Verwenden der HVDC-Technologie zur Übertragung von Elektrizität

Bundesminister Gabriel zu den Herausforderungen der Energiewende (March 2019).

Anonim

Nutzung der HVDC-Technologie zur Übertragung von Elektrizität (auf dem Foto: HGÜ-Verbindung zwischen Frankreich und Spanien; HVDC Plus IGBT-Konvertermodule; Kredit: SIEMENS)

Hochspannungs-Gleichstrom-Technologie (HGÜ)

Ein alternatives Mittel zur Übertragung von Elektrizität ist die Verwendung der Hochspannungs-Gleichstrom-Technologie (HGÜ). Wie der Name schon sagt, verwendet HGÜ Gleichstrom zur Übertragung von Energie. Gleichstromanlagen werden über Gleichrichter, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, und Wechselrichter, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, an HLK-Anlagen angeschlossen.

Frühere Anwendungen verwendeten Quecksilberdampfventile für die Gleichrichter und Wechselrichter, aber seit den 1970er Jahren wurden Thyristoren zum Ventiltyp der Wahl.

Thyristoren sind steuerbare Halbleiter , die sehr hohe Ströme führen können und sehr hohe Spannungen blockieren können . Sie sind in Reihe geschaltet, um ein Thyristorventil zu bilden, das Elektrizität während der positiven Hälfte des Wechselstromspannungszyklus fließen lässt, aber nicht während der negativen Hälfte.

Da alle drei Phasen des HVAC-Systems mit den Ventilen verbunden sind, ist die resultierende Spannung unidirektional, jedoch mit einer gewissen Restoszillation. Glättungsdrosseln sind vorgesehen, um diese Oszillation zu dämpfen.

HVDC-Übertragungsleitungen können entweder einpolig oder bipolar sein, obwohl die meisten bipolar sind, das heißt, sie verwenden zwei Leiter, die mit unterschiedlichen Polaritäten wie etwa +/- 500 kV arbeiten.

HGÜ-Seekabel sind entweder vom festen Typ mit ölimprägnierter Papierisolierung oder vom in sich geschlossenen ölgefüllten Typ . Neue Anwendungen verwenden auch Kabel mit extrudierter Isolierung, vernetztem Polyethylen. Obwohl synchrone HVAC-Übertragung normalerweise wegen ihrer Flexibilität bevorzugt wird, gab es in der Vergangenheit eine Reihe von Anwendungen, bei denen die HVDC-Technologie Vorteile hat:

1 Die Notwendigkeit, große Energiemengen (> 500 mW) über sehr große Entfernungen (> 500 km) zu übertragen, wo der große elektrische Winkel über lange HVAC-Übertragungsleitungen (aufgrund ihrer Impedanzen) zu einem instabilen System führen würde.

Beispiele für diese Anwendung sind das 1.800 mW Nelson River Project, bei dem die Übertragung den Strom nach Winnipeg, Kanada, etwa 930 km entfernt liefert; das 3.000 mW-System vom Drei-Schluchten-Projekt nach Shanghai in China, etwa 1.000 km entfernt; und die 1.456 km lange und 1.920 mW Strecke vom Projekt Cabora Bassa in Mosambik bis Apollo in Südafrika. In den Vereinigten Staaten verbindet die 3.100 mW Pacific HVDC Intertie (PDCI) den Pacific Northwest (Celilo Converter Station) mit dem Gebiet von Los Angeles (Sylmar Converter Station) mit einer 1.361 km langen Linie.

2 Die Notwendigkeit, Energie über lange Wasserstrecken zu übertragen, wo es keine Methode zur Bereitstellung der Zwischenspannungs-Kompensation gibt, die HVAC benötigt. Ein Beispiel ist die 64 km lange Moyle-Verbindungsleitung von Nordirland nach Schottland.

3 Wenn HVAC Interties nicht genug Kapazität haben würden, um den elektrischen Schwankungen zu widerstehen, die zwischen zwei Systemen auftreten würden. Ein Beispiel sind die Verbindungen von Hydro Quebec in die Vereinigten Staaten.

4 Die Notwendigkeit, zwei bestehende Systeme auf asynchrone Weise zu verbinden, um zu verhindern, dass Verluste eines Erzeugungsblocks in einem System zu Übertragungsüberlastungen in dem anderen System führen, wenn sie mit HLK verbunden sind. Ein Beispiel sind die HGÜ-Verbindungen zwischen Texas und den anderen regionalen Systemen.

5 Anschluss von elektrischen Systemen, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Diese Anwendungen werden als Back-to-Back-Bindungen bezeichnet. Ein Beispiel sind HGÜ-Verbindungen zwischen England und Frankreich.

6 Bereitstellung der Isolierung von Kurzschlussanbietern von benachbarten Systemen, da DC keine Kurzschlussströme von einem System zum anderen überträgt.

Mit der Deregulierung des Stromgroßhandelsmarkts in den Vereinigten Staaten steigt das Interesse an der Verwendung von HGÜ-Technologie zur Erleichterung der neuen Märkte.

HGÜ bietet eine direkte Kontrolle des Stromflusses und ist daher eine bessere Möglichkeit, vertragliche Übertragungsdienste anzubieten. Einige haben vorgeschlagen, dass die Aufteilung der großen synchronen Gebiete in den Vereinigten Staaten in kleinere Gebiete, die durch HGÜ miteinander verbunden sind, Koordinationsprobleme zwischen den Regionen beseitigen, eine bessere lokale Kontrolle ermöglichen und die Kurzschlusslasten reduzieren wird, wodurch die Kosten deutlich gesenkt werden.

Brasilien-Argentinien HGÜ-Verbindung

Diese HGÜ-Back-to-Back-Station zwischen Brasilien und Argentinien beinhaltete erhebliche Innovationen in der Herstellung und Konstruktion von Übertragungsleitungen und Stromrichterstationen. Die geplante Lieferzeit betrug nur 22 Monate. Die erste Phase ging 1999 in den kommerziellen Betrieb und 2002 in die zweite Phase.

Vorteile von HVDC //

Mit der Entwicklung der Technologie ist die Gewinnschwelle für HVDC- und HVAC-Übertragungsleitungen gesunken. Einige Studien weisen auf eine Break-Even-Distanz von 60 km mit moderner HVDC-Technologie hin.

Einige der identifizierten Vorteile sind:

  • Keine technischen Grenzen in der Übertragungsdistanz; zunehmende Verluste bieten eine wirtschaftliche Grenze;
  • Sehr schnelle Kontrolle des Energieflusses, die Verbesserungen der Systemstabilität ermöglicht;
  • Die Richtung des Leistungsflusses kann sehr schnell geändert werden (Bidirektionalität);
  • Eine HGÜ-Verbindung erhöht die Kurzschlussströme an den Anschlussstellen nicht. Dies bedeutet, dass es nicht notwendig ist, die Leistungsschalter im bestehenden Netzwerk zu wechseln;
  • HVDC kann für eine gegebene Leitergröße mehr Strom als HVAC führen;
  • Der Bedarf an ROW ist für HVDC viel geringer als für HVAC für dieselbe übertragene Leistung.

Nachteile von HVDC //

Die Hauptnachteile von HGÜ sind die höheren Kosten und eine Technologie, die aufgrund des Fehlens eines wirtschaftlichen und zuverlässigen HGÜ-Schalters nur in Punkt-zu-Punkt-Anwendungen eingesetzt werden kann.

Das Fehlen eines HVDC-Leistungsschalters spiegelt das technologische Problem wider, dass ein Gleichstromsystem keinen Punkt hat, an dem seine Spannung null ist, wie in einem Wechselstromsystem. Ein HLK-Leistungsschalter nutzt diese Eigenschaft, wenn er eine HLK-Schaltung öffnet.

Ressource: Verständnis für elektrische Energiesysteme - Jack Casazza

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