В чем преимущества передачи энергии на большие расстояния при использовании постоянного тока кратко

Обновлено: 02.07.2024

Линии передачи постоянного тока считаются более экономичными по сравнению с традиционной передачей переменного тока на более длинные расстояния.

Основным недостатком высоковольтной линии передачи постоянного тока считается необходимость преобразования типа тока из переменного в постоянный и обратно для потребителя. В настоящее время разработаны высоковольтные полупроводниковые устройства способные выполнять это преобразование. На эти технологии сейчас переходит самая быстрорастущая экономика мира – китайская.

Потребление электроэнергии в Китае

Быстрый рост среднего класса в Китае привел к безжалостному спросу на потребление энергии. Ежегодное потребление электроэнергии выросло примерно на 8 процентов, по данным Китайского национального энергетического управления — вдвое выше, чем в Соединенных Штатах.

Китай имеет потенциал, чтобы генерировать электричество от гидроэлектростанций. К сожалению, эти станции находятся в основном далеко от прибрежных городских центров, потребляющих большую часть электроэнергии страны.

Ответом Китая было использование передовой технологии передачи энергии, которая может преодолеть огромные расстояния-технологии, которая, по иронии судьбы, восходит к самым ранним дням электроэнергии.

В 2010 году энергетика Китая стала первой, принявшей технологии сверхвысоковольтных линий передачи постоянного тока.

Хотя пионер отрасли Томас Эдисон выступал за передачу энергии постоянного тока еще в конце девятнадцатого века, но переменный (международная аббревиатура — AC) стал стандартом, потому что было намного проще конвертировать между очень высокими напряжениями, необходимыми для линий электропередачи на большие расстояния, и гораздо более низкими напряжениями, используемыми обычными домохозяйствами.

Противостояние с 80-х годов 19 века по распространению постоянного и переменного тока вышло на новый виток, но уже с новыми технологиями по преобразованию с одного типа в другой.

Линии постоянного тока в 19 веке

Недостаток AC что он теряет мощность во время передачи потому, что направление тока колеблется взад и вперед (отсюда “переменный”), потребляя значительную долю энергии. Для данного типа система переменного тока имеет примерно в два раза больше потерь, чем система постоянного тока.

Система передачи сверхвысоковольтного постоянного тока

Система передачи сверхвысоковольтного постоянного тока, построенная с помощью многонациональной компании Сименс передает 6,4 гигаватта почти 2 000 км крупнейшему по численности населению городу Китая и мира Шанхаю на 800 киловольтах (кВ).

В действительности, система передачи сверхвысоковольтного постоянного тока может обеспечить до 10 гигаватт, достаточно для того чтобы привести энергию почти в 20 миллионов китайских домов. И это только начало больших линий электропередач.

Ранее Siemens поставил в Китай первый в мире устройство 1100 кВ, которое может преобразовывать до 13 ГВт, что примерно соответствует мощности 10 атомных электростанций. Если необходимо преодолеть расстояния в несколько тысяч километров, просто нужно построить системы более высокого напряжения — рассуждают технологи по передаче электроэнергии.

Выгоды линий передачи постоянного тока

Также, как предлагают ученые более лучшая передача мощности в системе постоянного тока. Кроме того необходимо меньше материала, делающее электроэнергию более дешевой и более экологичной. Типичная высоковольтная система переменного тока использует 6 проводов, тогда как переменного использует 3, но немножко более мощных провода. Это означает, что системы постоянного тока требуют меньше алюминия для своих проводов, а опоры могут быть меньше с меньшим количеством стали, потому что они имеют меньший вес — не говоря уже о меньших физических затратах при строительстве.

Все эти факторы снижают стоимость линии передачи постоянного тока.

Когда необходимо передать электроэнергию на расстояние 1000 км и более капитальные затраты на систему 800 кВ становятся намного меньше, по сравнению с системой переменного тока считают энергетики.

Станции преобразователи могут быть дорогими, в некоторых случаях до 1 миллиарда долларов, но это все же дешевле учитывая многие обстоятельства.

Новые технологии для развивающихся стран

На данный момент наиболее благоприятными местами для передачи постоянного тока являются большие страны, которые способны генерировать большие объемы энергии и должны доставлять ее в города на большие расстояния. Наряду с Китаем и Индией, где в прошлом году была установлена первая очередь системы электропередачи 800 кв мощностью 6000 МВт, потенциальными рынками сбыта являются Бразилия, которая зависит от гидроэнергетики более чем на 75 процентов и уже осуществляет проект. Большая часть гидроэнергии Бразилии вырабатывается в Амазонке на севере, но наибольший спрос имеют города на юго-востоке, такие как Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу.

Есть также разработки на линии передачи постоянного тока от ветровых электростанций в Северном море или солнечных батарей в пустыне и независимо от того каковы источники электрической энергии. Однако здесь технические проблемы усугубляются проблемами пересечения юрисдикционных границ и необходимостью заключения соглашений между отдельными правительствами и конкурирующими энергетическими компаниями.

Считается, что будущее высоковольтной передачи постоянного тока находится в развивающемся мире.

С тех пор Китай пытается убедить мир построить высоковольтные магистрали, которые составят основу глобального энергетического интернета. Этот план обернуть планету сетью межконтинентальных линий электропередач практически ни к чему не привёл. Тем не менее, судьба так называемых суперсеток, меняется, пусть и не в том впечатляющем масштабе, который первоначально предполагался.

Highway to high voltage

Идея создания международных энергетических сетей для использования удалённых возобновляемых источников энергии не нова. В США в 1930-х годах было предложение построить электросеть от дамб на тихоокеанском северо-западе до потребителей в Южной Калифорнии, но проект был раскритикован и отвергнут. В 1961 году президент США Джон Кеннеди поручил реализовать масштабный проект с использованием новой шведской технологии HVDC (high-voltage direct current). Проект был реализован в тесном сотрудничестве General Electric со шведской ASEA и получил название Pacific DC Intertie.
Европа начала унифицировать свои энергосети в 1950-х годах, а в настоящее время крупнейшая унифицированная энергосеть UCTE обслуживает 24 страны.

Проводится серьёзная работа по унификации европейской сети UCTE с соседней Единой энергетической системой России и стран бывшего СССР. Если эта работа будет завершена, то эта масштабная энергосеть охватит 13 временных зон от Атлантического до Тихого океана.

Поскольку подобные энергосети охватывают огромные расстояния, а также из-за проблем с контролем, мощности для передачи больших объёмов электроэнергии остаются ограниченными. В концепциях SuperSmart Grid (Европа) и Unified Smart Grid (США) указываются основные технологические улучшения, необходимые для обеспечения стабильной работы и прибыльности таких трансконтинентальных мегасетей.

Китай обладает производственными и технологическими преимуществами в линиях электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения и стал лидером в предложении глобальных технических стандартов. Если планы когда-либо будут реализованы, это даст преимущества, которые могут иметь большие геополитические последствия, предоставляя Китаю власть и влияние, аналогичные тем, которые получили США, сформировав глобальную финансовую систему после Второй мировой войны.

Климатические цели

И всё же не Китай вызывает возобновление интереса к ЛЭП, которые могут обеспечивать потребителей в одной стране электричеством, вырабатываемым за сотни, даже тысячи километров, в другой. Это связано с тем, что обязательства по обеспечению углеродной нейтральности, технологический прогресс и улучшенные стимулы к снижению затрат ускоряют широкое расширение производства возобновляемой энергии.

Прогнозируемые инвестиции

Угольные, газовые и даже атомные электростанции можно построить рядом с потребителями, которых они обслуживают, но солнечные и ветряные электростанции, которые, необходимы для достижения климатических целей — нет. Их нужно размещать там, где сильнее всего ветра и солнце, в сотнях или тысячах километров от городских центров.

Протяженные ЛЭП могут соединять пиковую дневную солнечную энергию в одном часовом поясе с пиковым вечерним спросом в другом, уменьшая волатильность цен, вызванную несоответствием спроса и предложения, а также потребность в резервных мощностях на ископаемом топливе, когда солнце или ветер исчезают.

По мере того, как развитые страны постепенно отказываются от углерода для достижения климатических целей, им придётся потратить не менее 14 триллионов долларов на укрепление энергосетей к 2050 году. Это лишь немного меньше прогнозируемых расходов на новые возобновляемые генерирующие мощности, и становится всё более очевидным, что линии постоянного тока высокого и сверхвысокого напряжения будут играть важную роль. Вопрос в том, насколько они будут интернациональными?

В апреле Европейский Союз создал рабочую группу, чтобы расширить свою сеть, которая уже является самой развитой международной системой торговли электроэнергией в мире. В феврале Дания объявила о планах построить искусственный энергетический остров стоимостью 34 миллиарда долларов, с конечной целевой мощностью в 10 ГВатт. Проект добавит две трети к общей существующей генерирующей мощности Дании, что слишком много для обслуживания только её внутреннего рынка.

Суперсеть Европы

Даже в США, которые среди развитых стран отстают от интеграции энергосистемы — как показало смертельное многодневное отключение электроэнергии в Техасе в феврале — интерес растёт. Предлагаются сценарии для трансконтинентальных линий HVDC для объединения трёх, всё ещё отдельных сетей США. При правильной инфраструктуре Нью-Йорк мог бы использовать богатые солнцем и ветром ресурсы Юга и Среднего Запада. Еще более амбициозная идея заключается в получении доступа к электроэнергии даже из Канады или чилийской пустыни Атакама, которая имеет самый высокий в мире уровень солнечной энергии на квадратный метр.

Обернуть планету проводами

На протяжении десятилетий Европа строила линии HVDC, чтобы обеспечить контролируемую подачу электроэнергии из сети переменного тока одной страны в другую: в 2018 году европейские страны продавали через границы 9% своей электроэнергии по сравнению с 2% в Северной и Южной Америке и 0,6% в Азии. Торговля имеет тенденцию к снижению цен за счёт усиления конкуренции. Это также повышает устойчивость, гарантируя, что в случае катастрофического выхода из строя энергосистемы одной страны она может просто использовать энергию других.

Но именно потребность в передаче электричества на большие расстояния сейчас вызывает большой интерес к суперсетям, поскольку стремление заменить ископаемое топливо возобновляемой энергией набирает обороты. Это особенно верно для морских ветряных электростанций, которые рассматриваются как ключевая область роста для возобновляемых источников энергии. Хотя преобразование переменного тока в постоянный и обратно на каждом конце кабеля является дорогостоящим, более низкие коэффициенты потерь означают, что линии электропередач постоянного тока высокого напряжения становятся экономичными на расстояниях более 500 миль (800 км) над землей и 31 мили (50 км) под землей (водой).

Hornsea 1, крупнейшая в мире оффшорная ветряная электростанция, находится в 120 километрах (75 милях) от побережья Великобритании. Dogger Bank, еще более крупный британский проект после завершения, будет на 5 миль дальше. А с развитием турбин на плавучих платформах есть несколько ограничений на то, насколько далеко ветряные электростанции могут быть выведены в море. В июне 2021 года Hitachi ABB Power Grids Ltd., крупный поставщик технологий HVDC, запустила новую линейку трансформаторов, разработанных специально для плавающих турбин.

Пустыня Гоби в Монголии находится в центре суперсетевого проекта Северо-Восточной Азии, продвигаемого как Китаем, так и японским Институтом возобновляемой энергии. Теоретически Гоби может поставлять 2,6 ТВатт ветровой и солнечной энергии, что вдвое превышает установленную мощность генерирующих мощностей США. Потенциал Гоби остается в значительной степени нереализованным, отчасти потому, что в настоящее время слишком мало средств вложены для доставки производимой там электроэнергии за пределы крошечного рынка Монголии.

Чтобы суперсеть начала развиваться, Монголия должна показать, что может создавать возобновляемые источники энергии, может привлекать инвестиции и имеет соответствующую нормативно-правовую среду. Монголия ещё не прошла эти испытания. В 2020 году начались разработки новых мощностей по выработке электроэнергии для экспорта в Китай — но путем строительства новой угольной электростанции.

Солнечные станции в Гоби

В декабре Китай завершил строительство линии сверхвысокого напряжения постоянного тока протяженностью 970 миль и напряжением 800 киловольт за 3,45 миллиарда долларов, которая будет передавать солнечную и ветровую энергию с высокогорных равнин Тибета в центральную часть Китая. Это последовало за строительством ЛЭП на 1,1 Мегавольт, которые могут передавать до 12 ГВатт электроэнергии — больше, чем вся установленная генерирующая мощность Ирландии — от пустынь и гор провинции Синьцзян до порога Шанхая (2000 миль). (Высоковольтные кабели классифицируются от 500 кВ и выше, а сверхвысоковольтные — от 800 кВ и выше.)

Государственная электросетевая корпорация Китая SGCC (State Grid Corp. of China), крупнейшая в мире энергокомпания, активно покупает зарубежные сети, что позволяет ей частично укрепить свои позиции на первом этапе. С 2008 года она приобрела до 85% акций компаний по распределению электроэнергии на Филиппинах, в Португалии, Австралии, Гонконге, Бразилии, Греции, Италии и в прошлом году в Омане. Другие китайские компании также покупают акции зарубежных сетей.

Если США ещё не озвучивали тех опасений по поводу безопасности, которые вызывают глобальные сетевые усилия, это связано с тем, что из 125000 км высоковольтных сетей Geidco, нанесённых на карту в отчете за 2019 год, построено очень мало. Исключением является первый этап соединения Пакистан-Китай, который должен быть запущен в конце 2021 года.

Суперсеть Северо-Восточной Азии пока остается настольным проектом. Инициатива Азиатского банка развития, охватывающая семь стран субрегиона Большого Меконга по торговле электроэнергией и межсетевым соединениям, с момента своего запуска в 1992 году продвигается медленно.

Выгода для России и СНГ

По утверждению специалистов, наиболее эффективной система будет при объединении как можно большего числа регионов Евразии в единую энергетическую систему. Чем больше энергосетей будут объединены в одну суперсеть, тем меньше будет потребность в буферных устройствах, предназначенных для накопления и хранения избыточной энергии.

По данным исследователей, мощность объединённых энергетических систем России и Центральной Азии составляет 388 ГВт, из которых на долю ветряной и солнечной энергии приходится всего 1,5 ГВт (менее 0,4%). По данным от 2008 года, суммарная мощность, на которую способны энергетические системы стран СНГ, находилась в районе 300 ГВт.

По расчётам учёных, кроме уменьшения общей стоимости системы по сравнению с использованием АЭС, примерно на 20% должна будет снизиться и конечная стоимость электроэнергии.

В настоящее время основу российской электроэнергетики составляют 600 электростанций суммарной мощностью 210 ГВт, работающих в составе ЕЭС России. Около 61% мощности обеспечивают тепловые электростанции, 21% — гидроэлектростанции, 17% — атомные. Менее 1% приходится на экспериментальные солнечные и ветряные электростанции.

Fiat Lux

Основным недостатком высоковольтной ЛЭП постоянного тока является необходимость преобразования типа тока из переменного в постоянный и обратно. Используемые для этого устройства требуют дорогостоящих запасных частей, так как, фактически, являются уникальными для каждой линии. В отличие от ЛЭП переменного тока, реализация мультитерминальных ЛЭП постоянного тока крайне сложна, так как требует расширения существующих схем до мультитерминальных. Управление перетоком мощности в мультитерминальной системе постоянного тока требует наличия хорошей связи между всеми потребителями.

Трансформатор сверхвысокого напряжения постоянного тока

Основным преимуществом высоковольтных ЛЭП постоянного тока является возможность передавать большие объёмы электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями, чем у ЛЭП переменного тока. В зависимости от напряжения линии и способа преобразования тока потери могут быть снижены до 3 % на 1000 км. Передача энергии по высоковольтной ЛЭП постоянного тока позволяет эффективно использовать источники электроэнергии, удалённые от энергоузлов нагрузки.

Линии электропередачи переменного тока могут связывать только синхронизированные электрические сети переменного тока, которые работают на той же самой частоте и в фазе. Много зон, которые желают поделиться энергией, имеют несинхронизированные электрические сети. Энергосистемы Великобритании, северной Европы и континентальной Европы не объединены в единую синхронизированную электрическую сеть. У Японии есть электрические сети на 60 Гц и на 50 Гц. Континентальная Северная Америка, работая на частоте 60 Гц, разделена на области, которые несинхронизированы: Восток, Запад, Техас, Квебек и Аляска. Бразилия и Парагвай, которые совместно используют огромную гидроэлектростанцию Итайпу, работают на 60 Гц и 50 Гц соответственно. Устройства HVDC позволяют связать несинхронизированные электрические сети переменного тока, а также добавить возможность управления напряжением переменного тока и потоком реактивной мощности.

На правах рекламы

Закажите сервер и сразу начинайте работать! Создание сервера в течение минуты!

Несмотря на то, что передача электроэнергии на переменном токе является наиболее распространённой, в ряде случаев более предпочтительным оказывается использование высоковольтных передач постоянного тока.

В качестве примеров таких случаев можно привести следующие:

Подводные кабели, высокое ёмкостное сопротивление которых приводит к большим потерям при передаче на переменном токе (например, кабельная линия протяженностью 250 км между Швецией и Германией).
Передача электроэнергии от электростанции к потребителю на большие расстояния без промежуточных ответвлений, например, в удалённые районы.
Увеличение пропускной способности существующих электрических сетей в тех случаях, когда установка дополнительных цепей является затруднительной или дорогим решением.
Передача электроэнергии между несинхронизированными распределительными системами переменного тока.
Уменьшение сечения проводов и количества опор для заданной пропускной способности ЛЭП, так как пропускная способность высоковольтных передач постоянного тока выше при заданном диаметре проводника.
Подключение удалённых электростанций к распределительной сети.
Повышение устойчивости системы без увеличения токов КЗ.
Снижение потерь на корону по сравнению с высоковольтными линиями переменного тока той же мощности.
Уменьшение стоимости ЛЭП, т.к. для высоковольтных передач постоянного тока требуется меньше проводников (например, для биполярной высоковольтной передачи постоянного тока требуется 2 проводника, а для высоковольтной линии переменного тока – 3).

Высоковольтная линия постоянного тока пропускной способностью 500 МВт – Энергообъединение Восток-Запад

Компания ABB ввела в эксплуатацию высоковольтную линию постоянного тока пропускной способностью 500 МВт, которая объединила электрические сети Ирландии и Великобритании. Эта ЛЭП обеспечивает передачу электроэнергии между двумя государствами, а также повышает надёжность и безопасность электроснабжения.

Энергообъединение Восток-Запад состоит из кабеля высокого напряжения длиной 262 км, из которых 186 км проходит по дну моря.

В результате передачи электроэнергии на переменном токе возникает зарядный ток ёмкости кабеля, вызывающий дополнительные потери мощности, тогда как этот факт играет минимальную роль при передаче электроэнергии на постоянном токе. Кроме того, мощность переменного тока расходуется на диэлектрические потери.

Высоковольтные линии постоянного тока могут передавать большую мощность по проводнику, т.к. при заданной номинальной мощности постоянное напряжение в линии постоянного тока ниже, чем амплитудное напряжение в линии переменного тока.

Поскольку величина напряжения определяет толщину изоляции и расстояние между проводниками, то расходы на высоковольтные передачи постоянного тока меньше по сравнению с аналогичными передачами переменного тока.

Линии постоянного тока не порождают электромагнитное поле сверхнизких частот (СНЧ), как это характерно для линий переменного тока. Хотя в прошлом высказывались некоторые опасения относительно вреда для здоровья, оказываемого такими полями, в том числе подозрения на рост уровня лейкемии, современное научное сообщество не рассматривает источники СНЧ, и связанные с ними поля, как вредные для здоровья.

Применение оборудования высоковольтных линий постоянного тока не исключает возникновение электрических полей, потому что всё равно существует градиент напряжения между проводником и землей. Но подобные электрические поля не оказывают влияние на здоровье.

Поскольку высоковольтная передача постоянного тока допускает передачу энергии между не синхронизированными системами переменного тока, то это позволяет увеличить устойчивость системы. Этот факт препятствует каскадному распространению аварии из одной части энергосистемы в другую, при этом электроэнергия продолжает поступать в систему и из нее в случае незначительных аварий.

Наличие указанных свойств послужило толчком к более широкому применению технологии высоковольтных передач постоянного тока. Перетоки мощности через линию передачи постоянного тока регулируются за счет использования систем управления или преобразовательных подстанций. Перетоки мощности не зависят от режима работы подключенных энергетических систем.

Таким образом, в отличие от линий переменного тока, связывающих две энергосистемы, межсистемные связи линий постоянного тока могут иметь сколь угодно низкую пропускную способность, исключая проблему слабых связей, и сами линии могут проектироваться с учетом оптимальных перетоков мощности.

Помимо этого, исключены проблемы синхронизации различных систем оперативного управления в разных энергетических системах. Высокоскоростные системы аварийного управления на высоковольтных линиях постоянного тока еще больше увеличивают устойчивость и надежность всей энергосистемы. Более того, регулирование перетоков мощности может быть использовано для устранения колебаний в энергосистемах или на высоковольтных линиях переменного тока, работающих параллельно.

Вышеупомянутые преимущества способствуют применению вставок постоянного тока для разбиения больших энергосистем на несколько несинхронизированых частей.

Например, быстро растущая энергосистема Индии построена в виде нескольких региональных систем, соединенных друг с другом высоковольтными линиями постоянного тока, компенсационными преобразователями с центральным управлением всеми элементами высоковольтной линии постоянного тока.

В Китае высоковольтные линии постоянного тока (800 кВ) так же станут основным средством для передачи больших мощностей на протяжённые расстояния от крупных ГЭС и термальных ЭС.

Высоковольтные линии передачи электроэнергии постоянного тока (HVDC) более эффективны для передачи энергии на большие расстояния, поскольку энергопотери в них меньше, чем в эквивалентных высоковольтных системах передачи переменного тока (HVAC).

В связи с отсутствием требования компенсации реактивной мощности вдоль линии передачи электроэнергии линии HVDC характеризуются более высокой эффективностью за счёт сокращения расходов на передачу, что способствует экономической конкурентоспособности источников зелёной энергии на рынке электроэнергии. Высоковольтные системы передачи постоянного тока также обеспечивают повышение стабильности энергосистем, позволяют эксплуатирующим коммунальным предприятиям полностью регулировать поток электроэнергии и дают возможность интегрировать ресурсы ветровой энергетики. Высоковольтные линии HVDC занимают меньшие площади, чем линии передачи HVAC. В отличие от напряжения переменного тока, напряжение постоянного тока не меняет направление несколько раз в секунду, и ток течёт по всему проводнику, а не только по его поверхности. Однако следует отметить, что системы передачи тока, в основном, являются системами переменного тока, и в настоящее время прилагаются усилия по расширению и модернизации этих систем до систем постоянного тока. Системы передачи HVDC особенно подходят для тех случаев, когда сеть линий электроэнергетической системы распространяется на большие расстояния. В настоящее время линии передачи HVDC широко используются в подводных системах, где они соединяют сушу с морскими ветровыми энергоустановками или передают энергию в те районы, где невозможно проложить воздушные линии передачи электроэнергии. Рассматривается также возможность использования кабелей высокого напряжения постоянного тока для передачи мощности в наземных системах для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию.

В статье, опубликованной в информационном ресурсе Engineering360, обсуждаются достоинства и недостатки энергосистем HVDC и HVAC.

Основные преимущества систем передачи HVDC заключаются в более низких капитальных затратах и способности передавать значительные объёмы энергии на большие расстояния. Потери энергии составляют всего лишь около 3% на каждые 1000 км в зависимости от конструкции системы и уровня напряжения. Источники производства электроэнергии, расположенные в удалённых местах, также могут использовать преимущества систем передачи HVDC.

Основные области, в которых системы передачи HVDC доказали свою более высокую эффективность по сравнению с системами передачи HVAC:

Передача энергии на большие расстояния от конечной точки до конечной точки, например, в удалённых районах, без промежуточных ответвлений.
Морские кабели передачи энергии, характеризующиеся большими значениями ёмкости, что приводит к дополнительным потерям мощности переменного тока. Например, 600-км кабель Nor Ned, соединяющий Нидерланды и Норвегию, и 250-км кабель в Балтийском море, соединяющий Германию и Швецию.
Усиление сети линий электропередачи в тех энергосистемах и в тех случаях, когда трудно добавить больше проводов, или же может быть достаточно затратно строить новые системы передачи и стабилизировать такие несинхронизированные системы распределения энергии переменного тока.
Создание соединения между расположенными в удалённых районах электростанциями и центрами потребления электроэнергии или системами распределения электроэнергии. Примером такого соединения является система передачи постоянного тока на реке Нельсон Nelson River Bipole (Канада).

Системы передачи HVDC могут стабилизировать крупномасштабную энергосистему переменного тока без увеличения допустимого значения тока короткого замыкания, и у них нет многочисленных фаз, как у систем HVAC, а также они требуют меньшее число проводников.

В системах HVDC отсутствует явление поверхностного эффекта (скин-эффект), которое наносит вред сетям HVAC, где ток в проводнике распределяется таким образом, что плотность тока самая большая возле поверхности проводника и уменьшается в геометрической прогрессии по слоям ближе к центру проводника. В результате в системах HVDC можно использовать более тонкие проводники, и такие системы могут поддерживать передачу электроэнергии между различными странами, работающими с разными частотами и напряжениями.

Длина подводных линий HVAC ограничена, потому что вся ёмкость токонесущих жил полностью может быть использована для подачи зарядного тока. Однако таких ограничений нет в случае кабелей передачи постоянного тока, которые способны также передавать больше энергии по каждой отдельной линии, так как при определённой номинальной мощности постоянное напряжение линии постоянного тока меньше, чем максимальное напряжение линии переменного тока.

Напряжение постоянного тока имеет постоянно более высокое значение, поэтому кабели для передачи электроэнергии могут иметь жилы одного размера. Изоляция токопроводящих жил кабелей для линий HVDC даёт возможность передавать на 100% больше энергии, чем позволяет напряжение переменного тока в районах, потребляющих большие объёмы электроэнергии, что также способствует сокращению расходов на передачу.

Системы передачи HVDC обеспечивают повышение стабильности энергосистемы, предотвращая распространение каскадных аварий от одного участка крупной энергосистемы к другому участку, и поддерживают передачу мощности в несинхронизированных системах распределения энергии на переменном токе.

Ещё одно существенное преимущество систем HVDC состоит в том, что изменения нагрузки не оказывают отрицательного влияния на синхронизацию. Схема и масштаб потока энергии по соединительным системам HVDC могут непосредственным образом изменяться в пользу систем переменного тока на обоих концах такой соединительной системы. Многие энергетические компании рассматривают возможность широкого использования только систем HVDC, учитывая их преимущества в плане стабильности.

Недостатки систем передачи HVDC, в основном, связаны с их управлением, коммутированием, преобразованием, общим техобслуживанием. Для них требуются статические преобразователи, которые достаточно дорогостоящие и обладают ограниченной способностью работать с перегрузкой. При передаче электроэнергии на короткие расстояния потери энергии в таких преобразователях могут быть больше, чем в системах HVAC. Стоимость этих преобразователей не может быть скомпенсирована за счёт более низких потерь энергии и уменьшения расходов на проектирование линий передачи.

Читайте также: