביעילות מקסימאלית ובהספק מינימלי.

קווי HVDC הופכים ל"אוטוסטרדות החשמל ", שמזרזות את עתידן של מערכות ייצור חשמל מתחדשות בשלוש דרכים - חיבור בין תחנות כוח קיימות, פיתוח תחנות כוח סולאריות חדשות ושילוב פרויקטים של אנרגיית רוח בחוף הים. מוליכים למחצה חשמליים, כבלים במתח גבוה וממירים הם בין המרכיבים העיקריים של טכנולוגיית HVDC, המביאים תכונות מובחנות למערכת ההולכה המודרנית (DC) הנוכחית.

ניתן לדחות את הצרכים לבניית תחנות כוח חדשות עם פריסת מערכות העברת HVDC, מכיוון שהיא מקשרת בין מערכות כוח שונות להפעלה יעילה יותר. מערכת החשמל החדשה יכולה להשיג רווחים כלכליים וסביבתיים גדולים יותר שמקורם במשאבים הידרואלקטריים גדולים, המחליפים מערכות ייצור תרמי במערכות כוח מסורתיות באמצעות קווי העברת HVDC.

העברת HVDC הפכה לכביש מהיר לאנרגיה לשילוב רחב היקף של משאבי כוח מתחדשים כדי להציע רשתות מקושרות, המהימנות והגמישות מספיק בכדי להתמודד עם האתגרים של משק האנרגיה המתחדשת החדשה. רשתות הולכה של HVDC מאפשרות איזון עומסים בין כבישים מהירים מסוג HVDC ושיתוף קווים ותחנות ממיר בפרויקטים סולאריים ובתחנות כוח רוח ימיות. לפיכך, פריסת מערכות העברת HVDC נחשבת כדרך כלכלית לספק יתירות ואמינות ברשתות כוח כאלה.

בנוסף, מערכות העברת HVDC מציעות גם פתרונות אפשריים לאתגרים הקיימים בזכות הדרך. מערכת שידור HVDC אחת שפרוסה תקורה יכולה להוכיח שהיא אמינה יותר מקו העברת זרם זרם כפול. תשתית HVDC יכולה לשפר את יעילות חולף החשמל על ידי שימוש בכבלי HVDC מבודדים ביישומים תת קרקעיים וים תת-קרקעיים, מה שיכול להאיץ את תהליכי ההיתר לדרך. יתר על כן, ניתן להתקין מערכות העברת HVDC גם בסמוך לקווי ה- AC הקיימים או על ידי כך שהם מקטינים את הצרכים לשימוש זכות קדימה.

טכנולוגיית ממירי אספקת מתח (VSC) במערכות שידור HVDC

מערכות העברת HVDC מפעילות ממירים מקוריים עכשוויים (LCC), שדורשים כוח תגובתי מקבלים מסדרה, מבנקים או מסננים להפעלתם. עם זאת, מערכת שידור HVDC קונבנציונאלית אינה מצליחה להציע תמיכה במתח דינמי לרשת AC ולשלוט במתח המערכת בטווח מקובל, בסובלנות הרצויה. כתוצאה מכך, ממירי אספקת מתח משמשים במערכות שידור HVDC קונבנציונליות, לא רק כדי לספק ויסות מתח דינמי לרשת ה- AC, אלא גם כדי לשלוט בזרימת הכוח במערכת.

מערכות שידור HVDC המבוססות על טכנולוגיית VSC יכולות להציע שליטה עצמאית הן בכוח פעיל והן בתגובה ללא כשלים בנסיבות. מיתוג שסתומי ה- IGBT בהעברת HVDC מבוססת VSC עוקב אחר אפנון רוחב הדופק (PWM), המאפשר למערכת להתאים את זווית הפאזה והמשרעת של מתח המוצא AC במתח עם מתח DC קבוע.

בנוסף, מערכות העברת HVDC מבוססות VSC מורכבות משתי מערכות בקרה והגנה עצמאיות, המורכבות ממעבדי אות דיגיטליים ומיקרו-בקרים, ומציעות יתירות כדי להבטיח אמינות גבוהה. תכונות כאלה מיוחסות לנטיית משתמשי הקצה לטכנולוגיית VSC לעומת טכנולוגיית LCC במערכות שידור HVDC.

מערכות HVDC מבוססות VSC הולכות וגוברות בפופולריות בשוק מערכות ההולכה HVDC, עם מעל 55% מנתח ההכנסות בשוק. טכנולוגיית שידור מבוססת VSC הגיעה לגילאים של מערכות שידור HVDC קונבנציונליות, למרות היותה אפשרות יקרה יחסית ליישומי שידור בעלי דירוג גבוה יותר.

חברות מובילות בשוק מערכות ההולכה HVDC מגבירות את אימוץ טכנולוגיית VSC כדי לשפר את מהימנות העברת ה- HVDC בפרויקטים של אנרגיה מתחדשת המיושמים ברחבי העולם. לדוגמה, חברת טושיבה אנרגיה מערכות ופתרונות - יצרנית יפנית מובילה של מערכות ייצור חשמל - הודיעה על התקנת קישור העברת HVDC מבוסס VSC המחבר את היבשת היפנית (הונשו) לאי הוקאידו הצפוני, במרץ 2019. החברה הודיעה כי זו מערכת ה- HVDC מבוססת ה- VSC הראשונה ביפן שמבטיחה יכולת חיבור בין 600 MW בכל עת.

באפריל 2019 הודיעה קבוצת ABB - תאגיד רב-לאומי שוויצרי-שוודי הפועל בתחומי כוח, ציוד חשמלי כבד וטכנולוגיות אוטומציה - כי הקימה מיזם משותף עם היטאצ'י בע"מ - חברת קונצרן רב-לאומי יפני - למסירת VSC. מערכת העברת HVSC מבוססת תחנת משנה היגאשי-שימיזו ביפן. החברה הודיעה כי מערכות העברת HVDC מבוססות VSC יכללו שני ממירי VSC (300,000 קילוואט כל אחד), והיטאצ'י תקים את המערכת, שתכלול שנאי ממירי היטאצ'י וממיר ABV HVDC עם מערכת בקרה והגנה.

התקדמות בתשתית Ultra HVDC (UHVDC) הבולטת להעברת אנרגיה מתחדשת

פיתוח מערכת העברת UHVDC הוא אחד ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית ההולכה HVDC, המאפשר העברת מתח DC של לפחות 800 קילו וולט; מערכת העברת HVDC קונבנציונאלית משתמשת בדרך כלל במתח שבין 100 קילו וולט ל -600 קילו וולט. מכיוון שכלכלת האנרגיה העולמית החדשה עוברת בהדרגה לעבר רשתות החשמל בקנה מידה יבשי, מערכות העברת UHVDC עשויות לקבל חשיבות עצומה ברחבי העולם.

אזורים מפותחים הם בין השווקים הנוחים ביותר למערכות שידור UHVDC, שכן מדינות מפותחות מייצרות כמויות גדולות של אנרגיה מתחדשת. צפון אמריקה ואירופה הן בין השווקים הגדולים ביותר למערכות העברת HVDC, שכן גופים ממשלתיים באזורים אלה משקיעים רבות בפיתוח תשתיות HVDC על מנת לעמוד ביעדי האקלים שלהם.

בריטניה היא בין המדינות המובילות באירופה שהטמיעו מערכות העברת HVDC. בריטניה חולקת קישורי HVDC עם כמה מדינות שכנות, כולל נורבגיה, אירלנד, צרפת והולנד. בנוסף, ארצות הברית הגבירה את ההשקעות בייצור אנרגיה נקייה, ואימוץ העברת HVDC גדל בקצב מהיר במדינה. הרשת הבין-מדינתית המתרחבת של מערכות הכביש המהיר בארה"ב הופכת את צפון אמריקה לשוק הגדול ביותר עבור מערכת העברת HVDC, עם כמעט רבע מההכנסות מהשוק העולמי.

עם זאת, מספר הולך וגדל של כלכלות מתפתחות הראו צמיחה מבטיחה בייצור האנרגיה המתחדשת עם פיתוח תחנות כוח מים ופרויקטים של כוח רוח. המדינות המתפתחות הן ביתם של פרויקטים גדולים של אנרגיה סולארית ורוח, ומערכות הולכה של UHVDC מאומצות בכדי לענות על דרישת הכוח ההולכת וגוברת במדינות אלה.

סין הפכה לאחת המדינות המובילות בעולם שאימצה לראשונה מערכת שידור UHVDC. בשנת 2010, קו ההולכה הראשון UHVDC בעולם נבנה על ידי קבוצת ABB בין שנחאי לשיאנג'יאבה בסין עם דירוג הספק של 6.4 GW ואורך כולל של כ -1907 ק"מ. עד שנת 2017, המדינה השקיעה למעלה מ -400 מיליארד יואן (57 מיליארד דולר) לפיתוח לפחות 21 קווי העברה חדשים של UHVDC במדינה.

חברת ג'נרל אלקטריק (GE) - קונגלומרט אמריקני רב לאומי - הוזמן לשלב הראשון של 1,500 מגה-וואט של מערכת העברת הכוח הדו-פאזית HVDC בצ'אטיסגאר, הודו, בשנת 2017. תאגיד Power Grid של הודו בע"מ - חברת חשמל הודית בבעלות המדינה. חברה - השקיעה מעל 6,300 קרונות INR בפרויקט. משרד הכוח הודיע ​​כי קיבולת הפרויקט שודרגה עוד יותר ל -6,000 מגה-וואט עם השקעה של למעלה מ -5,200 קרונות INR, בדצמבר 2018. GE הודיעה כי מדובר בפרויקט UHVDC הראשון של החברה בהודו כמו גם בעולם, שהוא 1,287. כביש מהיר באנרגיה של ק"מ בהספק השידור של עד 3,000 מגה-וואט.

עם האימוץ ההולך וגובר של מערכות העברת UHVDC בכלכלות מתפתחות, כמו סין והודו, אזור אסיה הפסיפי (למעט יפן) מתגלה כשוק בעל צמיחה גבוהה עבור מערכות העברת HVDC. המגמות העתידיות בתחום העברת החשמל וההפצה (T&D) מושפעות מאוד מתמהיל מקורות החשמל המתחדשים.

הגדלת ההשקעות בתחום T&D תחזק את ייצור האנרגיה המתחדשת בשנים הקרובות. כתוצאה מכך זה יניע את האימוץ העולמי של מערכות העברת HVDC כפתרון גמיש וחסכוני לניהול אתגרי ייצור אנרגיה חדשים ושילוב מקורות מתחדשים בשנים הקרובות.