Развитие новых технологий и материалов (со все более лучшими механическими и электрическими свойствами и более экологичными), технологическое, экономическое и социальное развитие стран (особенно Индии и Китая) и увеличение спроса на электроэнергию, необходимость перемещения энергии из более отдаленных, труднодоступных мест в крупные города в глобальном масштабе, создали новые возможности для передачи постоянного тока.
Наибольшее распространение линий электропередачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) произошло в Китае, где процесс строительства энергосистем HVDC проходил по стратегии «гибрида переменного и постоянного тока».
В последние годы было реализовано несколько новых проектов линий HVDC, а другие находятся в стадии строительства или только проектируются. В ближайшем будущем планируется строительство нескольких новых линий постоянного тока ±1100 кВ.
Китайская ЛЭП UHVDC ±1100 кВ в Синьцзян-Чанцзи-Аньхой-Гужуань (UHVDC — ЛЭП постоянного тока сверхвысокого напряжения)
Для передачи электроэнергии на большие расстояния (более 500 км воздушных линий и более 50 км подводных кабелей) более выгодна передача постоянного тока.
В зависимости от напряжения и конструктивных характеристик, потери энергии при передаче постоянного тока оцениваются в 3,5% на 1000 км, что значительно ниже, чем при передаче переменного тока.
Линии передачи постоянного тока требуют меньшего количества проводников, поскольку не требуется трехфазная система.
В системах постоянного тока можно использовать более тонкие провода, поскольку отсутствует эффект скиннинга.
Эти факторы значительно снижают стоимость передачи электроэнергии.
Принцип прямой передачи заключается в преобразовании переменного тока в постоянный, а также в передаче прямой энергии на большие расстояния и преобразовании ее в переменный ток. Преобразование энергии происходит в коммутационной станции.
Перед передачей по воздушным или кабельным линиям ток проходит через выпрямитель, а после передачи проходит через инвертор на стороне потребителя, который преобразует постоянный ток в переменный.
В настоящее время выпрямитель и инвертор в основном представляют собой одну и ту же полупроводниковую преобразовательную систему, которая может работать в двух режимах в зависимости от направления передаваемой энергии.
Вид с воздуха на преобразовательную подстанцию постоянного тока EHV ±1100 кВ
Проект электропередачи постоянного тока EHV Чанцзи-Гучжуан ±1100 кВ имеет номинальную мощность 12 миллионов киловатт. Это также первый в мире случай повышения напряжения постоянного тока до ±1100 кВ с общей длиной линии 3324 км.
Развитие высоковольтной передачи постоянного тока может привести к объединению нескольких энергосистем. Результатом будет баланс в графике нагрузки (который выражает процесс потребления, соответствующий производству электроэнергии в определенный период мониторинга, где всегда должен поддерживаться баланс между производством и потреблением электроэнергии).
Например, если бы удалось реализовать международную энергосистему от Японии до Великобритании, то графики потребления в различных регионах были бы практически одинаковыми из-за сдвига во времени. Однако политические изменения и различия в оборудовании между сетями Западной и Восточной Европы до сих пор препятствовали этому.
В настоящее время высоковольтные линии постоянного тока постепенно подключают страны Восточной Европы к сети Европейского сообщества.
Одна из высоковольтных линий постоянного тока
В будущем планируется построить несколько высоковольтных линий постоянного тока для подачи в Европу электроэнергии от ветряных электростанций в Северном и Балтийском морях и от гидроэлектростанций в северных странах.
Существуют также планы по созданию евро-африканского межконтинентального соединения с несколькими ветряными электростанциями в северных странах и солнечными тепловыми станциями в Африке.
Недостатком этих взаимосвязей является то, что страны в определенной степени зависят от электроэнергии с другого континента, что поднимает вопрос о надежности передачи электроэнергии в случае возможного политического конфликта или террористических атак. В настоящее время работа над этими схемами приостановлена.
Дальнейшее развитие высоковольтной передачи постоянного тока привело к увеличению напряжения в сети и передаче электроэнергии на большие расстояния. В ближайшем будущем всемирное объединение энергосистем и значительный вклад в высоковольтные линии передачи постоянного тока, несомненно, будут успешными.
Яков Кузнецов
