Широкомасштабна передача чистої енергії є першочерговою проблемою, яку необхідно вирішити в новій енергосистемі
Існує «лінія Ху Хуаньйонг» у розподілі чистої енергії та попиті на електроенергію в моїй країні. Через такі фактори, як клімат, розвиток продуктивності, історична політична економія та інші чинники, економічний розвиток між регіонами в нашій країні є незбалансованим. «Лінія Ху Хуаньйонг» (також відома як лінія Хейхе-Тенчун), запропонована в 1935 році, є типовим описом цього явища: територія на схід від лінії Ху Хуаньйонг займає близько 36 відсотків території країни та займає понад 95 відсотків населення країни (за даними 1930-х років на той час). Існує також «лінія Ху Хуаньйонг» у розподілі чистої енергії та попиті на електроенергію в Китаї. На схід від лінії Hu Huanyong споживається 86,5 відсотка електроенергії, тоді як на захід споживається лише 13,5 відсотка. Однак, з точки зору розподілу чистої енергії, з розподілу ресурсів вітру та світла в Китаї видно, що захід від лінії Ху Хуаньйонг знаходиться набагато вище, ніж схід від лінії Ху Хуаньйонг. За винятком офшорних вітроенергетичних ресурсів, інші високоякісні вітроенергетичні ресурси розташовані далеко від районів з інтенсивним навантаженням і мають величезні потреби в розгортанні електроенергії.
Офшорна вітроенергетика є важливим джерелом чистої енергії вздовж узбережжя, і це тенденція часу виходити на море та збільшувати масштаби. Офшорна вітрова енергетика Китаю швидко розвивається. У 2020 році встановлена потужність офшорної вітроенергетики Китаю досягне 3,1 ГВт, вперше обігнавши Європу та ставши найбільшим у світі ринком офшорної вітроенергетики, а нові встановлені потужності перевищать половину загальної світової. У 2021 році нові потужності офшорної вітроелектростанції в Китаї становитимуть 16,9 ГВт, що є рекордним показником. Однак із скасуванням державних субсидій на офшорну вітроенергетику у 2022 році офшорна вітрова енергетика вступить в еру паритету, а встановлена потужність повернеться до нормального рівня. Офшорна вітроенергетика розташована близько до центру навантаження, що сприяє споживанню, а вихід морської вітрової енергії є відносно стабільним, а години використання великі. Це найкраща чиста енергія в прибережних районах. Відповідно до планування офшорної вітроенергетики в Гуандуні, Цзянсу та інших місцях, у поєднанні з тенденцією розвитку іноземної офшорної вітроенергетики, глибоке море та великі масштаби є загальною тенденцією.
UHV DC є найкращим рішенням для великомасштабної передачі електроенергії між регіонами
UHV включає передачу UHV AC та UHV DC. UHV AC відноситься до проектів передачі змінного струму з рівнем напруги 1000 кВ, а UHVDC відноситься до проектів передачі постійного струму з рівнем напруги ±800 kV і вище. Технічні принципи та логіка розробки у них абсолютно різні. UHV DC є типовим проектом передачі електроенергії точка-мережа. Його основний принцип полягає у використанні перетворювального клапана для перетворення змінного струму на постійний, а потім перетворення постійного струму на змінний після транспортування до місця призначення, а потім підключення до мережі змінного струму. Основне призначення – передача електричної енергії. Окрім передачі електроенергії, AC UHV також бере на себе роль покращення структури мережі та підвищення стабільності мережі. Технологія передачі постійного струму — це технологія передачі електроенергії, заснована на технології силової електроніки. Завдяки перевагам простої топології, простому перетворенню напруги та низькій вартості обладнання передача змінного струму стала найбільш часто використовуваною технологією передачі електроенергії в країнах по всьому світу, і вона все ще є найважливішою частиною енергетичної мережі Китаю. Технологія передачі постійного струму — це технічний шлях, розроблений разом із зародженням технології силової електроніки.
Відповідно до різних силових електронних пристроїв і функцій, його можна розділити на два маршрути: звичайний постійний струм (LCC) і гнучкий постійний струм (VSC):
(1) Звичайний постійний струм (LCC) — це технологія передачі постійного струму, яка використовує напівкеровані силові електронні компоненти, такі як тиристори, як основні компоненти перетворювального клапана. Його перевагами є велика пропускна здатність і низька вартість, але він вимагає потужної підтримки мережі змінного струму. Кількість гармонік велика, і реактивна потужність повинна поглинатися з мережі, тому необхідно налаштувати велику кількість фільтруючого обладнання постійного та змінного струму.
(2) Гнучкий постійний струм (VSC) — це технологія передачі постійного струму, яка використовує повністю керовані силові електронні компоненти, такі як IGBT, як основні компоненти клапана перетворювача. Його перевага полягає в тому, що він може формувати змінний струм, дуже близький до стандартної синусоїди за допомогою модульної багаторівневої технології, а активну потужність і реактивну потужність можна регулювати незалежно без фільтруючого обладнання або підтримки мережі змінного струму. Недоліком є висока вартість і невелика пропускна здатність.
З точки зору передачі електроенергії на великі відстані, DC UHV має очевидні переваги перед AC UHV: загальна схема розділеної роботи електромережі моєї країни не зміниться. Експлуатація електромережі моєї країни здійснюється трьома основними операторами: Державною мережевою корпорацією Китаю, Китайською корпорацією південної електромережі та Електроенергетичною компанією Внутрішньої Монголії. Існує 7 регіональних синхронних електромереж, між ними слабкий зв’язок, і більша частина виробництва та споживання електроенергії виробляється в регіоні.
Згідно з даними Ради з електроенергетики Китаю, у 2021 році 687,6 мільярдів кіловат-годин електроенергії буде передано між регіонами по всій країні, що становитиме лише близько 8,3 відсотка споживання електроенергії в цілому суспільстві, а зв’язки між регіонами відносно відносні. слабкий. Розширення електромережі змінного струму може призвести до ризику зростання електромережі, а не падіння. Згідно з консультативним висновком Китайської інженерної академії щодо дослідження моделі майбутньої електромережі моєї країни (2020) за 2018 рік, ми повинні продовжувати дотримуватися структури з шістьма основними регіональними енергомережами як основною частиною (Інвестиційний проект Чунцін-Хубей 2019 року Southwest Power Grid і Central China Power Grid будуть розділені після транспортування). Таким чином, UHV змінного струму не може передавати електроенергію між регіонами, і він може відігравати роль лише в конкретних ситуаціях, таких як наявність високоякісних вітрових і сонячних ресурсів і великий попит на електроенергію в тій самій електромережі, а також відстань між двома є відносно довгим.
Передача постійного струму є найкращим підключенням до регіональної мережі. Однак через відмінності в забезпеченості ресурсами між регіонами моя країна має відносно великий попит на міжрегіональні передачі електроенергії. Передача постійного струму має наступні три переваги, що робить її найкращим рішенням для міжрегіональної передачі електроенергії:
(1) Передача постійного струму забезпечує виняткову економію при передачі електроенергії на великі відстані. Вартість перетворювальних станцій постійного струму вища, ніж підстанцій змінного струму, але оскільки передача постійного струму не має скін-ефекту та зарядної потужності, коефіцієнт використання ліній електропередачі вищий. Тому, коли відстань передачі є достатньо великою, його економічність перевершить передачу змінного струму.
(2) Його можна використовувати для асинхронного підключення до мережі. Підключення до мережі змінного струму вимагає узгодженості частоти всієї мережі, тому його не можна використовувати для асинхронного підключення до мережі. Передача електроенергії постійного струму спочатку випрямляє потужність змінного струму в потужність постійного струму, а потім інвертує її в потужність змінного струму, що може бути застосовано до асинхронного підключення до мережі.
(3) Це сприяє ізоляції аварій у мережі та не збільшує ризик аварій у мережі. Передачу постійного струму UHV можна розглядати як кероване джерело живлення приймальної кінцевої мережі на великі відстані. Решітки на обох кінцях не з’єднані, і сітки на обох кінцях можуть бути ізольовані. У разі серйозної аварії в електромережі UHV DC може ізолювати аварію, не збільшуючи ризик аварій в електромережі. Іншим типовим сценарієм застосування УВН змінного струму є посилення електромережі. Оскільки широкомасштабна передача постійного струму моєї країни надходить до Північного Китаю, Східного Китаю, Центрального Китаю та Південно-Західного Китаю, потужність мережі змінного струму визначає безпеку всієї енергосистеми, і відповідно зростає попит на UHV змінного струму.
Важлива роль гнучкого постійного струму в нових енергосистемах
Гнучкий постійний струм особливо підходить для передачі великомасштабної офшорної вітрової енергії в далеких морях. В даний час основним методом передачі електроенергії від морського вітру є високовольтна передача змінного струму, тобто морські вітрові турбіни підключаються до морських підвищувальних станцій, напруга підвищується до 220 кВ або вище, а потім надсилається до наземних електромереж. Оскільки передача постійного струму не має зарядної потужності, інвестиції та ефективність передачі підводних кабелів кращі, ніж передача змінного струму. Загалом, коли відстань передачі перевищує приблизно 80 км, економія передачі постійного струму буде перевищувати економію передачі змінного струму. Крім того, оскільки звичайний постійний струм потребує потужної підтримки мережі змінного струму, а офшорні вітрові електростанції є слабкими системами змінного струму, що складаються з вітряних турбін, які не можуть задовольнити вимоги до передачі електроенергії звичайного постійного струму, гнучкий постійний струм став єдиним економічним і можливим рішенням. Гібридна технологія LCC-VSC ефективно вирішує проблему збою комутації постійного струму UHV в областях із щільними точками падіння постійного струму. Після десятиліть будівництва моя країна побудувала 32 проекти з передачі електроенергії на великі відстані з основною функцією передачі електроенергії на великі відстані, з яких більше 10 проектів розташовані в дельті річки Янцзи або провінції Гуандун, а щільне розміщення призводить до постійного струму передача між двома місцями. Зростає ризик виходу з ладу комутації, зростає прихована небезпека аварій в електромережі. Гнучкий DC може незалежно підтримувати напругу без ризику збою комутації, і є найкращим рішенням для продовження живлення постійного струму до двох вищевказаних місць. Наразі China Southern Power Grid завершила проект передачі постійного струму Wudongde, а державна мережа також будує проект передачі UHV DC Baihetan-Jiangsu, обидва з яких застосовують гнучку технологію постійного струму. Але технічні рішення двох проектів відрізняються.
Гнучке з’єднання постійного струму збільшує здатність електромережі взаємодопомагати та покращує надійність та ефективність електропостачання. На додаток до традиційної схеми передачі електроенергії на великі відстані між регіональними електромережами в моїй країні, гнучкі маршрути постійного струму також можуть використовуватися для з’єднання на стику регіональних електромереж. Так званий гнучкий постійний струм «back-to-back» означає конструкцію випрямної станції та інверторної станції разом без лінії постійного струму. Технологія гнучкого постійного струму «back-to-back» може покращити взаємну потужність між регіональними електромережами без розширення масштабу аварій в електромережі. Крім того, електромережі напругою 500 кВ у провінціях Гуандун, Цзянсу та інших місцях Китаю вже дуже великі, зі складною структурою та помітними проблемами надмірного струму короткого замикання. Додавання послідовного гнучкого постійного струму для «розв’язування» електромережі також може ефективно вирішити вищевказані проблеми. Послідовний проект Чунцин-Хубей і проект сполучення Фуцзянь-Гуандун, що будується, є типовими застосуваннями гнучких прямих спільних проектів.