Puhtaan energian laajamittainen siirto on ensisijainen ratkaistava ongelma uudessa voimajärjestelmässä
Kotimaani puhtaan energian jakelussa ja sähkön kysynnässä on "Hu Huanyong -linja". Ilmaston, tuottavuuden kehityksen, historiallisen poliittisen talouden ja muiden tekijöiden vuoksi maamme alueiden välinen taloudellinen kehitys on epätasapainoista. Vuonna 1935 ehdotettu "Hu Huanyong Line" (tunnetaan myös nimellä Heihe-Tengchong Line) on tyypillinen kuvaus tästä ilmiöstä: Hu Huanyong -linjan itäpuolella oleva alue kattaa noin 36 prosenttia maan pinta-alasta ja yli 95 prosenttia. maan väestöstä (1930-luvun tiedot tuolloin). Kiinan puhtaan energian jakelussa ja sähkön kysynnässä on myös "Hu Huanyong -linja". Hu Huanyong -linjan itäosa kuluttaa 86,5 prosenttia sähköstä, kun taas länsi vain 13,5 prosenttia. Puhtaan energian jakelun kannalta Kiinan tuuli- ja valovarojen jakautumisesta voidaan kuitenkin nähdä, että Hu Huanyong -linjan länsiosa on paljon korkeammalla kuin Hu Huanyong -linjan itäosa. Merituulivoimavaroja lukuun ottamatta muut korkealaatuiset tuulivoimat ovat kaukana kuormitusintensiivisistä alueista ja niillä on valtavat voimankäyttötarpeet.
Merituulivoima on tärkeä puhtaan energian lähde rannikolla, ja aikojen trendi on siirtyä merelle ja laajentaa toimintaansa. Kiinan offshore-tuulivoima kehittyy nopeasti. Vuonna 2020 Kiinan offshore-tuulivoiman asennettu kapasiteetti nousee 3,1 GW:iin, ohittaen Euroopan ensimmäistä kertaa maailman suurimmaksi merituulivoimamarkkinaksi. Uusi asennettu kapasiteetti ylittää puolet maailman kokonaiskapasiteetista. Vuonna 2021 Kiinan äskettäin asennettu merituulivoimakapasiteetti on 16,9 GW, mikä on ennätyskorkeus. Merituulivoiman valtiontukien poistuttua vuonna 2022 merituulivoima siirtyy kuitenkin pariteetin aikakauteen ja asennettu kapasiteetti palautuu normaalille tasolle. Merituulivoima on lähellä kuormituspistettä, mikä on suotuisaa kulutukselle, ja merituulivoiman tuotanto on suhteellisen vakaata ja käyttötunnit korkeat. Se on parasta puhdasta energiaa rannikkoalueilla. Mukaan offshore-tuulivoiman suunnittelu Guangdongin, Jiangsun ja muissa paikoissa yhdistettynä ulkomaisen offshore-tuulivoiman kehityssuuntaukseen, syvänmeren ja laajamittaiset ovat yleinen suuntaus.
UHV DC on paras ratkaisu laajamittaiseen voimansiirtoon alueiden välillä
UHV sisältää UHV AC- ja UHV DC -siirron. UHV AC tarkoittaa AC-siirtoprojekteja, joiden jännitetaso on 1000 kV, ja UHVDC DC-siirtoprojekteja, joiden jännitetaso on ±800 kV tai enemmän. Näiden kahden tekniset periaatteet ja kehityslogiikka ovat täysin erilaisia. UHV DC on tyypillinen point-to-grid voimansiirtoprojekti. Sen perusperiaate on käyttää muuntajaventtiiliä vaihtovirran muuntamiseksi tasavirraksi ja sen jälkeen DC-virran muuntamiseksi vaihtovirraksi, kun se on kuljetettu määränpäähän, ja kytkeä se sitten vaihtovirtaverkkoon. Päätarkoituksena on siirtää sähköenergiaa. Sähköenergian siirron lisäksi AC UHV ottaa kantaa myös verkkorakenteen parantamiseen ja verkon vakauden parantamiseen. DC-siirtotekniikka on tehoelektroniikkateknologiaan perustuvaa voimansiirtotekniikkaa. Yksinkertaisen topologian, helpon jännitteen muuntamisen ja alhaisten laitekustannusten etujen vuoksi AC-siirrosta on tullut yleisimmin käytetty voimansiirtotekniikka kaikissa maissa ympäri maailmaa, ja se on edelleen Kiinan sähköverkon tärkein osa. DC-siirtotekniikka on tekninen reitti, joka on kehitetty yhdessä tehoelektroniikkatekniikan synnyn kanssa.
Eri tehoelektroniikkalaitteiden ja toimintojen mukaan se voidaan jakaa kahteen reittiin: perinteinen tasavirta (LCC) ja joustava tasavirta (VSC):
(1) Perinteinen tasavirta (LCC) on tasavirtasiirtotekniikka, joka käyttää puoliohjattuja tehoelektroniikkakomponentteja, kuten tyristoreita, muuntajaventtiilin ydinkomponentteina. Sen etuja ovat suuri siirtokapasiteetti ja alhaiset kustannukset, mutta se vaatii vahvan vaihtovirtaverkon tuen. Yliaaltojen määrä on suuri, ja verkosta on otettava loistehoa, joten DC-suodatus- ja AC-suodatuslaitteita on konfiguroitava suuri määrä.
(2) Flexible DC (VSC) on DC-siirtotekniikka, joka käyttää täysin ohjattuja tehoelektroniikkakomponentteja, kuten IGBT:itä, muuntajaventtiilin ydinkomponentteina. Sen etuna on, että se voi muodostaa vaihtovirtaa, joka on hyvin lähellä tavallista siniaaltoa modulaarisen monitasotekniikan avulla, ja pätötehoa ja loistehoa voidaan säätää itsenäisesti ilman suodatuslaitteita tai vaihtovirtaverkkotukea. Haittapuolena on korkea hinta ja pieni toimituskapasiteetti.
Pitkän matkan voimansiirron näkökulmasta DC UHV:llä on ilmeisiä etuja AC UHV:hen verrattuna: maani sähköverkon osioidun toiminnan yleinen malli ei muutu. Kotimaani sähköverkon toiminnasta vastaa kolme pääoperaattoria, State Grid Corporation of China, China Southern Power Grid Corporation ja Inner Mongolia Electric Power Company. Alueellisia synkronisia sähköverkkoja on 7, ja alueellisten sähköverkkojen välillä on vain heikko yhteys ja suurin osa sähkön tuotannosta ja kulutuksesta tuotetaan alueella.
Kiinan sähköneuvoston tietojen mukaan vuonna 2021 sähköä siirretään 687,6 miljardia kilowattituntia eri puolilla maata, mikä on vain noin 8,3 prosenttia koko yhteiskunnan sähkönkulutuksesta, ja alueiden väliset yhteydet ovat suhteellisen hyvät. heikko. Vaihtovirtaverkon laajentaminen voi aiheuttaa riskin, että sähköverkko putoamisen sijaan nousee. Kiinan tekniikan akatemian vuoden 2018 "maani tulevaisuuden sähköverkkokuviotutkimuksen (2020) neuvoa-antavan lausunnon" mukaan meidän tulisi jatkossakin noudattaa rakennetta, jonka pääosassa on kuusi suurta alueellista sähköverkkoa (2019 Chongqing-Hubei Project Investment). Southwest Power Grid ja Central China Power Grid erotetaan kuljetuksen jälkeen). Siksi AC UHV ei voi siirtää tehoa alueiden välillä, ja sillä voi olla merkitystä vain tietyissä tilanteissa, kuten korkealaatuisten tuuli- ja aurinkoresurssien läsnäolo ja suuri sähkön kysyntä samassa sähköverkossa sekä näiden kahden välinen etäisyys. on suhteellisen pitkä.
Tasavirtasiirto on paras alueellinen verkkoyhteys. Alueiden välisten resurssien erojen vuoksi kotimaassani on kuitenkin suhteellisen suuri kysyntä alueiden väliselle voimansiirrolle. DC-siirrolla on seuraavat kolme etua, mikä tekee siitä parhaan ratkaisun alueiden väliseen voimansiirtoon:
(1) Tasavirtasiirrolla on erinomaista taloudellisuutta pitkän matkan voimansiirrossa. Tasavirtamuunninasemien kustannukset ovat korkeammat kuin AC-sähköasemilla, mutta koska tasavirralla ei ole skin-efektiä ja lataustehoa, on siirtolinjojen käyttöaste korkeampi. Siksi, kun lähetysetäisyys on riittävän pitkä, sen taloudellisuus ylittää AC-siirron.
(2) Sitä voidaan käyttää asynkroniseen verkkojen yhteenliittämiseen. AC-verkon yhteenliittäminen edellyttää koko verkon taajuuden olevan yhdenmukaista, joten sitä ei voida käyttää asynkroniseen verkkoyhteyttämiseen. DC-sähkönsiirto tasaa ensin vaihtovirtasähkön tasavirraksi ja kääntää sen sitten vaihtovirtatehoksi, jota voidaan soveltaa asynkroniseen verkkoyhteyttämiseen.
(3) Se edistää verkkoonnettomuuksien eristämistä eikä lisää verkkoonnettomuuksien riskiä. UHV DC -siirtoa voidaan pitää vastaanottopääverkon pitkän matkan ohjattavana teholähteenä. Molempien päiden ristikot eivät ole kytkettyjä, ja molemmissa päissä olevat ristikot voidaan eristää. Vakavan sähköverkkoonnettomuuden sattuessa UHV DC voi eristää onnettomuuden lisäämättä sähköverkkoonnettomuuksien riskiä. Toinen tyypillinen UHV AC -sovellusskenaario on sähköverkon vahvistaminen. Kotimaani laajamittaisen tasavirtasiirron saapuessa Pohjois-Kiinaan, Itä-Kiinaan, Keski-Kiinaan ja Lounais-Kiinaan, vaihtovirtaverkon vahvuus määrää koko sähköjärjestelmän turvallisuuden ja AC UHV:n kysyntä kasvaa vastaavasti.
Joustavan tasavirran tärkeä rooli uusissa sähköjärjestelmissä
Joustava tasavirta soveltuu erityisen hyvin laajamittaisen offshore-tuulivoiman siirtoon kaukaisilla merillä. Tällä hetkellä valtavirran offshore-tuulivoiman siirtomenetelmä on korkeajännitteinen vaihtovirtasiirto, toisin sanoen offshore-tuuliturbiinit liitetään offshore-booster-asemiin, tehostetaan 220 kV:n tai korkeammalle jännitetasolle ja lähetetään sitten maasähköverkkoihin. Koska DC-siirrossa ei ole lataustehoa, merenalaisten kaapelien investointi ja siirtotehokkuus ovat parempia kuin AC-siirto. Yleisesti ottaen, kun lähetysetäisyys on yli noin 80 km, tasavirtalähetyksen taloudellisuus ylittää AC-siirron. Lisäksi koska perinteinen tasavirta vaatii vahvaa vaihtovirtaverkkotukea ja offshore-tuulipuistot ovat heikkoja tuuliturbiineista koostuvia vaihtovirtajärjestelmiä, jotka eivät pysty täyttämään perinteisen DC:n voimansiirtovaatimuksia, joustavasta tasavirrasta on tullut ainoa taloudellinen ja toteuttamiskelpoinen ratkaisu. LCC-VSC-hybriditeknologian reitti ratkaisee tehokkaasti UHV DC-kommutaatiohäiriön alueilla, joilla on tiheitä DC-pudotuspisteitä. Vuosikymmenten rakentamisen jälkeen kotimaani on rakentanut 32 tasavirtasiirtoprojektia, joiden päätehtävänä on pitkän matkan voimansiirto, joista yli 10 hanketta sijaitsee Jangtse-joen suistossa tai Guangdongin maakunnassa, ja tiheä sijoitus johtaa tasavirtaan. siirto kahden paikan välillä. Kommutoinnin epäonnistumisen riski kasvaa ja sähköverkkoonnettomuuksien piilevä vaara kasvaa. Joustava DC voi itsenäisesti tukea jännitettä ilman kommutointivian vaaraa ja on paras ratkaisu DC:n syöttämisen jatkamiseen edellä mainittuihin kahteen paikkaan. Tällä hetkellä China Southern Power Grid on saanut valmiiksi Wudongden tasavirtasiirtoprojektin, ja State Grid rakentaa myös Baihetan-Jiangsu UHV DC -siirtoprojektia, joissa molemmissa on käytetty joustavaa DC-tekniikkaa. Mutta näiden kahden hankkeen tekniset ratkaisut ovat erilaisia.
Joustava DC-liitäntä lisää sähköverkon keskinäistä avustuskykyä ja parantaa virransyötön luotettavuutta ja tehokkuutta. Kotimaani alueellisten sähköverkkojen välisen perinteisen pitkän matkan sähkönsiirtojärjestelmän lisäksi alueellisten sähköverkkojen risteyksessä voidaan käyttää myös peräkkäin joustavia tasavirtareittejä. Ns. back-to-back joustava DC tarkoittaa tasasuuntausaseman ja invertteriaseman rakentamista yhdessä ilman tasavirtajohtoa. Taaksepäin joustava DC-tekniikka voi parantaa alueellisten sähköverkkojen keskinäistä tehokapasiteettia laajentamatta sähköverkkoonnettomuuksien laajuutta. Lisäksi 500 kV:n sähköverkot Guangdongissa, Jiangsussa ja muissa paikoissa Kiinassa ovat jo erittäin suuria, rakenteeltaan monimutkaisia ja liiallisen oikosulkuvirran aiheuttamia huomattavia ongelmia. Yllä olevat ongelmat voidaan myös ratkaista tehokkaasti lisäämällä peräkkäin joustava DC sähköverkon "irrottamiseksi". Chongqing-Hubei back-to-back -hanke ja rakenteilla oleva Fujian-Guangdongin yhteenliittämisprojekti ovat tyypillisiä joustavien, suoraan peräkkäisten projektien sovelluksia.