Velik prenos čiste energije je primarni problem, ki ga je treba rešiti v novem elektroenergetskem sistemu
V distribuciji čiste energije in povpraševanju po električni energiji v moji državi obstaja "linija Hu Huanyong". Zaradi dejavnikov, kot so podnebje, razvoj produktivnosti, zgodovinska politična ekonomija in drugi dejavniki, je gospodarski razvoj med regijami v naši državi neuravnotežen. "Črta Hu Huanyong" (znana tudi kot črta Heihe-Tengchong), predlagana leta 1935, je tipičen opis tega pojava: območje vzhodno od črte Hu Huanyong zavzema približno 36 odstotkov državne površine in zavzema več kot 95 odstotkov prebivalstva države (v podatkih iz leta 1930 v tistem času). V kitajski distribuciji čiste energije in povpraševanju po električni energiji obstaja tudi "linija Hu Huanyong". Vzhodno od proge Hu Huanyong porabi 86,5 odstotka električne energije, medtem ko zahodno porabi le 13,5 odstotka. Kar zadeva distribucijo čiste energije, je iz porazdelitve virov vetra in virov svetlobe na Kitajskem razvidno, da je zahodno od črte Hu Huanyong veliko višje kot vzhodno od črte Hu Huanyong. Razen virov vetrne energije na morju so drugi visokokakovostni vetrni viri daleč stran od območij z veliko obremenitvijo in imajo velike potrebe po uporabi električne energije.
Vetrna energija na morju je pomemben vir čiste energije vzdolž obale, zato je trend časa, da gremo na morje in širimo. Kitajska vetrna energija na morju se hitro razvija. Leta 2020 bo kitajska inštalirana zmogljivost vetrne elektrarne na morju dosegla 3,1 GW, s čimer bo prvič prehitela Evropo in postala največji svetovni trg vetrne elektrarne na morju, pri čemer bo na novo nameščena zmogljivost presegla polovico skupne svetovne. Leta 2021 bo na Kitajskem na novo postavljena zmogljivost vetrne elektrarne na morju znašala 16,9 GW, kar je rekordno veliko. Vendar pa bo z ukinitvijo državnih subvencij za vetrno energijo na morju leta 2022 vetrna energija na morju vstopila v obdobje paritete in nameščena zmogljivost se bo vrnila na normalno raven. Vetrna energija na morju je blizu centra obremenitve, kar je ugodno za porabo, proizvodnja vetrne energije na morju pa je razmeroma stabilna, ure izkoriščanja pa visoke. To je najboljša čista energija v obalnih območjih. Glede na načrtovanje vetrne elektrarne na morju v Guangdongu, Jiangsuju in drugih krajih, v kombinaciji s trendom razvoja tuje vetrne elektrarne na morju, so globoko morje in velik obseg splošni trend.
UHV DC je najboljša rešitev za prenos električne energije velikega obsega med regijami
UHV vključuje prenos UHV AC in UHV DC. UHV AC se nanaša na projekte prenosa izmeničnega toka z napetostnim nivojem 1000 kV, UHVDC pa se nanaša na projekte prenosa enosmernega toka z napetostnim nivojem ±800 kV in več. Tehnični principi in razvojna logika obeh se popolnoma razlikujejo. UHV DC je tipičen projekt prenosa električne energije od točke do omrežja. Njegovo osnovno načelo je uporaba pretvorniškega ventila za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok, nato pa pretvorbo enosmernega toka v izmenični tok po transportu do cilja in priključitev na izmenično električno omrežje. Glavni namen je prenos električne energije. Poleg prenosa električne energije AC UHV prevzame tudi vlogo izboljšanja strukture omrežja in povečanja stabilnosti omrežja. Tehnologija prenosa enosmernega toka je tehnologija prenosa moči, ki temelji na tehnologiji močnostne elektronike. Zaradi prednosti preproste topologije, enostavne transformacije napetosti in nizkih stroškov opreme je prenos izmeničnega toka postal najpogosteje uporabljena tehnologija prenosa električne energije v državah po vsem svetu in je še vedno najpomembnejši del kitajskega električnega omrežja. Tehnologija prenosa enosmernega toka je tehnična pot, ki se je razvila skupaj z rojstvom tehnologije močnostne elektronike.
Glede na različne močnostne elektronske naprave in funkcije ga lahko razdelimo na dve poti: konvencionalni enosmerni tok (LCC) in prilagodljiv enosmerni tok (VSC):
(1) Konvencionalni enosmerni tok (LCC) je tehnologija prenosa enosmernega toka, ki uporablja polnadzorovane močnostne elektronske komponente, kot so tiristorji, kot glavne komponente pretvorniškega ventila. Njegove prednosti so velika prenosna zmogljivost in nizki stroški, vendar zahteva močno podporo AC omrežja. Količina harmonikov je velika in jalovo moč je treba absorbirati iz omrežja, zato je treba konfigurirati veliko število opreme za filtriranje enosmernega in izmeničnega toka.
(2) Fleksibilni enosmerni tok (VSC) je tehnologija enosmernega prenosa, ki uporablja popolnoma nadzorovane močnostne elektronske komponente, kot so IGBT-ji, kot osrednje komponente pretvorniškega ventila. Njegova prednost je, da lahko z modularno večnivojsko tehnologijo tvori izmenični tok zelo blizu standardnemu sinusnemu valu, aktivno moč in jalovo moč pa je mogoče prilagoditi neodvisno brez filtrirne opreme ali podpore AC omrežja. Pomanjkljivost je, da so stroški visoki in zmogljivost dostave majhna.
Z vidika prenosa električne energije na dolge razdalje ima DC UHV očitne prednosti pred AC UHV: splošni vzorec razdeljenega delovanja električnega omrežja moje države se ne bo spremenil. Električno omrežje moje države upravljajo trije glavni operaterji, Kitajska državna omrežna korporacija, Kitajska južna električna omrežna korporacija in Inner Mongolia Electric Power Company. Obstaja 7 regionalnih sinhronih elektroenergetskih omrežij, med regionalnimi elektroenergetskimi omrežji je le šibka povezava, večina proizvodnje in porabe električne energije pa se proizvede v regiji.
Po podatkih Kitajskega sveta za električno energijo bo leta 2021 687,6 milijarde kilovatnih ur električne energije prenesenih med regije po vsej državi, kar predstavlja le približno 8,3 odstotka porabe električne energije v celotni družbi, povezave med regijami pa so relativno šibka. Širitev električnega omrežja izmeničnega toka lahko povzroči tveganje, da se električno omrežje dvigne namesto zniža. V skladu s svetovalnim mnenjem kitajske inženirske akademije o prihodnjih raziskavah vzorcev električnih omrežij (2020) Kitajske akademije iz leta 2018 bi se morali še naprej držati strukture s šestimi glavnimi regionalnimi električnimi omrežji kot glavnim telesom (naložba v projekt Chongqing-Hubei iz leta 2019 Southwest Power Grid in Central China Power Grid bosta po transportu ločena). Zato AC UHV ne more prenašati električne energije med regijami in ima lahko vlogo le v posebnih situacijah, kot je prisotnost visokokakovostnih virov vetra in sonca ter veliko povpraševanje po električni energiji v istem električnem omrežju in razdalja med obema je razmeroma dolga.
Prenos enosmernega toka je najboljša regionalna omrežna povezava. Vendar pa ima moja država zaradi razlik v obdarjenosti z viri med regijami relativno veliko povpraševanje po medregionalnem prenosu električne energije. Prenos enosmernega toka ima naslednje tri prednosti, zaradi česar je najboljša rešitev za medregionalni prenos električne energije:
(1) Enosmerni prenos ima izjemno ekonomičnost pri prenosu električne energije na dolge razdalje. Stroški pretvorniških postaj za enosmerni tok so višji kot pri transformatorskih postajah za izmenični tok, a ker prenos enosmernega toka nima kožnega učinka in polnilne moči, je stopnja izkoriščenosti daljnovodov višja. Ko je razdalja prenosa dovolj dolga, bo njegova ekonomičnost presegla ekonomičnost prenosa izmeničnega toka.
(2) Uporablja se lahko za asinhrono medomrežno povezovanje. AC omrežna povezava zahteva, da je frekvenca celotnega omrežja konsistentna, zato je ni mogoče uporabiti za asinhrono omrežno povezavo. Prenos enosmernega toka najprej popravi izmenični tok v enosmerni in ga nato spremeni v izmenični tok, kar se lahko uporabi za asinhrono omrežno povezovanje.
(3) Ugodno je za izolacijo nesreč v omrežju in ne poveča tveganja za nesreče v omrežju. Prenos UHV DC lahko obravnavamo kot nadzorovani vir energije na velike razdalje sprejemnega končnega omrežja. Mreži na obeh koncih nista povezani, rešetki na obeh koncih pa sta lahko izolirani. V primeru resne nesreče v električnem omrežju lahko UHV DC izolira nesrečo brez povečanja tveganja nesreč v električnem omrežju. Drug tipičen scenarij uporabe UHV AC je krepitev električnega omrežja. Ko obsežen prenos enosmernega toka moje države vstopi v Severno Kitajsko, Vzhodno Kitajsko, Osrednjo Kitajsko in Jugozahodno Kitajsko, moč električnega omrežja izmeničnega toka določa varnost celotnega elektroenergetskega sistema, zato se povpraševanje po AC UHV ustrezno poveča.
Pomembna vloga fleksibilnega enosmernega toka v novih elektroenergetskih sistemih
Prilagodljiv enosmerni tok je posebej primeren za prenos obsežne vetrne energije na morju v oddaljena morja. Trenutno je glavni način prenosa vetrne energije na morju visokonapetostni prenos izmeničnega toka, kar pomeni, da so vetrne turbine na morju povezane s črpalkami za dvig tlaka na morju, povečane na napetost 220 kV ali višje in nato poslane v električna omrežja na kopnem. Ker prenos z enosmernim tokom nima polnilne moči, sta naložba in učinkovitost prenosa podmorskih kablov boljši od prenosa z izmeničnim tokom. Na splošno, ko je razdalja prenosa večja od približno 80 km, bo ekonomičnost prenosa z enosmernim tokom presegla ekonomičnost prenosa z izmeničnim tokom. Poleg tega, ker konvencionalni enosmerni tok zahteva močno podporo omrežja izmeničnega toka, vetrne elektrarne na morju pa so šibki sistemi izmeničnega toka, sestavljeni iz vetrnih turbin, ki ne morejo izpolniti zahtev glede prenosa moči običajnega enosmernega toka, je postal prilagodljiv enosmerni tok edina ekonomična in izvedljiva rešitev. Hibridna tehnološka pot LCC-VSC učinkovito rešuje problem okvare komutacije UHV DC na območjih z gostimi točkami padca DC. Po desetletjih gradnje je moja država zgradila 32 projektov prenosa enosmernega toka z glavno funkcijo prenosa električne energije na dolge razdalje, od katerih je več kot 10 projektov v delti reke Jangce ali provinci Guangdong, gosta postavitev pa vodi do enosmernega toka prenos med obema krajema. Tveganje izpada komutacije se povečuje, povečuje se skrita nevarnost nesreč v elektroenergetskem omrežju. Prilagodljiv enosmerni tok lahko neodvisno podpira napetost brez tveganja okvare komutacije in je najboljša rešitev za nadaljnje dovajanje enosmernega toka na zgornji dve mesti. Trenutno je China Southern Power Grid zaključil projekt prenosa enosmernega toka Wudongde, državno omrežje pa gradi tudi projekt prenosa enosmernega toka UHV Baihetan-Jiangsu, pri čemer sta oba uporabila prilagodljivo tehnologijo enosmernega toka. Toda tehnične rešitve obeh projektov so različne.
Fleksibilno medsebojno povezovanje enosmernega toka poveča zmožnost medsebojne pomoči električnega omrežja ter izboljša zanesljivost in učinkovitost napajanja. Poleg sheme konvencionalnega prenosa električne energije na dolge razdalje med regionalnimi elektroenergetskimi omrežji v moji državi se lahko za medsebojno povezovanje na stičišču regionalnih električnih omrežij uporabljajo tudi vzporedne prožne enosmerne poti. Tako imenovani back-to-back fleksibilni DC se nanaša na konstrukcijo usmerniške postaje in inverterske postaje skupaj brez DC voda. Prilagodljiva DC tehnologija lahko izboljša medsebojno zmogljivost napajanja med regionalnimi električnimi omrežji, ne da bi razširila obseg nesreč v električnem omrežju. Poleg tega so električna omrežja 500 kV v Guangdongu, Jiangsuju in drugih krajih na Kitajskem že zelo velika, s kompleksnimi strukturami in izrazitimi težavami čezmernega kratkostičnega toka. Dodajanje vzporednega prilagodljivega enosmernega toka za "razvezavo" električnega omrežja lahko prav tako učinkovito reši zgornje težave. Zaporedni projekt Chongqing-Hubei in projekt medsebojne povezave Fujian-Guangdong, ki je v izgradnji, sta tipični uporabi prožnih neposrednih zaporednih projektov.