Přenos čisté energie ve velkém měřítku je primárním problémem, který je třeba v novém energetickém systému vyřešit
V distribuci čisté energie a poptávce po elektřině v mé zemi existuje „linka Hu Huanyong“. Vlivem faktorů, jako je klima, vývoj produktivity, historická politická ekonomie a další faktory, je ekonomický vývoj mezi regiony u nás nevyrovnaný. „Linie Hu Huanyong“ (také známá jako linie Heihe-Tengchong) navržená v roce 1935 je typickým popisem tohoto jevu: oblast východně od linie Hu Huanyong zabírá asi 36 procent rozlohy země a zabírá více než 95 procent. obyvatel země (v té době údaje z 30. let). V čínské distribuci čisté energie a poptávce po elektřině existuje také „linka Hu Huanyong“. Východní část linie Hu Huanyong spotřebovává 86,5 procenta elektřiny, zatímco západ spotřebovává pouze 13,5 procenta. Nicméně, pokud jde o distribuci čisté energie, z rozložení zdrojů větru a světelných zdrojů v Číně lze vidět, že západ linie Hu Huanyong je mnohem vyšší než východ linie Hu Huanyong. S výjimkou pobřežních zdrojů větrné energie jsou jiné vysoce kvalitní větrné zdroje daleko od oblastí s vysokým zatížením a vyžadují obrovské nasazení energie.
Pobřežní větrná energie je důležitým zdrojem čisté energie podél pobřeží a trendem doby je přejít na pobřežní moře a rozšířit se. Čínská pobřežní větrná energie se rychle rozvíjí. V roce 2020 dosáhne čínská instalovaná kapacita větrných elektráren na moři 3,1 GW, čímž poprvé překoná Evropu a stane se největším světovým trhem s větrnou elektrárnou na moři, přičemž nově instalovaná kapacita přesáhne polovinu světového celkového počtu. V roce 2021 bude nově instalovaná kapacita větrných elektráren na moři v Číně činit 16,9 GW, což je rekord. Se zrušením státních dotací na větrnou energii na moři v roce 2022 však větrná energie na moři vstoupí do éry parity a instalovaný výkon se vrátí na normální úroveň. Větrná energie na moři je blízko centra zatížení, což přispívá ke spotřebě, a výkon větrné energie na moři je relativně stabilní a hodiny využití jsou vysoké. Je to nejlepší čistá energie v pobřežních oblastech. Podle plánování pobřežních větrných elektráren v Guangdongu, Jiangsu a dalších místech v kombinaci s vývojovým trendem zahraniční větrné energie na moři je obecným trendem hluboké moře a velké měřítko.
UHV DC je nejlepším řešením pro přenos energie ve velkém měřítku napříč regiony
UHV zahrnuje přenos UHV AC a UHV DC. UHV AC se týká projektů přenosu střídavého proudu s napěťovou úrovní 1000 kV a UHVDC se týká projektů přenosu stejnosměrného proudu s úrovní napětí ±800 kV a vyšší. Technické principy a logika vývoje obou jsou zcela odlišné. UHV DC je typický projekt přenosu energie z bodu do sítě. Jeho základním principem je použití konvertorového ventilu pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný a poté přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý výkon po přepravě na místo určení a jeho připojení k elektrické síti střídavého proudu. Hlavním účelem je přenos elektrické energie. Kromě přenosu elektrické energie přebírá AC UHV také roli zlepšování struktury sítě a zvyšování stability sítě. Technologie stejnosměrného přenosu je technologie přenosu energie založená na technologii výkonové elektroniky. Díky výhodám jednoduché topologie, snadné transformace napětí a nízkým nákladům na zařízení se přenos střídavého proudu stal nejběžněji používanou technologií přenosu energie v zemích po celém světě a stále je nejdůležitější součástí čínské energetické sítě. Technologie stejnosměrného přenosu je technickou cestou vyvinutou spolu se zrodem technologie výkonové elektroniky.
Podle různých výkonových elektronických zařízení a funkcí jej lze rozdělit do dvou tras: konvenční stejnosměrný proud (LCC) a flexibilní stejnosměrný proud (VSC):
(1) Konvenční stejnosměrný proud (LCC) je technologie přenosu stejnosměrného proudu, která využívá polořízené výkonové elektronické součástky, jako jsou tyristory, jako základní součásti ventilu měniče. Jeho výhodou je velká přenosová kapacita a nízká cena, ale vyžaduje silnou podporu AC sítě. Množství harmonických je velké a jalový výkon musí být absorbován ze sítě, takže je nutné nakonfigurovat velké množství zařízení pro filtrování stejnosměrného a střídavého proudu.
(2) Flexible DC (VSC) je technologie přenosu stejnosměrného proudu, která využívá plně řízené výkonové elektronické komponenty, jako jsou IGBT, jako základní komponenty ventilu měniče. Jeho výhodou je, že dokáže vytvořit střídavý proud velmi blízký standardní sinusovce prostřednictvím modulární víceúrovňové technologie a činný a jalový výkon lze nastavit nezávisle bez filtračního zařízení nebo podpory AC sítě. Nevýhodou je vysoká cena a malá kapacita dodávky.
Z hlediska dálkového přenosu energie má DC UHV zjevné výhody oproti AC UHV: obecný model rozděleného provozu elektrické sítě mé země se nezmění. Provoz elektrické sítě mé země zajišťují tři hlavní operátoři, State Grid Corporation of China, China Southern Power Grid Corporation a Inner Mongolia Electric Power Company. Existuje 7 regionálních synchronních energetických sítí a mezi regionálními energetickými sítěmi je pouze slabé spojení a většina výroby a spotřeby elektřiny se vyrábí v rámci regionu.
Podle údajů China Electricity Council bude v roce 2021 mezi regiony po celé zemi přenášeno 687,6 miliardy kilowatthodin elektřiny, což představuje pouze asi 8,3 procenta spotřeby elektřiny celé společnosti, a spojení mezi regiony jsou relativně slabý. Rozšíření sítě střídavého proudu může způsobit, že se síť zvýší místo poklesu. Podle poradního stanoviska Čínské akademie inženýrství z roku 2018 „Poradní stanovisko budoucího výzkumu vzoru elektrické sítě mé země (2020)“ bychom se měli nadále držet struktury se šesti hlavními regionálními energetickými sítěmi jako hlavním orgánem (investice do projektu Chongqing-Hubei z roku 2019 Southwest Power Grid a Central China Power Grid budou po přepravě odděleny). Proto AC UHV nemůže přenášet energii napříč regiony a může hrát roli pouze ve specifických situacích, jako je přítomnost vysoce kvalitních větrných a solárních zdrojů a velká poptávka po elektřině ve stejné elektrické síti a vzdálenost mezi těmito dvěma je poměrně dlouhá.
Stejnosměrný přenos je nejlepší regionální připojení k síti. Avšak kvůli rozdílům v dotování zdrojů mezi regiony má moje země relativně velkou poptávku po meziregionálním přenosu energie. Stejnosměrný přenos má následující tři výhody, díky čemuž je nejlepším řešením pro meziregionální přenos energie:
(1) Stejnosměrný přenos má vynikající hospodárnost při přenosu energie na dlouhé vzdálenosti. Náklady na stejnosměrné konvertorové stanice jsou vyšší než na střídavé rozvodny, ale protože stejnosměrný přenos nemá efekt kůže a nabíjecí výkon, je míra využití přenosových vedení vyšší. Proto, když je přenosová vzdálenost dostatečně dlouhá, její hospodárnost překonává střídavý přenos.
(2) Může být použit pro asynchronní propojení sítě. Propojení AC sítě vyžaduje, aby frekvence celé sítě byla konzistentní, takže jej nelze použít pro asynchronní propojení sítě. Přenos stejnosměrného proudu nejprve usměrní střídavý výkon na stejnosměrný a poté jej převede na střídavý výkon, který lze použít k asynchronnímu propojení sítě.
(3) Přispívá k izolaci havárií sítě a nerozšiřuje riziko havárií v síti. UHV DC přenos lze považovat za dálkově řiditelný zdroj energie přijímací koncové sítě. Mřížky na obou koncích nejsou spojeny a mřížky na obou koncích lze izolovat. V případě vážné havárie elektrické sítě může UHV DC izolovat havárii, aniž by se rozšiřovalo riziko havárií v rozvodné síti. Dalším typickým scénářem aplikace UHV AC je posílení elektrické sítě. Vzhledem k tomu, že rozsáhlý přenos stejnosměrného proudu mé země vstupuje do severní Číny, východní Číny, střední Číny a jihozápadní Číny, síla střídavé elektrické sítě určuje bezpečnost celého energetického systému a poptávka po AC UHV se odpovídajícím způsobem zvyšuje.
Důležitá role flexibilního DC v nových energetických systémech
Flexibilní stejnosměrný proud je vhodný zejména pro přenos velké větrné energie na moři ve vzdálených mořích. V současnosti je hlavní metodou přenosu pobřežní větrné energie vysokonapěťový střídavý přenos, to znamená, že pobřežní větrné turbíny jsou připojeny k posilovacím stanicím na moři, napájeny na 220 kV nebo vyšší napěťové úrovně a poté odeslány do pobřežních energetických sítí. Vzhledem k tomu, že stejnosměrný přenos nemá nabíjecí výkon, investice a účinnost přenosu podmořských kabelů jsou lepší než přenos střídavým proudem. Obecně řečeno, když je přenosová vzdálenost větší než asi 80 km, bude ekonomika stejnosměrného přenosu vyšší než u střídavého přenosu. Navíc, protože konvenční stejnosměrný proud vyžaduje silnou střídavou podporu sítě a pobřežní větrné farmy jsou slabé střídavé systémy složené z větrných turbín, které nemohou splnit požadavky na přenos energie konvenčního stejnosměrného proudu, flexibilní stejnosměrný proud se stal jediným ekonomickým a proveditelným řešením. Cesta hybridní technologie LCC-VSC efektivně řeší problém selhání komutace UHV DC v oblastech s hustými DC výpadky. Po desetiletích výstavby moje země vybudovala 32 projektů přenosu stejnosměrného proudu s dálkovým přenosem energie jako hlavní funkcí, z nichž více než 10 projektů se nachází v deltě řeky Jang-c'-ťiang nebo v provincii Guangdong, a husté umístění vede ke stejnosměrnému proudu. přenos mezi dvěma místy. Zvyšuje se riziko selhání komutace a zvyšuje se skryté nebezpečí havárií elektrické sítě. Flexibilní stejnosměrný proud může nezávisle podporovat napětí bez rizika selhání komutace a je nejlepším řešením pro pokračování přivádění stejnosměrného proudu do výše uvedených dvou míst. V současné době China Southern Power Grid dokončil projekt Wudongde DC přenosu a State Grid také buduje projekt Baihetan-Jiangsu UHV DC přenos, přičemž oba používají flexibilní DC technologii. Technická řešení obou projektů se ale liší.
Flexibilní stejnosměrné propojení zvyšuje schopnost vzájemné pomoci elektrické sítě a zlepšuje spolehlivost a účinnost napájení. Kromě schématu konvenčního dálkového přenosu energie mezi regionálními rozvodnými sítěmi v mé zemi lze pro propojení na křižovatce regionálních rozvodných sítí použít také flexibilní stejnosměrné trasy typu back-to-back. Takzvaný back-to-back flexibilní DC označuje konstrukci usměrňovací stanice a invertorové stanice společně bez stejnosměrného vedení. Flexibilní stejnosměrná technologie back-to-back může zlepšit vzájemnou energetickou kapacitu mezi regionálními energetickými sítěmi, aniž by se rozšířil rozsah havárií v rozvodné síti. Kromě toho jsou 500kV elektrické sítě v Guangdongu, Jiangsu a dalších místech v Číně již velmi rozsáhlé, se složitými strukturami a výraznými problémy s nadměrným zkratovým proudem. Výše uvedené problémy lze také efektivně vyřešit přidáním flexibilního stejnosměrného proudu k sobě, aby se „rozvázala“ rozvodná síť. Projekt vzájemného propojení Chongqing-Hubei a projekt propojení Fujian-Guangdong ve výstavbě jsou typickými aplikacemi flexibilních přímých projektů typu back-to-back.