Avantatges de les línies de transmissió de corrent continu d'alta tensió en comparació amb les línies de corrent altern
Havent esdevingut línies tradicionals de transmissió d'alta tensió, avui funcionen invariablement amb corrent altern. Però has pensat mai en els avantatges que pot donar una línia de transmissió de CC d'alta tensió en comparació amb una línia de CA? Sí, estem parlant de línies de transmissió de corrent continu d'alta tensió (HVDC Power Transmission).
Per descomptat, per a la formació d'una línia de corrent continu d'alta tensió, en primer lloc, convertidors, que faria corrent continu a partir de corrent altern i corrent altern a partir de corrent continu. Aquests inversors i convertidors són cars, així com les peces de recanvi per a ells, tenen limitacions de sobrecàrrega, a més, per a cada línia el dispositiu ha de ser únic sense exagerar. A distàncies curtes, les pèrdues de potència en els convertidors fan que aquesta línia de transmissió sigui generalment poc econòmica.
Però en quines aplicacions serà preferible utilitzar-lo D.C.? Per què l'alta tensió de CA de vegades no és prou eficient? Finalment, ja s'utilitzen línies de transmissió de corrent continu d'alta tensió? Intentarem obtenir respostes a aquestes preguntes.
No cal anar lluny per buscar exemples. Un cable elèctric col·locat al fons del mar Bàltic entre dos països veïns, Alemanya i Suècia, fa 250 metres de llarg, i si el corrent fos altern, aleshores la resistència capacitiva provocaria pèrdues importants. O quan es subministra electricitat a zones allunyades quan no és possible instal·lar equips intermedis. Aquí també, el corrent continu d'alta tensió causarà menys pèrdues.
Què passa si necessiteu augmentar la capacitat d'una línia existent sense posar-ne una de més? I en el cas d'alimentar sistemes de distribució de CA que no estan sincronitzats entre si?
Mentrestant, per a una potència específica transmesa per corrent continu, a alta tensió, es requereix una secció transversal més petita del cable i les torres poden ser més baixes. Per exemple, la línia de transmissió canadenca Bipole Nelson River connecta la xarxa de distribució i la central elèctrica remota.
Les xarxes elèctriques de CA es poden estabilitzar sense augmentar el risc de curtcircuits. Les descàrregues de corona, que causen pèrdues a les línies de CA a causa dels pics de tensió ultra alt, són molt menys amb DC, i per tant s'allibera menys ozó nociu. De nou, reduint el cost de la construcció de línies elèctriques, per exemple es necessiten tres cables per a tres fases i només dos per a HVDC. Una vegada més, els màxims beneficis dels cables submarins no només són menys material, sinó també menys pèrdues capacitives.
Des de 1997AAB instal·la línies de llum HVDC amb potències de fins a 1,2 GW a tensions de fins a 500 kV. Així, es va construir un enllaç de potència nominal de 500 MW entre les xarxes de Gran Bretanya i Irlanda.
Aquesta connexió millora la seguretat i fiabilitat del subministrament elèctric entre xarxes. Va d'oest a est, un dels cables de la xarxa té una longitud de 262 quilòmetres, amb un 71% del cable al fons marí.
Una vegada més, recordeu que si s'utilitzi el corrent alterna per recarregar la capacitat del cable, hi hauria pèrdues de potència innecessàries, i com que el corrent s'aplica constantment, les pèrdues són insignificants. A més, tampoc s'han de descuidar les pèrdues dielèctriques de CA.
En general, amb corrent continu, es pot transmetre més potència a través del mateix cable, perquè els pics de tensió a la mateixa potència, però amb corrent altern, són més alts, a més, l'aïllament ha de ser més gruixut, la secció transversal és més gran, el la distància entre els conductors és més gran, etc. Tenint en compte tots aquests factors, el corredor de la línia de transmissió de corrent continu proporciona una transmissió d'energia elèctrica més densa.
Al seu voltant no es creen línies permanents d'alta tensió camp magnètic altern de baixa freqüènciacom és típic de les línies de transmissió de CA. Alguns científics parlen del dany d'aquest camp magnètic variable per a la salut humana, les plantes, els animals. El corrent continu, al seu torn, només crea un gradient de camp elèctric constant (no variable) a l'espai entre el conductor i el terra, i això és segur per a la salut de persones, animals i plantes.
L'estabilitat dels sistemes de CA es veu facilitada pel corrent continu.A causa de l'alta tensió i corrent continu, és possible transferir potència entre sistemes de CA que no estan sincronitzats entre si. Això evita que els danys en cascada es propaguin. En cas de fallades no crítiques, l'energia simplement es mou dins o fora del sistema.
Això impulsa encara més l'adopció de xarxes de corrent continu d'alta tensió, donant lloc a noves bases.
Estació convertidora de Siemens per a una línia de transmissió de corrent continu d'alta tensió (HVDC) entre França i Espanya
Esquema d'una línia moderna HVDC
El flux d'energia està regulat per un sistema de control o estació de conversió. El cabal no està relacionat amb el mode de funcionament dels sistemes connectats a la línia.
Les interconnexions a les línies de corrent continu tenen una capacitat de transmissió arbitràriament petita en comparació amb les línies de corrent altern i s'elimina el problema dels enllaços febles. Les pròpies línies es poden dissenyar tenint en compte l'optimització dels fluxos d'energia.
A més, desapareixen les dificultats de sincronitzar diversos sistemes de control diferents per al funcionament de sistemes energètics individuals. Controladors d'emergència ràpids inclosos Fils elèctrics de corrent continu augmentant la fiabilitat i l'estabilitat de la xarxa global. El control del flux de potència pot reduir les oscil·lacions en línies paral·leles.
Aquests avantatges facilitaran l'adopció més ràpida de la interacció de corrent continu d'alta tensió per tal de trencar sistemes de gran potència en diverses parts que es sincronitzen entre si.
Per exemple, a l'Índia s'han construït diversos sistemes regionals que estan interconnectats per línies de corrent continu d'alta tensió.També hi ha una cadena de convertidors controlada per un centre especial.
És el mateix a la Xina. L'any 2010, ABB va construir a la Xina el primer corrent continu d'ultraalta tensió de 800 kV del món a la Xina. El 2018 es va completar la línia Zhongdong — Wannan UHV DC de 1100 kV amb una longitud de 3400 km i una capacitat de 12 GW.
A partir de l'any 2020, s'han completat almenys tretze llocs de construcció Línies EHV DC a la Xina. Les línies HVDC transmeten grans quantitats d'energia a distàncies significatives, amb múltiples proveïdors d'energia connectats a cada línia.
Per regla general, els desenvolupadors de línies de transmissió de corrent continu d'alta tensió no proporcionen al públic en general informació sobre el cost dels seus projectes, ja que es tracta d'un secret comercial. Tanmateix, les particularitats dels projectes fan els seus propis ajustos, i el preu varia en funció de: potència, longitud del cable, mètode d'instal·lació, cost del terreny, etc.
Comparant econòmicament tots els aspectes, es pren una decisió sobre la viabilitat de construir una línia HVDC. Per exemple, la construcció d'una línia de transmissió de quatre línies entre França i Anglaterra, amb una capacitat de 8 GW, juntament amb el treball a terra, va requerir uns mil milions de lliures.
Llista de projectes significatius de corrent continu d'alta tensió (HVDC) del passat
A la dècada de 1880 hi va haver una anomenada guerra de corrents entre defensors de DC com Thomas Edison i defensors d'AC com Nikola Tesla i George Westinghouse. La CC va durar 10 anys, però el ràpid desenvolupament dels transformadors de potència, necessaris per augmentar la tensió i limitar així les pèrdues, va provocar la proliferació de xarxes de CA. Només amb el desenvolupament de l'electrònica de potència es va fer possible l'ús de corrent continu d'alta tensió.
Tecnologia HVDC va aparèixer a la dècada de 1930. Va ser desenvolupat per ASEA a Suècia i Alemanya. La primera línia HVDC es va construir a la Unió Soviètica el 1951 entre Moscou i Kashira. Després, el 1954, es va construir una altra línia entre l'illa de Gotland i la Suècia continental.
Moscou - Kashira (URSS) — longitud 112 km, tensió — 200 kV, potència — 30 MW, any de construcció — 1951. Es considera que és el primer corrent continu electrònic d'alta tensió totalment estàtic del món, posat en funcionament. La línia no existeix actualment.
Gotland 1 (Suècia) — longitud 98 km, tensió — 200 kV, potència — 20 MW, any de construcció — 1954. Primer enllaç comercial HVDC del món. Ampliat per ABB el 1970, fora de servei el 1986.
Volgograd - Donbass (URSS) — longitud 400 km, tensió — 800 kV, potència — 750 MW, any de construcció — 1965. La primera etapa de la línia elèctrica de 800 kV DC Volgograd — Donbass es va posar en funcionament l'any 1961, que es va assenyalar a la premsa en aquell moment com a etapa molt important en el desenvolupament tècnic de l'enginyeria elèctrica soviètica. Actualment la línia està desmuntada.
Assaig de rectificadors d'alta tensió per a una línia de corrent continu al laboratori VEI, 1961.
Diagrama de línies de corrent continu d'alta tensió Volgograd — Donbass
Mira: Fotografies d'instal·lacions elèctriques i equips elèctrics a l'URSS 1959-1962
HVDC entre les illes de Nova Zelanda — longitud 611 km, tensió — 270 kV, potència — 600 MW, any de construcció — 1965. Des de 1992, reconstruït АBB… Tensió 350 kV.
Des de 1977fins ara tots els sistemes HVDC s'han construït utilitzant components d'estat sòlid, en la majoria dels casos tiristors, des de finals dels anys 90 s'han utilitzat convertidors IGBT.
Inversors IGBT a l'estació de conversió de Siemens per a la línia de transmissió d'alta tensió de corrent continu (HVDC) entre França i Espanya
Cahora Bassa (Moçambic - Sud-àfrica) — longitud 1420 km, tensió 533 kV, potència — 1920 MW, any de construcció 1979. Primer HVDC amb tensió superior a 500 kV. Reparació ABB 2013-2014
Ekibastuz - Tambov (URSS) — longitud 2414 km, tensió — 750 kV, potència — 6000 MW. El projecte va començar l'any 1981. Quan entri en funcionament, serà la línia de transmissió més llarga del món. Els llocs de construcció van ser abandonats cap a l'any 1990 a causa de l'enfonsament de la Unió Soviètica i la línia no es va acabar mai.
Interconnexion France Angleterre (França — Gran Bretanya) — longitud 72 km, tensió 270 kV, potència — 2000 MW, any de construcció 1986.
Gezhouba - Xangai (Xina) — 1046 km, 500 kV, potència 1200 MW, 1989.
Rihand Delhi (Índia) — longitud 814 km, tensió — 500 kV, potència — 1500 MW, any de construcció — 1990.
Cable del Bàltic (Alemanya - Suècia) — longitud 252 km, tensió — 450 kV, potència — 600 MW, any de construcció — 1994.
Tien Guan (Xina) — longitud 960 km, tensió — 500 kV, potència — 1800 MW, any de construcció — 2001.
Talcher Kolar (Índia) — longitud 1450 km, tensió — 500 kV, potència — 2500 MW, any de construcció — 2003.
Three Gorges - Changzhou (Xina) — longitud 890 km, tensió — 500 kV, potència — 3000 MW, any de construcció — 2003. El 2004 i el 2006.Es van construir 2 línies més des de la central hidroelèctrica HVDC "Three Gorges" fins a Huizhou i Xangai durant 940 i 1060 km.
La central hidroelèctrica més gran del món, les Tres Gorges, està connectada a Changzhou, Guangdong i Xangai mitjançant línies d'alta tensió de corrent continu.
Xiangjiaba-Xangai (Xina) — la línia de Fulong a Fengxia. La longitud és de 1480 km, la tensió és de 800 kV, la potència és de 6400 MW, l'any de construcció és el 2010.
Yunnan - Guangdong (Xina) — longitud 1418 km, tensió — 800 kV, potència — 5000 MW, any de construcció — 2010.