Hoe hvdc-transmissie de toekomst kan zijn van duurzame energieopwekking

De behoefte aan een efficiënt en flexibel transmissiesysteem voor elektriciteit is consequent gevoeld in de geïndustrialiseerde economieën van vandaag. Er is een aantal opties beschikbaar voor beleidsmakers en commerciële entiteiten, waarbij hoogspanningsgelijkstroom (HVDC) transmissiesystemen in opkomst zijn als een haalbaar mechanisme voor energiebeheer.

De ontwikkeling van HVDC-technologie luidt een enorme verandering in de manier waarop elektriciteit over lange afstanden wordt getransporteerd, aangezien het veelvoudige voordelen biedt ten opzichte van wisselstroom (AC) transmissiesystemen. HVDC-transmissiesystemen bieden voordelen in termen van lagere emissies en kostenbesparingen, wanneer ze boven het hoofd worden ingezet voor lange afstanden en ondergronds of onder water voor korte afstanden.

Door maximale transiënte efficiëntie en lagere vermogensverliezen te bieden, ongeacht de afstand die de elektriciteit aflegt, creëren HVDC-transmissiesystemen een aanzienlijk potentieel voor energieoverdracht over lange afstanden, zoals eilanden en zelfs continenten. Vooruitgang in HVDC-technologieën effenen de weg voor hernieuwbare elektriciteitssystemen, wat wijst op positieve toekomstperspectieven van de HVDC-transmissiesysteemmarkt, die in 2018 werd gewaardeerd op bijna US $ 7,4 miljard.

HVDC-transmissie: een elektriciteitssnelweg naar het nieuwe tijdperk van hernieuwbare energiebronnen

HVDC-transmissiesystemen zijn in opkomst als de basis waarop het nieuwe energiesysteem op basis van hernieuwbare bronnen wordt ontwikkeld en geïmplementeerd. Hernieuwbare energiesystemen, zoals zonne- en windenergieprojecten, zijn vaak zeer vluchtig en bevinden zich in afgelegen gebieden. De steeds evoluerende HVDC-technologie wint terrein in de nieuwe energie-economie met HVDC-transmissielijnen voor de lange afstand die vermogen kunnen transporteren met maximale efficiëntie en minimale vermogensverliezen.

HVDC-lijnen worden de "elektriciteitssnelwegen", die de toekomst van systemen voor het opwekken van hernieuwbare energie op drie manieren versnellen: bestaande energiecentrales met elkaar verbinden, nieuwe zonne-energiecentrales ontwikkelen en offshore windenergieprojecten integreren. Vermogenshalfgeleiders, hoogspanningskabels en converters behoren tot de belangrijkste componenten van de HVDC-technologie, die verschillende kenmerken toevoegen aan het moderne gelijkstroom (DC) transmissiesysteem.

De behoefte aan het bouwen van nieuwe energiecentrales kan worden uitgesteld met de inzet van HVDC-transmissiesystemen, aangezien het verschillende energiesystemen met elkaar verbindt om efficiënter te werken. Het nieuwe energiesysteem kan grotere economische en ecologische voordelen behalen door grote waterkrachtbronnen, die thermische opwekkingssystemen in traditionele energiesystemen via HVDC-transmissielijnen vervangen.

HVDC-transmissie is een supersnelweg geworden voor grootschalige integratie van hernieuwbare energiebronnen om onderling verbonden netwerken te bieden, die betrouwbaar en flexibel genoeg zijn om de uitdagingen van de nieuwe hernieuwbare energie-economie aan te pakken. HVDC-transmissienetten maken load-balancing mogelijk tussen HVDC-supersnelwegen en het delen van lijnen en converterstations in zonne-energieprojecten en offshore windenergiecentrales. Daardoor wordt de inzet van HVDC-transmissiesystemen beschouwd als een economisch haalbare manier om redundantie en betrouwbaarheid te bieden in dergelijke energienetwerken.

Bovendien bieden HVDC-transmissiesystemen ook haalbare oplossingen voor de bestaande uitdagingen op het gebied van voorrang. Een HVDC-transmissiesysteem dat boven het hoofd wordt ingezet, kan betrouwbaarder blijken te zijn dan een AC-transmissielijn met dubbel circuit. Een HVDC-infrastructuur kan de efficiëntie van elektriciteitstransiënten verbeteren door geïsoleerde HVDC-kabels te gebruiken in ondergrondse en onderzeese toepassingen, wat de processen voor het toestaan ​​van voorrang kan versnellen. Bovendien kunnen HVDC-transmissiesystemen ook naast of op de bestaande AC-lijnen worden geïnstalleerd, waardoor de behoefte aan landgebruik met voorrang wordt verminderd.

Voltage Supply Converters (VSC) Technologie in HVDC-transmissiesystemen

HVDC-transmissiesystemen maken gebruik van stroombron, line-commuted converters (LCC), die reactief vermogen van seriecondensatoren, shuntbanken of filters nodig hebben om te werken. Een conventioneel HVDC-transmissiesysteem biedt echter geen dynamische spanningsondersteuning aan het wisselstroomnetwerk en regelt de systeemspanning binnen een acceptabel bereik, binnen de gewenste tolerantie. Daarom worden spanningsomvormers gebruikt in conventionele HVDC-transmissiesystemen, niet alleen om dynamische spanningsregeling aan het AC-netwerk te leveren, maar ook om de stroomtoevoer in het systeem te regelen.

HVDC-transmissiesystemen op basis van VSC-technologie kunnen onafhankelijke controle bieden van zowel actief als reactief vermogen zonder commutatiefouten. Het schakelen van de IGBT-kleppen in op VSC gebaseerde HVDC-transmissie volgt een pulsbreedtemodulatie (PWM), waardoor het systeem de fasehoek en amplitude van de AC-uitgangsspanning van de omzetter kan aanpassen met een constante gelijkspanning.

Bovendien bestaan ​​op VSC gebaseerde HVDC-transmissiesystemen uit twee onafhankelijke besturings- en beveiligingssystemen, die bestaan ​​uit digitale signaalprocessors en microcontrollers, en die redundantie bieden om een ​​hoge betrouwbaarheid te garanderen. Dergelijke kenmerken worden toegeschreven aan de neiging van eindgebruikers naar VSC-technologie boven de LCC-technologie in HVDC-transmissiesystemen.

VSC-gebaseerde HVDC-systemen worden steeds populairder op de markt voor HVDC-transmissiesystemen, met meer dan 55% van het omzetaandeel van de markt. VSC-gebaseerde transmissietechnologie is volwassen geworden voor conventionele HVDC-transmissiesystemen, ondanks dat het een relatief duurdere optie is voor transmissietoepassingen met een hogere nominale waarde.

Toonaangevende bedrijven op de markt voor HVDC-transmissiesystemen stimuleren de acceptatie van VSC-technologie om de betrouwbaarheid van HVDC-transmissie te verbeteren in projecten voor hernieuwbare energie die wereldwijd worden geïmplementeerd. Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - een toonaangevende Japanse fabrikant van stroomopwekkingssystemen - kondigde bijvoorbeeld in maart 2019 de installatie aan van een op VSC gebaseerde HVDC-transmissieverbinding die het Japanse vasteland (Honshu) verbindt met het noordelijke eiland Hokkaido. Het bedrijf heeft aangekondigd dat dit het eerste op VSC gebaseerde HVDC-systeem van Japan is dat te allen tijde 600 MW aan interconnectiecapaciteit garandeert.

In april 2019 kondigde de ABB Group - een Zwitsers-Zweedse multinational die actief is op het gebied van elektriciteit, zware elektrische apparatuur en automatiseringstechnologie - aan dat het een joint venture heeft opgericht met Hitachi, Ltd. - een Japanse multinationale conglomeraatmaatschappij - om VSC te leveren. -gebaseerd HVSC-transmissiesysteem voor onderstation Higashi-Shimizu in Japan. Het bedrijf kondigde aan dat de op VSC gebaseerde HVDC-transmissiesystemen twee VSC-omvormers (elk 300.000 kW) zullen bevatten, en Hitachi zal het systeem bouwen, dat zal bestaan ​​uit Hitachi-omvormertransformatoren en een ABB HVDC-omvormer met een besturings- en beveiligingssysteem.

Vooruitgang in Ultra HVDC (UHVDC) Infrastructuur Salient voor hernieuwbare energietransmissie

De ontwikkeling van een UHVDC-transmissiesysteem is een van de nieuwste vorderingen in de HVDC-transmissietechnologie, die DC-spanningsoverdracht van ten minste 800 kV mogelijk maakt; een conventioneel HVDC-transmissiesysteem gebruikt doorgaans spanningen tussen 100 kV en 600 kV. Naarmate de nieuwe wereldeconomie geleidelijk evolueert naar de elektriciteitsnetten op continentale schaal, zullen UHVDC-transmissiesystemen waarschijnlijk enorm belangrijk worden over de hele wereld.

Ontwikkelde regio's behoren tot de meest gunstige markten voor UHVDC-transmissiesystemen, aangezien ontwikkelde landen grote hoeveelheden hernieuwbare energie opwekken. Noord-Amerika en Europa behoren tot de grootste markten voor HVDC-transmissiesystemen, aangezien de bestuursorganen in deze regio's zwaar investeren om HVDC-infrastructuren te ontwikkelen om hun klimaatdoelstellingen te halen.

Het Verenigd Koninkrijk is een van de leidende Europese landen die HVDC-transmissiesystemen hebben geïmplementeerd. Het VK deelt HVDC-verbindingen met verschillende buurlanden, waaronder Noorwegen, Ierland, Frankrijk en Nederland. Bovendien hebben de Verenigde Staten investeringen in de opwekking van schone energie gestimuleerd en neemt de acceptatie van HVDC-transmissie in het land in hoog tempo toe. Het steeds groter wordende interstate-netwerk van elektriciteitssnelwegsystemen in de VS maakt Noord-Amerika tot de grootste markt voor HVDC-transmissiesystemen, met bijna een vierde omzetaandeel van de wereldmarkt.

Een toenemend aantal opkomende economieën laten echter een veelbelovende groei zien in de opwekking van hernieuwbare energie met de ontwikkeling van waterkrachtcentrales en windenergieprojecten. Ontwikkelingslanden zijn de thuisbasis van grootschalige zonne- en windenergieprojecten, en UHVDC-transmissiesystemen worden toegepast om te voldoen aan de steeds groeiende vraag naar energie in deze landen.

China werd een van de leidende landen ter wereld die als eerste een UHVDC-transmissiesysteem adopteerde. In 2010 werd 's werelds eerste UHVDC-transmissielijn gebouwd door de ABB Group tussen Shanghai en Xiangjiaba in China met een vermogen van 6,4 GW en een totale lengte van ongeveer 1.907 km. In 2017 investeerde het land meer dan 400 miljard yuan (US $ 57 miljard) om ten minste 21 nieuwe UHVDC-transmissielijnen in het land te ontwikkelen.

General Electric Company (GE) - een Amerikaans multinationaal conglomeraat - nam in 2017 de eerste 1.500 MW-fase van het tweefasige HVDC-energietransmissiesysteem in gebruik in Chhattisgarh, India. The Power Grid Corporation of India Limited - een elektriciteitsbedrijf van de Indiase staat bedrijf - investeerde meer dan 6.300 crore INR in het project. Het ministerie van Energie kondigde aan dat de projectcapaciteit in december 2018 verder werd opgewaardeerd tot 6.000 MW met een investering van meer dan 5.200 crore INR. GE kondigde aan dat dit het eerste UHVDC-project van het bedrijf was in India en in de wereld, namelijk 1.287 km energiesnelweg met een zendvermogen van maximaal 3.000 MW.

Met de toenemende acceptatie van UHVDC-transmissiesystemen in opkomende economieën, zoals China en India, is de regio Azië-Pacific (exclusief Japan) in opkomst als een snelgroeiende markt voor HVDC-transmissiesystemen. De toekomstige trends in de sector van transmissie en distributie van elektriciteit (T&D) worden sterk beïnvloed door de mix van hernieuwbare energiebronnen.

Toenemende investeringen in de T & S-sector zullen de opwekking van hernieuwbare energie de komende jaren versterken. Dit zal bijgevolg leiden tot de wereldwijde acceptatie van HVDC-transmissiesystemen als een flexibele en economische oplossing voor het omgaan met nieuwe uitdagingen op het gebied van energieopwekking en de integratie van hernieuwbare bronnen in de komende jaren.