آینده در انتقال برق با استفاده از جریان مستقیم نهفته است؟ مجمع الجزایر جهانی و شبکه آن

امروزه اکثر خطوط برق فشار قوی بر پایه جریان متناوب هستند. با این حال، توسعه منابع جدید انرژی، نیروگاه های خورشیدی و بادی که دور از مناطق پرجمعیت و مصرف کنندگان صنعتی قرار دارند، نیاز به شبکه های انتقال گاهی حتی در مقیاس قاره ای دارد. و در اینجا، همانطور که مشخص است، HVDC بهتر از HVAC است.

خط HVDC (مخفف عبارت High Voltage Direct Current) نسبت به HVAC (مخفف High Voltage Alternate Current) توانایی بهتری در حمل مقادیر زیادی انرژی دارند. مسافت های طولانی. شاید بحث مهمتر هزینه کمتر چنین راه حلی در مسافت های طولانی باشد. این بدان معنی است که بسیار مفید است تامین برق در فواصل طولانی از مکان‌های انرژی‌های تجدیدپذیر که جزایر را به سرزمین اصلی و حتی به طور بالقوه حتی قاره‌های مختلف را به یکدیگر متصل می‌کند.

خط HVAC نیاز به ساخت برج های عظیم و خطوط کششی دارد. این اغلب باعث اعتراض ساکنان محلی می شود. HVDC را می توان در هر مسافت طولانی زیر زمین گذاشت، بدون خطر تلفات انرژی زیادهمانطور که در مورد شبکه های AC مخفی وجود دارد. این یک راه حل کمی گران تر است، اما راهی برای جلوگیری از بسیاری از مشکلاتی است که شبکه های انتقال با آن مواجه هستند. البته برای انتقال از منطقه کلمبیا خطوط انتقال موجود و قابل قبول اجتماعی با دکل های مرتفع قابل تطبیق هستند. این بدان معناست که می توانید انرژی بیشتری را در همین مسیر ارسال کنید.

مشکلات زیادی در انتقال نیرو با استفاده از جریان متناوب وجود دارد که برای مهندسان قدرت شناخته شده است. اینها شامل، از جمله تولید میدان های الکترومغناطیسیدر نتیجه، خطوط بالاتر از سطح زمین هستند و از یکدیگر فاصله دارند. همچنین تلفات حرارتی در محیط خاک و آب و بسیاری از مشکلات دیگر وجود دارد که با گذشت زمان یاد گرفته شده است که با آنها کنار بیایید، اما همچنان بر اقتصاد انرژی فشار وارد می کند. شبکه های AC به مصالحه های مهندسی زیادی نیاز دارند، اما استفاده از AC مطمئناً برای انتقال مقرون به صرفه است برق در فواصل طولانیبنابراین در بیشتر موقعیت ها این مشکلات غیر قابل حل نیستند. با این حال، این بدان معنا نیست که نمی توانید از راه حل بهتری استفاده کنید.

آیا یک شبکه جهانی انرژی وجود خواهد داشت؟

در سال 1954، ABB یک خط انتقال HVDC غرق شده 96 کیلومتری را بین سرزمین اصلی سوئد و جزیره ساخت (1). کشش چگونه کار می کند؟ به شما اجازه می دهد دو برابر ولتاژ دریافت کنید موضوع چیه جریان متناوب. خطوط DC زیرزمینی و زیر آب کارایی انتقال خود را در مقایسه با خطوط هوایی از دست نمی دهند. جریان مستقیم میدان الکترومغناطیسی ایجاد نمی کند که بر دیگر هادی ها، زمین یا آب تأثیر بگذارد. ضخامت هادی ها می تواند هر نوع باشد، زیرا جریان مستقیم تمایلی به جریان در امتداد سطح هادی ندارد. جریان مستقیم فرکانس ندارد، بنابراین اتصال دو شبکه با فرکانس های مختلف و تبدیل آنها به جریان متناوب آسان تر است.

اما D.C. هنوز دو محدودیت دارد که حداقل تا همین اواخر مانع از تسلط آن بر جهان شده است. اول اینکه مبدل های ولتاژ بسیار گران تر از مبدل های AC فیزیکی ساده بودند. با این حال، هزینه ترانسفورماتورهای DC (2) به سرعت در حال کاهش است. کاهش هزینه نیز تحت تأثیر این واقعیت است که تعداد دستگاه‌هایی که از جریان مستقیم استفاده می‌کنند در کنار گیرنده‌های هدف‌گیری انرژی در حال افزایش است.

2. ترانسفورماتور DC زیمنس

مشکل دوم این است که قطع کننده های مدار DC ولتاژ بالا (فیوز) بی اثر بودند. کلیدهای مدار قطعاتی هستند که سیستم های الکتریکی را از اضافه بار محافظت می کنند. مدارشکن مکانیکی DC آنها خیلی کند بودند از سوی دیگر، اگرچه سوئیچ های الکترونیکی بسیار سریع هستند، اما نرخ فعال سازی آنها تا کنون با نرخ های بالایی تا 30 درصد همراه بوده است. از دست دادن قدرت غلبه بر این امر دشوار بوده است، اما اخیراً با نسل جدیدی از کلیدهای مدار هیبریدی به دست آمده است.

اگر گزارش های اخیر را باور کنیم، ما در مسیر غلبه بر چالش های فنی هستیم که راه حل های HVDC را با مشکل مواجه کرده است. بنابراین وقت آن رسیده است که به مزایای بدون شک بروید. تجزیه و تحلیل ها نشان می دهد که در یک فاصله مشخص، پس از عبور از به اصطلاح.نقطه تعادل(تقریباً 600-800 کیلومتر)، جایگزین HVDC، اگرچه هزینه های اولیه آن بیشتر از هزینه های راه اندازی تاسیسات AC است، اما همیشه منجر به کاهش هزینه های کلی شبکه های انتقال می شود. فاصله تا نقطه سربه سر برای کابل های زیردریایی بسیار کوتاه تر (معمولاً حدود 50 کیلومتر) از خطوط هوایی است (3).

3. سرمایه گذاری ها و هزینه های انتقال انرژی بین HVAC و HVDC را مقایسه کنید.

ترمینال DC آنها همیشه گرانتر از پایانه های AC هستند، زیرا آنها باید اجزایی برای تبدیل ولتاژ DC و همچنین تبدیل DC به AC داشته باشند. اما تبدیل ولتاژ DC و کلیدهای مدار ارزانتر هستند. این حساب روز به روز سودآورتر می شود.

در حال حاضر تلفات انتقال در شبکه های مدرن از 7 درصد متغیر است. تا 15 درصد برای انتقال زمینی بر اساس جریان متناوب. در مورد انتقال DC، آنها بسیار کمتر هستند و حتی زمانی که کابل ها در زیر آب یا زیر زمین قرار می گیرند، پایین می مانند.

بنابراین HVDC برای بخش های طولانی تر زمین منطقی است. مکان دیگری که این کار می تواند با جمعیت های پراکنده در سراسر جزایر است. اندونزی مثال خوبی است. جمعیت این کشور 261 میلیون نفر است که در حدود شش هزار جزیره زندگی می کنند. بسیاری از این جزایر اکنون به نفت و گازوئیل وابسته هستند. ژاپن که دارای 6 جزیره است که 852 جزیره مسکونی است با مشکل مشابهی مواجه است.

ژاپن در حال بررسی ساخت دو خط بزرگ برق جریان مستقیم با ولتاژ بالا با سرزمین اصلی آسیا است.که شما را از نیاز به تولید و مدیریت مستقل تمام برق خود در یک منطقه جغرافیایی محدود با مشکلات زمینی قابل توجه رها می کند. کشورهایی مانند بریتانیای کبیر، دانمارک و بسیاری دیگر به روشی مشابه ساختار یافته اند.

به طور سنتی، چین در مقیاسی بیشتر از مقیاس کشورهای دیگر فکر می کند. شرکتی که شبکه برق عمومی کشور را مدیریت می کند، ایده ساخت یک شبکه جهانی جریان مستقیم فشار قوی را مطرح کرده است که تمام نیروگاه های بادی و خورشیدی جهان را تا سال 2050 به هم متصل می کند. چنین راه‌حلی، به‌علاوه تکنیک‌های شبکه هوشمند که به صورت دینامیکی نیرو را از مکان‌هایی که در مقادیر زیاد تولید می‌شود به مکان‌هایی که در یک لحظه مورد نیاز است، تخصیص و توزیع می‌کند، می‌تواند خواندن «تکنسین جوان» را در زیر نور یک لامپ ممکن کند. انرژی تولید شده توسط آسیاب های بادی، واقع در اقیانوس آرام جنوبی تامین می شود. بالاخره تمام دنیا نوعی مجمع الجزایر است.