مزايا خطوط نقل التيار المباشر ذات الجهد العالي مقارنة بخطوط التيار المتردد

بعد أن أصبحت خطوط نقل تقليدية عالية الجهد ، فإنها تعمل اليوم بشكل ثابت باستخدام التيار المتردد. لكن هل فكرت يومًا في المزايا التي يمكن أن يوفرها خط نقل التيار المستمر عالي الجهد مقارنة بخط التيار المتردد؟ نعم ، نحن نتحدث عن خطوط نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC Power Transmission).

بالطبع ، لتشكيل خط تيار مباشر عالي الجهد ، في المقام الأول ، المحولات، مما يجعل التيار المباشر من التيار المتردد والتيار المتردد من التيار المباشر. هذه المحولات والمحولات باهظة الثمن ، كما أن قطع الغيار لها قيود التحميل الزائد ، بالإضافة إلى أن كل خط يجب أن يكون الجهاز فريدًا دون مبالغة. على مسافات قصيرة ، فإن فقد الطاقة في المحولات يجعل خط النقل هذا غير اقتصادي بشكل عام.

ولكن في أي التطبيقات سيكون من الأفضل استخدامه العاصمة؟ لماذا لا يكون جهد التيار المتردد العالي في بعض الأحيان فعالاً بدرجة كافية؟ أخيرًا ، هل خطوط نقل التيار المباشر ذات الجهد العالي قيد الاستخدام بالفعل؟ سنحاول الحصول على إجابات لهذه الأسئلة.

ليس عليك أن تذهب بعيدًا للحصول على أمثلة. يبلغ طول الكبل الكهربائي الذي تم وضعه في قاع بحر البلطيق بين بلدين متجاورين ، ألمانيا والسويد ، 250 مترًا ، وإذا كان التيار متناوبًا ، فإن المقاومة السعوية ستؤدي إلى خسائر كبيرة. أو عند إمداد مناطق نائية بالكهرباء عندما يتعذر تركيب معدات وسيطة. هنا أيضًا ، سيؤدي التيار المباشر عالي الجهد إلى خسارة أقل.

ماذا لو كنت بحاجة إلى زيادة سعة خط موجود دون إضافة خط إضافي؟ وفي حالة تشغيل أنظمة توزيع التيار المتردد غير المتزامنة مع بعضها البعض؟

وفي الوقت نفسه ، بالنسبة للطاقة المحددة المنقولة للتيار المباشر ، عند الجهد العالي ، يلزم وجود مقطع عرضي أصغر من السلك ، ويمكن أن تكون الأبراج أقل. على سبيل المثال ، يربط خط نقل نهر نيلسون الكندي ثنائي القطب شبكة التوزيع ومحطة الطاقة البعيدة.

يمكن تثبيت شبكات طاقة التيار المتردد دون زيادة خطر حدوث ماس كهربائي. تصريفات كورونا ، التي تسبب خسائر في خطوط التيار المتردد بسبب قمم الجهد العالي للغاية ، تكون أقل بكثير مع التيار المستمر ، وبالتالي يتم إطلاق أوزون أقل ضررًا. مرة أخرى ، تقليل تكلفة بناء خطوط الطاقة ، على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى ثلاثة أسلاك لثلاث مراحل واثنان فقط لـ HVDC. مرة أخرى ، الفوائد القصوى للكابلات البحرية ليست فقط مواد أقل ، ولكن أيضًا خسائر سعوية أقل.

منذ عام 1997تقوم شركة AAB بتركيب خطوط HVDC Light بقدرة تصل إلى 1.2 جيجاوات بجهد يصل إلى 500 كيلو فولت. وهكذا تم بناء وصلة طاقة اسمية 500 ميغاواط بين شبكتي بريطانيا العظمى وأيرلندا.

يعمل هذا الاتصال على تحسين أمان وموثوقية إمدادات الكهرباء بين الشبكات. يمتد أحد الكابلات في الشبكة من الغرب إلى الشرق ، ويبلغ طوله 262 كيلومترًا ، مع 71٪ من الكابلات في قاع البحر.

مرة أخرى ، تذكر أنه إذا تم استخدام التيار المتردد لإعادة شحن سعة الكابل ، فسيكون هناك فقد غير ضروري في الطاقة ، وبما أن التيار يتم تطبيقه باستمرار ، فإن الخسائر لا تكاد تذكر. بالإضافة إلى ذلك ، لا ينبغي إهمال خسائر عازل التيار المتردد.

بشكل عام ، مع التيار المباشر ، يمكن نقل المزيد من الطاقة عبر نفس السلك ، لأن ذروة الجهد عند نفس الطاقة ، ولكن مع التيار المتردد ، أعلى ، بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون العزل أكثر سمكًا ، والمقطع العرضي أكبر ، المسافة بين الموصلات أكبر ، إلخ. بالنظر إلى كل هذه العوامل ، يوفر ممر خط نقل التيار المباشر نقلًا أكثر كثافة للطاقة الكهربائية.

لا يتم إنشاء خطوط الجهد العالي الدائمة حولهم مجال مغناطيسي متناوب منخفض الترددكما هو الحال في خطوط نقل التيار المتردد. يتحدث بعض العلماء عن ضرر هذا المجال المغناطيسي المتغير على صحة الإنسان والنباتات والحيوانات. التيار المباشر ، بدوره ، يخلق فقط تدرجًا ثابتًا (غير متغير) للمجال الكهربائي في الفراغ بين الموصل والأرض ، وهذا آمن لصحة البشر والحيوانات والنباتات.

يتم تسهيل استقرار أنظمة التيار المتردد عن طريق التيار المباشر.بسبب الجهد العالي والتيار المباشر ، من الممكن نقل الطاقة بين أنظمة التيار المتردد غير المتزامنة مع بعضها البعض. هذا يمنع الضرر المتتالي من الانتشار. في حالة الفشل غير الحرج ، يتم نقل الطاقة ببساطة إلى النظام أو خارجه.

هذا يعزز اعتماد شبكات التيار المستمر عالية الجهد ، مما أدى إلى ظهور أسس جديدة.

محطة محول Siemens لخط نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) بين فرنسا وإسبانيا

رسم تخطيطي لخط HVDC الحديث

يتم تنظيم تدفق الطاقة بواسطة نظام تحكم أو محطة تحويل. لا يرتبط التدفق بطريقة تشغيل الأنظمة المتصلة بالخط.

تتميز الوصلات البينية على خطوط التيار المستمر بقدرة نقل صغيرة بشكل تعسفي مقارنة بخطوط التيار المتردد ، ويتم التخلص من مشكلة الروابط الضعيفة. يمكن تصميم الخطوط نفسها مع مراعاة تحسين تدفقات الطاقة.

بالإضافة إلى ذلك ، تختفي صعوبات مزامنة العديد من أنظمة التحكم المختلفة لتشغيل أنظمة الطاقة الفردية. وشملت وحدات تحكم الطوارئ السريعة الأسلاك الكهربائية ذات التيار المباشر زيادة موثوقية واستقرار الشبكة ككل. يمكن أن يقلل التحكم في تدفق الطاقة من التذبذبات في الخطوط المتوازية.

ستسهل هذه المزايا التبني الأسرع للتفاعل الحالي المباشر عالي الجهد من أجل تقسيم أنظمة الطاقة الكبيرة إلى عدة أجزاء متزامنة مع بعضها البعض.

على سبيل المثال ، تم بناء العديد من الأنظمة الإقليمية في الهند والتي يتم ربطها ببعضها البعض بواسطة خطوط التيار المباشر ذات الجهد العالي.كما توجد سلسلة محولات يتحكم فيها مركز خاص.

إنه نفس الشيء في الصين. في عام 2010 ، قامت شركة ABB ببناء أول تيار مباشر فائق الجهد 800 كيلو فولت في الصين في عام 2010. تم الانتهاء من خط Zhongdong - Wannan UHV DC بقدرة 1100 كيلو فولت بطول 3400 كم وسعة 12 جيجاوات في عام 2018.

اعتبارًا من عام 2020 ، تم الانتهاء من ثلاثة عشر موقع بناء على الأقل.خطوط EHV DC في الصين. تنقل خطوط HVDC كميات كبيرة من الطاقة عبر مسافات كبيرة ، مع العديد من موردي الطاقة المتصلين بكل خط.

كقاعدة عامة ، لا يقوم مطورو خطوط نقل التيار المباشر ذات الجهد العالي بتزويد الجمهور بمعلومات حول تكلفة مشاريعهم ، لأن هذا سر تجاري. ومع ذلك ، فإن تفاصيل المشاريع تُجري تعديلاتها الخاصة ، ويختلف السعر اعتمادًا على: الطاقة ، وطول الكابل ، وطريقة التثبيت ، وتكلفة الأرض ، وما إلى ذلك.

من خلال مقارنة جميع الجوانب اقتصاديًا ، يتم اتخاذ قرار بشأن جدوى بناء خط HVDC. على سبيل المثال ، يتطلب إنشاء خط نقل من أربعة خطوط بين فرنسا وإنجلترا ، بسعة 8 جيجاوات ، جنبًا إلى جنب مع الأعمال البرية ، حوالي مليار جنيه إسترليني.

قائمة بمشاريع التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) من الماضي

في ثمانينيات القرن التاسع عشر كان هناك ما يسمى بحرب التيارات بين مؤيدي العاصمة مثل توماس إديسون وأنصار التيار المتردد مثل نيكولا تيسلا وجورج وستنجهاوس. استمر التيار المستمر لمدة 10 سنوات ، ولكن التطور السريع لمحولات الطاقة ، وهو أمر ضروري لزيادة الجهد وبالتالي الحد من الخسائر ، أدى إلى انتشار شبكات التيار المتردد. لم يكن استخدام التيار المباشر عالي الجهد ممكنًا إلا مع تطور إلكترونيات الطاقة.

تقنية HVDC ظهرت في الثلاثينيات. تم تطويره من قبل ASEA في السويد وألمانيا. تم بناء أول خط HVDC في الاتحاد السوفيتي في عام 1951 بين موسكو وكاشيرا. ثم ، في عام 1954 ، تم بناء خط آخر بين جزيرة جوتلاند والبر الرئيسي للسويد.

موسكو - كاشيرا (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) - الطول 112 كم ، الفولتية - 200 كيلو فولت ، الطاقة - 30 ميغاواط ، سنة الإنشاء - 1951. يعتبر أول تيار إلكتروني مباشر عالي الجهد ثابت في العالم ، يتم تشغيله. الخط غير موجود حاليا.

جوتلاند 1 (السويد) - الطول 98 كم ، الفولتية - 200 ك.ف ، الطاقة - 20 ميغاواط ، سنة الإنشاء - 1954. أول وصلة HVDC تجارية في العالم. وسعت من قبل ABB في عام 1970 ، ثم خرجت من الخدمة في عام 1986.

فولغوغراد - دونباس (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) - الطول 400 كم ، الجهد - 800 ك.ف ، الطاقة - 750 ميغاواط ، سنة البناء - 1965. تم تشغيل المرحلة الأولى من خط كهرباء فولجوجراد - دونباس بقدرة 800 ك.ف. مرحلة مهمة للغاية في التطوير التقني للهندسة الكهربائية السوفيتية. الخط مفكك حاليا

اختبار مقومات الجهد العالي لخط تيار مباشر في مختبر VEI ، 1961.

رسم تخطيطي للجهد العالي للتيار المباشر فولجوجراد - دونباس

ينظر: صور من التركيبات الكهربائية والمعدات الكهربائية في الاتحاد السوفياتي 1959-1962

HVDC بين جزر نيوزيلندا - الطول 611 كم ، الجهد - 270 ك.ف ، الطاقة - 600 ميغاواط ، سنة البناء - 1965. منذ عام 1992 ، أعيد بناء АBB ... الجهد 350 ك.ف.

منذ عام 1977حتى الآن ، تم بناء جميع أنظمة HVDC باستخدام مكونات الحالة الصلبة ، في معظم الحالات الثايرستور ، منذ أواخر التسعينيات ، تم استخدام محولات IGBT.

محولات IGBT في محطة محول Siemens لخط نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) بين فرنسا وإسبانيا

كاهورا باسا (موزمبيق - جنوب إفريقيا) - الطول 1420 كم ، الفولتية 533 ك.ف ، الطاقة - 1920 ميغاواط سنة البناء 1979. أول HVDC بجهد يزيد عن 500 ك.ف. إصلاح ABB 2013-2014

إيكيباستوز - تامبوف (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) - الطول 2414 كم الجهد - 750 ك.ف - 6000 ميغاواط. بدأ المشروع في عام 1981. عندما يتم تشغيله ، سيكون أطول خط نقل في العالم. تم التخلي عن مواقع البناء حوالي عام 1990 بسبب انهيار الاتحاد السوفيتي ولم يكتمل الخط أبدًا.

Interconnexion France Angleterre (فرنسا - بريطانيا العظمى) - الطول 72 كم - الفولت 270 ك.ف - 2000 ميغاواط سنة الانشاء 1986.

Gezhouba - شنغهاي (الصين) - 1046 كم 500 ك.ف بقوة 1200 ميغاواط 1989.

ريهاند دلهي (الهند) - الطول 814 كم الجهد - 500 ك.ف - 1500 ميغاواط سنة الانشاء - 1990.

كابل البلطيق (ألمانيا - السويد) - الطول 252 كم - الفولت - 450 ك.ف - 600 ميغاواط سنة الانشاء - 1994.

تيان جوان (الصين) - الطول 960 كم - الفولت - 500 ك.ف - 1800 ميغاواط سنة الانشاء - 2001.

تالشر كولار (الهند) - الطول 1450 كم - الفولت - 500 ك.ف - 2500 ميغاواط سنة الانشاء - 2003.

Three Gorges - Changzhou (الصين) - الطول 890 كم ، الفولتية - 500 ك.ف ، الطاقة - 3000 ميغاواط سنة الانشاء - 2003. عامي 2004 و 2006.تم بناء خطين آخرين من محطة الطاقة الكهرومائية "الخوانق الثلاثة" HVDC إلى هويتشو وشانغهاي لمسافة 940 و 1060 كم.

أكبر محطة للطاقة الكهرومائية في العالم ، الخوانق الثلاثة ، متصلة بـ Changzhou و Guangdong و Shanghai بواسطة خطوط التيار المباشر ذات الجهد العالي

شيانغجيابا - شنغهاي (الصين) - الخط من Fulong إلى Fengxia. الطول 1480 كم ، الفولت 800 ك.ف ، الطاقة 6400 ميغاواط ، سنة البناء 2010.

يونان - قوانغدونغ (الصين) - الطول 1418 كم - الفولت - 800 ك.ف - 5000 ميغاواط سنة الانشاء - 2010.