Мащабният пренос на чиста енергия е основният проблем, който трябва да бъде решен в новата електроенергийна система
Има "линия Hu Huanyong" в разпределението на чиста енергия и търсенето на електроенергия в моята страна. Поради фактори като климат, развитие на производителността, историческа политическа икономия и други фактори, икономическото развитие между регионите в страната ни е небалансирано. „Линията Ху Хуаньонг“ (известна още като линията Хейхе-Тенчонг), предложена през 1935 г., е типично описание на това явление: районът на изток от линията Ху Хуаньонг заема около 36 процента от земната площ на страната и заема повече от 95 процента от населението на страната (по данни от 1930 г. по това време). Съществува и „линия Hu Huanyong“ в разпределението на чиста енергия и търсенето на електроенергия в Китай. Източната част на линията Hu Huanyong консумира 86.5 процента от електроенергията, докато западната консумира само 13,5 процента. Въпреки това, по отношение на разпространението на чиста енергия, може да се види от разпределението на вятърните ресурси и светлинните ресурси в Китай, че западната част на линията Hu Huanyong е много по-висока от източната част на линията Hu Huanyong. С изключение на източниците на офшорна вятърна енергия, други висококачествени вятърни ресурси са далеч от зони с интензивно натоварване и имат огромни нужди от разгръщане на енергия.
Офшорната вятърна енергия е важен източник на чиста енергия по крайбрежието и тенденцията на времето е да се излиза в морето и да се разширява. Офшорната вятърна енергия в Китай се развива бързо. През 2020 г. инсталираният капацитет на офшорна вятърна енергия в Китай ще достигне 3,1 GW, надминавайки Европа за първи път, за да стане най-големият в света пазар на офшорна вятърна енергия, като новоинсталираният капацитет надхвърля половината от общия световен. През 2021 г. новоинсталираният капацитет на офшорна вятърна енергия в Китай ще бъде 16,9 GW, което е рекорд. Въпреки това, с оттеглянето на държавните субсидии за офшорна вятърна енергия през 2022 г., офшорната вятърна енергия ще навлезе в ерата на паритета и инсталираният капацитет ще се върне към нормалните нива. Офшорната вятърна енергия е близо до центъра на натоварване, което е благоприятно за консумация, а производството на офшорна вятърна енергия е относително стабилно и часовете на използване са високи. Това е най-добрата чиста енергия в крайбрежните райони. Според планирането на офшорна вятърна енергия на Гуангдонг, Дзянсу и други места, съчетано с тенденцията на развитие на чуждестранна офшорна вятърна енергия, дълбокото море и големият мащаб са общата тенденция.
UHV DC е най-доброто решение за широкомащабно пренасяне на електроенергия в региони
UHV включва UHV AC и UHV DC предаване. UHV AC се отнася за проекти за пренос на променлив ток с ниво на напрежение от 1000kV, а UHVDC се отнася за проекти за пренос на постоянен ток с ниво на напрежение от ±800kV и повече. Техническите принципи и логиката на развитие на двете са напълно различни. UHV DC е типичен проект за пренос на енергия от точка към мрежа. Неговият основен принцип е да използва преобразувателен вентил за преобразуване на променлив ток в постоянен ток и след това да преобразува постоянния ток в променлив ток, след като бъде транспортиран до местоназначението, и след това да го свържете към електрическата мрежа за променлив ток. Основната цел е пренос на електрическа енергия. В допълнение към предаването на електрическа енергия, AC UHV също така поема ролята на подобряване на структурата на мрежата и повишаване на стабилността на мрежата. Технологията за предаване на постоянен ток е технология за предаване на енергия, базирана на технология за силова електроника. Поради предимствата на простата топология, лесната трансформация на напрежението и ниската цена на оборудването, AC предаването се превърна в най-често използваната технология за пренос на електроенергия в страните по света и все още е най-важната част от електрическата мрежа на Китай. Технологията за предаване на постоянен ток е технически път, разработен заедно с раждането на технологията за силова електроника.
Според различните силови електронни устройства и функции, той може да бъде разделен на два маршрута: конвенционален постоянен ток (LCC) и гъвкав постоянен ток (VSC):
(1) Конвенционалният постоянен ток (LCC) е технология за предаване на постоянен ток, която използва полуконтролирани силови електронни компоненти като тиристори като основни компоненти на преобразувателния вентил. Предимствата му са голям капацитет на предаване и ниска цена, но изисква силна поддръжка на променливотокова мрежа. Количеството хармоници е голямо и реактивната мощност трябва да се абсорбира от мрежата, така че трябва да се конфигурира голям брой DC филтриращо и AC филтриращо оборудване.
(2) Гъвкавият постоянен ток (VSC) е технология за предаване на постоянен ток, която използва напълно контролирани силови електронни компоненти като IGBT като основни компоненти на преобразувателния вентил. Предимството му е, че може да формира променлив ток, много близък до стандартната синусоида чрез модулна многостепенна технология, а активната мощност и реактивната мощност могат да се регулират независимо без филтриращо оборудване или поддръжка на AC мрежа. Недостатъкът е, че цената е висока и капацитетът за доставка е малък.
От гледна точка на преноса на електроенергия на дълги разстояния, DC UHV има очевидни предимства пред AC UHV: общият модел на разделена работа на електрическата мрежа на моята страна няма да се промени. Експлоатацията на електрическата мрежа на моята страна се извършва от три основни оператора, Държавната електрическа мрежа на Китай, Китайската южна електрическа мрежа и Електроенергийната компания на Вътрешна Монголия. Има 7 регионални синхронни електрически мрежи и има само слаба връзка между регионалните електрически мрежи и по-голямата част от производството и потреблението на електроенергия се генерират в региона.
Според данни от Китайския съвет по електроенергия през 2021 г. 687,6 милиарда киловатчаса електроенергия ще бъдат предадени между региони в цялата страна, което представлява само около 8,3 процента от потреблението на електроенергия на цялото общество, а връзките между регионите са относително слаб. Разширяването на електрическата мрежа за променлив ток може да доведе до риск електрическата мрежа да се повиши, вместо да падне. Според „Консултативното становище относно бъдещите изследвания на модела на електропреносната мрежа на моята страна (2020 г.)“ на Китайската академия по инженерство от 2018 г., трябва да продължим да се придържаме към структурата с шестте основни регионални електрически мрежи като основно тяло (инвестиционният проект Чунцин-Хубей от 2019 г. Southwest Power Grid и Central China Power Grid ще бъдат разделени след транспортиране). Следователно AC UHV не може да пренася енергия в региони и може да играе роля само в специфични ситуации, като наличието на висококачествени вятърни и слънчеви ресурси и голямо търсене на електроенергия в една и съща електрическа мрежа и разстоянието между двете е относително дълъг.
Преносът на постоянен ток е най-добрата регионална мрежова връзка. Въпреки това, поради разликите в предоставените ресурси между регионите, моята страна има относително голямо търсене на междурегионално пренос на електроенергия. DC предаването има следните три предимства, което го прави най-доброто решение за междурегионално пренос на електроенергия:
(1) Предаването на постоянен ток има изключителна икономичност при предаване на енергия на дълги разстояния. Цената на преобразувателните станции за постоянен ток е по-висока от тази на подстанциите с променлив ток, но тъй като предаването на постоянен ток няма скин-ефект и мощност на зареждане, степента на използване на преносните линии е по-висока. Следователно, когато разстоянието на предаване е достатъчно дълго, неговата икономичност ще надмине тази на AC предаването.
(2) Може да се използва за взаимно свързване на асинхронна мрежа. AC мрежовото свързване изисква честотата на цялата мрежа да бъде последователна, така че не може да се използва за асинхронно мрежово свързване. Предаването на постоянен ток първо коригира променливотоковото захранване в постоянен ток и след това го преобразува в променливотоково захранване, което може да се приложи към асинхронно свързване на мрежата.
(3) Благоприятства изолирането на аварии в мрежата и не увеличава риска от аварии в мрежата. UHV DC предаването може да се разглежда като управляван източник на енергия на дълги разстояния на приемната крайна мрежа. Решетките в двата края не са свързани и решетките в двата края могат да бъдат изолирани. В случай на сериозна авария в електрическата мрежа UHV DC може да изолира аварията, без да увеличава риска от аварии в електрическата мрежа. Друг типичен сценарий за приложение на UHV AC е укрепването на електрическата мрежа. Тъй като широкомащабното пренасяне на постоянен ток на моята страна навлиза в Северен Китай, Източен Китай, Централен Китай и Югозападен Китай, силата на променливотоковата електрическа мрежа определя безопасността на цялата електроенергийна система и търсенето на AC UHV се увеличава съответно.
Важната роля на гъвкавия постоянен ток в новите енергийни системи
Гъвкавият постоянен ток е особено подходящ за пренос на широкомащабна офшорна вятърна енергия в далечни морета. Понастоящем основният метод за предаване на офшорна вятърна енергия е променливотоково предаване с високо напрежение, тоест офшорните вятърни турбини са свързани към офшорни нагнетателни станции, повишават се до 220 kV или по-високи нива на напрежение и след това се изпращат към наземните електрически мрежи. Тъй като предаването с постоянен ток няма мощност за зареждане, инвестицията и ефективността на предаване на подводните кабели са по-добри от предаването с променлив ток. Най-общо казано, когато разстоянието на предаване е по-голямо от около 80 km, икономията на DC предаване ще надхвърли тази на AC предаване. Освен това, тъй като конвенционалният постоянен ток изисква силна поддръжка на променливотокова мрежа, а офшорните вятърни паркове са слаби променливотокови системи, съставени от вятърни турбини, които не могат да отговорят на изискванията за пренос на енергия на конвенционалния постоянен ток, гъвкавият постоянен ток се превърна в единственото икономично и осъществимо решение. Маршрутът на хибридната технология LCC-VSC ефективно решава проблема с повреда на UHV DC комутация в области с плътни точки на падане на DC. След десетилетия на строителство моята страна е изградила 32 проекта за пренос на постоянен ток с пренос на електроенергия на дълги разстояния като основна функция, от които повече от 10 проекта са разположени в делтата на река Яндзъ или провинция Гуангдонг, а плътното разположение води до постоянен ток предаване между двете места. Увеличава се рискът от прекъсване на комутацията и се увеличава скритата опасност от аварии в електропреносната мрежа. Гъвкавият DC може независимо да поддържа напрежението без риск от повреда на комутацията и е най-доброто решение за продължаване на захранването на DC към горните две места. В момента China Southern Power Grid е завършила проекта за пренос на постоянен ток Wudongde, а State Grid също изгражда проекта за UHV DC пренос на Baihetan-Jiangsu, като и двата прилагат гъвкава DC технология. Но техническите решения на двата проекта са различни.
Гъвкавото свързване на постоянен ток увеличава способността за взаимопомощ на електрическата мрежа и подобрява надеждността и ефективността на захранването. В допълнение към конвенционалната схема за пренос на електроенергия на дълги разстояния между регионалните електрически мрежи в моята страна, гъвкавите DC маршрути могат да се използват и за взаимно свързване в кръстовището на регионалните електрически мрежи. Така нареченият обратно гъвкав DC се отнася до изграждането на токоизправителна станция и инверторна станция заедно без DC линия. Гъвкавата DC технология обратно към гръб може да подобри способността за взаимна мощност между регионалните електрически мрежи, без да разширява обхвата на авариите в електропреносната мрежа. В допълнение, 500 kV електрически мрежи в Гуангдонг, Дзянсу и други места в Китай вече са много големи, със сложни структури и изявени проблеми с прекомерен ток на късо съединение. Добавянето на гръб към гръб гъвкав DC за "развързване" на електрическата мрежа също може ефективно да реши горните проблеми. Проектът Chongqing-Hubei back-to-back и проектът за междусистемна връзка Fujian-Guangdong в процес на изграждане са типични приложения на гъвкави прави проекти back-to-back.