Analyse der Kosten der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)

Kostenberechnung bei der Kosten- /Nutzenanalyse (Juli 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Analyse der Kosten von HVDC - Hochspannungs-Gleichstrom (auf Foto: Eine Übertragungsleitung mit konstanter Spannung von 600 kV DC, bei 2400 Kilometern in Brasilien im Jahr 2012 gebaut; von IVOLINES via Flickr)

Themen besprochen

  • Einführung in HGÜ
  • Kostenstruktur der HVDC

    • Annahmen in den Preisberechnungen gemacht

      • Thyristor-basiertes HVDC-System gegenüber Hochspannungs-Wechselstromsystem
      • VSC-basiertes HGÜ-System gegenüber einem Wechselstromsystem oder einer lokalen Erzeugungsquelle
    • Vergleichende Kosteninformation

Fangen wir mit der Einführung an!

Sie legt ein System zur Übertragung oder zum Austausch elektrischer Energie mittels Gleichstrom fest.

Die HVDC-Übertragung wird weithin als vorteilhaft für die Übertragung von großen Entfernungen über große Entfernungen, asynchrone Verbindungen und lange Seekabelüberquerungen angesehen.

HGÜ wird verwendet, um Elektrizität über lange oder sehr lange Strecken über Freileitungen oder Seekabel zu übertragen, weil es dann gegenüber herkömmlichen Wechselstromübertragungsleitungen wirtschaftlich attraktiv wird.

Vergleichende HVDC- und AC-Übertragungskosten

In einem HGÜ-System wird elektrischer Strom aus einem Dreiphasen-Wechselstromnetzsystem entnommen, das in einer Stromrichterstation in Gleichstrom umgewandelt, über ein Gleichstromkabel oder eine Gleichstrom-Freileitung an das Empfangsende übertragen und dann in einer anderen Stromrichterstation wieder in Wechselstrom umgewandelt wird in Empfangsende AC-Netzwerk-System injiziert.

Die HGÜ-Stromrichterstation verwendet Thyristorventile, um die Umwandlung von Wechselstrom zu Gleichstrom und umgekehrt durchzuführen. Die Ventile sind normalerweise als ein 12-Puls-Wandler angeordnet. Die Ventile sind über einen Stromrichtertransformator mit dem Wechselstromnetz verbunden.

Der 12-Puls-Wandler erzeugt ungeradzahlige harmonische Ströme ( h = np ± 1 ) auf der AC-Seite, dh 11., 13., 23., 25., 35., 37. und so weiter

.

Es wird verhindert, dass diese Harmonischen durch Bereitstellen von Wechselstrom-Oberwellenfiltern in das Wechselstromnetz eintreten.

12 Impulswandler

I dc = (V & sub1 ; - V & sub2 ;) / R

Der 12-Puls-Wandler erzeugt gleichmäßige Oberschwingungsströme auf der DC-Seite, dh 12, 24, 36. Diese geradzahligen Oberwellen werden durch DC-Filter daran gehindert, in die Gleichstrom-Freileitung einzutreten.

Auf der Gleichstromseite ist immer eine große Glättungsdrossel installiert, um die Welligkeit im Gleichstrom zu reduzieren. Diese große Glättungsdrossel filtert auch diese Oberschwingungen. Für eine Unterseekabelanwendung anstelle einer Gleichstrom-Freileitung sind Gleichstromfilter jedoch nicht erforderlich.

Eine HGÜ-Verbindung besteht aus zwei Gleichrichter- / Wechselrichterstationen, die über eine Freileitung oder Gleichstromkabel verbunden sind. Bipolare HGÜ-Leitungen verwenden nur zwei isolierte Leitersätze statt drei. Dies führt zu engeren Wegerechten, kleineren Sendetürmen.

Bei einer gegebenen Kabelleiterfläche betragen die Leitungsverluste bei HGÜ-Kabeln etwa 50% dieser AC-Kabel. Dies liegt an Wechselstromkabeln, die mehr Leiter erfordern, dh drei Phasen, die reaktive Komponenten des Stroms, Hauteffekt und Induktionsströme in der Kabelummantelung und -panzerung übertragen.

Die Übertragung von Strom über Gleichstromleitungen erfordert weniger Leiter (dh 2 Leiter; einer ist positiv, ein anderer ist negativ).

Vergleich zwischen HVDC und HVAC

Gehe zurück zu Themen ↑

Kostenstruktur der HVDC

Die Kosten eines HGÜ-Systems hängen von vielen Faktoren ab, wie zum Beispiel:

  • Zu übertragende Leistungskapazität,
  • Art des Übertragungsmediums,
  • Umweltbedingungen und
  • Andere Sicherheit, regulatorische Anforderungen usw.

Selbst wenn diese verfügbar sind, machen es die verfügbaren Optionen für ein optimales Design (verschiedene Kommutationstechniken, verschiedene Filter, Transformatoren usw.) schwierig, eine Kostenangabe für ein HVDC-System zu geben.

Eine typische Kostenstruktur für die Konverterstationen könnte jedoch wie folgt aussehen:

Kostenstruktur der HVDC

Als ein Beispiel wird nachstehend ein Beispiel gezeigt, das die Preisänderung für eine Wechselstromübertragung im Vergleich zu einer HGÜ-Übertragung für 2000 MW zeigt.

Preisänderung von HVDC und HVAC

Gehe zurück zu Themen ↑

Annahmen in den Preisberechnungen gemacht

Für die Wechselstromübertragung wird ein Doppelstromkreis mit einem Preis pro km von 250 KUSD / km (jeweils) angenommen, Wechselstrom-Unterstationen und Serienkompensation (über 600 km) werden auf 80 MUSD geschätzt.

Für die HGÜ-Übertragung wurde eine bipolare OH-Leitung mit einem Preis pro km von 250 kUSD / km angenommen, Konverterstationen werden auf 250 MUSD geschätzt.

Es wird dringend empfohlen, Kontakt zu einem Hersteller aufzunehmen, um eine erste Vorstellung von Kosten und Alternativen zu bekommen. Die Hersteller sollten in der Lage sein, basierend auf wenigen Daten, wie Nennleistung, Übertragungsdistanz, Art der Übertragung, Spannungspegel in den Wechselstromnetzen, in denen die Wandler angeschlossen werden, einen Haushaltspreis anzugeben.

Die Wahl des DC-Übertragungsspannungsniveaus hat direkte Auswirkungen auf die gesamten Installationskosten. In der Entwurfsphase wird eine Optimierung durchgeführt, um die optimale DC-Spannung aus Sicht der Investition und der Verluste zu ermitteln.

Auch die Kosten von Verlusten sind sehr wichtig - bei der Bewertung von Verlusten müssen die Energiekosten und der Zeithorizont für die Nutzung des Getriebes berücksichtigt werden.

Schließlich sollten der Abschreibungszeitraum und die gewünschte Rendite (oder Diskontsatz) berücksichtigt werden. Um die Kosten eines HGÜ-Systems abschätzen zu können, wird daher eine Lebenszykluskostenanalyse empfohlen.

Um den Kostenvergleich zwischen Hochspannungs-Wechselstrom- und HGÜ-Systemen zu verdeutlichen, sind zwei verschiedene Vergleiche erforderlich:

  1. Eines ist zwischen Thyristor-basierten HGÜ-Systemen und einem Hochspannungs-Wechselstromübertragungssystem; UND
  2. Die andere zwischen einem VSC-basierten HGÜ-System; ein Wechselstromsystem und eine lokale Erzeugungsquelle.

Gehe zurück zu Themen ↑

Thyristor-basiertes HVDC-System gegenüber Hochspannungs-Wechselstromsystem

Die Investitionskosten für HGÜ-Stromrichterstationen sind höher als für Hochspannungswechselstrom-Umspannwerke. Auf der anderen Seite sind die Kosten für Übertragungsmedium (Freileitungen und Kabel), Landerwerb / Vorfahrtskosten im HVDC-Fall niedriger.

Außerdem sind die Betriebs- und Wartungskosten im HVDC-Fall geringer. Die anfänglichen Verlustpegel sind im HVDC-System höher, variieren jedoch nicht mit der Entfernung. Im Gegensatz dazu nehmen die Verlustpegel mit der Entfernung in einem Hochspannungs-Wechselstromsystem zu.

Das folgende Bild zeigt die Kostenverteilung (dargestellt mit und ohne Berücksichtigung von Verlusten):

HVDC Kostenaufschlüsselung

Die Gewinnschwelle hängt von mehreren Faktoren ab, als Übertragungsmedium (Kabel- oder OH-Leitung), verschiedenen lokalen Aspekten (Genehmigungen, Kosten für örtliche Arbeitskräfte usw.). Beim Vergleich von Hochspannungs-Wechselstrom mit HVDC-Übertragung ist es wichtig, eine bipolare HGÜ-Übertragung mit einer zweikreisigen Hochspannungs-Wechselstromübertragung zu vergleichen, insbesondere wenn Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit berücksichtigt werden.

VSC-basiertes HGÜ-System gegenüber einem Wechselstromsystem oder einer lokalen Erzeugungsquelle

VSC-basierte HGÜ-Systeme sind auf kleine Leistungsbereiche (bis zu 200 MW) und relativ kürzere Streckenabschnitte (100 km) des Leistungsübertragungsspektrums ausgerichtet.

Das nachstehende Diagramm zeigt, dass das VSC-basierte HGÜ-System im Vergleich zu einem Hochspannungs-Wechselstromsystem oder einer Erzeugungsquelle, die sich lokal im Lastschwerpunkt befindet (z. B. Dieselgenerator), die bessere Alternative ist .

VSC-basiertes HGÜ-System ist wirtschaftlich die bessere Alternative

Zur Orientierung wird im Folgenden ein Preisbeispiel für eine 50 MW VSC-Übertragung mit Landkabel vorgestellt:

Preisbeispiel für ein 50 MW VSC-Getriebe

Gehe zurück zu Themen ↑

Vergleichende Kosteninformation

Die Kriterien für den Break-Even-Abstand und die Leistungsübertragung sowie die vergleichenden Kosten sollten jedoch aus folgenden Gründen in die richtige Perspektive gestellt werden:

1. Schonen Sie die Umwelt

Im gegenwärtigen (und zukünftigen) industriellen Umfeld liberalisierter wettbewerbsfähiger Märkte und verstärkter Anstrengungen zur Schonung der Umwelt. In einer solchen Umgebung ist die Alternative für ein Übertragungssystem ein in situ befindliches Gas-Kombikraftwerk, nicht notwendigerweise eine Option zwischen einer Wechselstromübertragung und einer HVDC- Anlage .

2. Systempreise

Zweitens variierten die Systempreise für Wechselstrom und HGÜ selbst bei einer gegebenen Leistungsübertragung stark. Beispielsweise sind für ein HGÜ-System mit einer Leistungsübertragungskapazität von 600 MW mehrere unterschiedliche Projektkosten entstanden.

Es zeigt sich also, dass neben den oben genannten Kriterien (Leistungspegel, Entfernung, Übertragungsmedium, Umweltbedingungen etc.) die Marktbedingungen zum Zeitpunkt des Projekts ein kritischer Faktor sind, vielleicht mehr als die numerischen Vergleiche zwischen den Kosten eines AC- oder DC-Systems.

3. Technologische Entwicklungen

Drittens haben technologische Entwicklungen dazu geführt, die Kosten für HGÜ-Systeme nach unten zu treiben, während die Umweltaspekte dazu geführt haben, dass die Kosten für das Hochspannungs-Wechselstromsystem gestiegen sind.

Aus diesem Grund ist es für die Zwecke der Machbarkeitsstudie in frühen Phasen des Übertragungssystemtyps vielleicht besser, HVDC- und Hochspannungs-Wechselstromsysteme als gleichwertige Alternativen zu betrachten.

Gehe zurück zu Themen ↑

Verweise

  • Forschungsbericht über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungstechnik (HVDC) - Roberto Rudervall, JP Charpentier und Raghuveer Sharma
  • Umspannwerkdesign / Anwendungsleitfaden - V AYADURAI BSC, C.Eng, FIEE

Verwandte elektrische Anleitungen und Artikel

SUCHE: Artikel, Software und Anleitungen