كيف يمكن أن يكون انتقال hvdc هو مستقبل توليد الطاقة المتجددة

لقد تم الشعور بالحاجة إلى نظام نقل كهرباء يتسم بالكفاءة والمرونة في الاقتصادات الصناعية اليوم. هناك عدد من الخيارات المتاحة لواضعي السياسات والكيانات التجارية ، مع ظهور أنظمة نقل التيار المباشر عالي الجهد (HVDC) كآلية مجدية لإدارة الطاقة.

ينذر تطوير تقنية HVDC بتغيير جذري في الطريقة التي تنتقل بها الكهرباء عبر مسافات طويلة ، حيث توفر مزايا متعددة على أنظمة نقل التيار المتردد (AC). توفر أنظمة نقل HVDC مزايا من حيث انخفاض الانبعاثات وتوفير التكاليف ، عند نشرها لمسافات طويلة وتحت الأرض أو تحت الماء لمسافات قصيرة.

من خلال توفير أقصى قدر من الكفاءة العابرة وخسائر أقل في الطاقة ، بغض النظر عن المسافة التي تقطعها الكهرباء ، فإن أنظمة نقل HVDC تخلق إمكانات كبيرة لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة ، مثل الجزر وحتى القارات. تمهد التطورات في تقنيات HVDC الطريق لأنظمة الكهرباء المتجددة ، مما يدل على آفاق مستقبلية إيجابية لسوق أنظمة نقل HVDC ، والتي بلغت قيمتها حوالي 7.4 مليار دولار أمريكي في عام 2018.

نقل HVDC: طريق سريع للكهرباء إلى العصر الجديد من مصادر الطاقة المتجددة

تبرز أنظمة نقل HVDC باعتبارها حجر الأساس الذي يتم على أساسه تطوير وتنفيذ نظام الطاقة الجديد القائم على المصادر المتجددة. غالبًا ما تكون أنظمة الطاقة المتجددة ، مثل مشاريع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، شديدة التقلب وتقع في مناطق نائية. تكتسب تقنية HVDC المتطورة باستمرار أرضية في اقتصاد الطاقة الجديد من خلال خطوط نقل HVDC طويلة المدى التي يمكنها نقل الطاقة بأقصى قدر من الكفاءة والحد من خسائر الطاقة.

أصبحت خطوط HVDC بمثابة "الطرق السريعة للكهرباء" ، والتي تعمل على تسريع مستقبل أنظمة توليد الطاقة المتجددة من خلال ثلاث طرق - ربط محطات الطاقة الحالية ، وتطوير محطات طاقة شمسية جديدة ، ودمج مشاريع طاقة الرياح البحرية. تعد أشباه موصلات الطاقة وكابلات الجهد العالي والمحولات من بين المكونات الرئيسية لتقنية HVDC ، والتي توفر ميزات مميزة لنظام نقل التيار المباشر الحديث (DC).

يمكن تأجيل احتياجات بناء محطات طاقة جديدة من خلال نشر أنظمة نقل HVDC ، لأنها تربط أنظمة الطاقة المختلفة للعمل بشكل أكثر كفاءة. يمكن لنظام الطاقة الجديد تحقيق مكاسب اقتصادية وبيئية أكبر من الموارد الكهرومائية الكبيرة ، والتي تحل محل أنظمة التوليد الحراري في أنظمة الطاقة التقليدية من خلال خطوط نقل HVDC.

أصبح نقل HVDC طريقًا سريعًا للطاقة للتكامل على نطاق واسع لموارد الطاقة المتجددة لتقديم شبكات مترابطة ، موثوقة ومرنة بما يكفي لمواجهة تحديات اقتصاد الطاقة المتجددة الجديد. تتيح شبكات نقل HVDC موازنة الأحمال بين الطرق السريعة للطاقة HVDC ومشاركة الخطوط ومحطات التحويل في مشاريع الطاقة الشمسية ومحطات طاقة الرياح البحرية. وبالتالي ، يعتبر نشر أنظمة نقل HVDC طريقة مجدية اقتصاديًا لتوفير التكرار والموثوقية في شبكات الطاقة هذه.

بالإضافة إلى ذلك ، تقدم أنظمة النقل HVDC أيضًا حلولًا مجدية لتحديات حق الطريق الحالية. يمكن أن يثبت نظام نقل HVDC واحد يتم نشره أنه أكثر موثوقية من خط نقل التيار المتردد ثنائي الدائرة. يمكن للبنية التحتية HVDC تحسين الكفاءة العابرة للكهرباء عن طريق استخدام كابلات HVDC المعزولة في تطبيقات تحت الأرض وتحت سطح البحر ، والتي يمكن أن تسرع عمليات منح حق الطريق. علاوة على ذلك ، يمكن أيضًا تثبيت أنظمة نقل HVDC بجوار أو على خطوط التيار المتردد الحالية ، مما يقلل من الحاجة إلى استخدام الأراضي في الطريق الصحيح.

تكنولوجيا محولات إمداد الجهد (VSC) في أنظمة نقل HVDC

تستخدم أنظمة نقل HVDC محولات ذات مصدر حالي ومبدلة (LCC) ، والتي تتطلب طاقة تفاعلية من المكثفات المتسلسلة أو البنوك التحويلية أو المرشحات للعمل. ومع ذلك ، يفشل نظام نقل HVDC التقليدي في تقديم دعم الجهد الديناميكي لشبكة التيار المتردد والتحكم في جهد النظام تحت نطاق مقبول ، ضمن التفاوت المطلوب. وبالتالي ، تُستخدم محولات إمداد الجهد في أنظمة نقل HVDC التقليدية ، ليس فقط لتوفير تنظيم ديناميكي للجهد لشبكة التيار المتردد ولكن أيضًا للتحكم في تدفق الطاقة في النظام.

يمكن أن توفر أنظمة نقل HVDC القائمة على تقنية VSC تحكمًا مستقلاً في كل من الطاقة النشطة والمتفاعلة مع عدم وجود فشل في التبديل. يتبع تبديل صمامات IGBT في ناقل الحركة HVDC المستند إلى VSC تعديل عرض النبضة (PWM) ، والذي يسمح للنظام بضبط زاوية الطور وسعة جهد خرج التيار المتردد للمحول بجهد تيار مستمر ثابت.

بالإضافة إلى ذلك ، تتكون أنظمة نقل HVDC المستندة إلى VSC من نظامي تحكم وحماية مستقلين ، يتألفان من معالجات الإشارات الرقمية وأجهزة التحكم الدقيقة ، ويوفران التكرار لضمان الموثوقية العالية. تُعزى هذه الميزات إلى ميل المستخدمين النهائيين نحو تقنية VSC على تقنية LCC في أنظمة نقل HVDC.

تزداد شعبية أنظمة HVDC القائمة على VSC في سوق أنظمة نقل HVDC ، مع أكثر من 55 ٪ من حصة الإيرادات في السوق. لقد حان عصر تكنولوجيا النقل القائمة على VSC لأنظمة نقل HVDC التقليدية ، على الرغم من كونها خيارًا أكثر تكلفة نسبيًا لتطبيقات النقل ذات التصنيف الأعلى.

تعمل الشركات الرائدة في سوق أنظمة النقل HVDC على تعزيز اعتماد تقنية VSC لتعزيز موثوقية نقل HVDC في مشاريع الطاقة المتجددة التي يتم تنفيذها في جميع أنحاء العالم. على سبيل المثال ، أعلنت شركة Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation - الشركة اليابانية الرائدة في مجال تصنيع أنظمة توليد الطاقة - عن تركيب وصلة نقل HVDC تعتمد على VSC وتربط البر الرئيسي الياباني (هونشو) بجزيرة هوكايدو الشمالية ، في مارس 2019. الشركة أعلن أن هذا هو أول نظام HVDC قائم على VSC في اليابان والذي يضمن 600 ميجاوات من قدرة التوصيل البيني في جميع الأوقات.

في أبريل 2019 ، أعلنت مجموعة ABB - وهي شركة سويسرية سويدية متعددة الجنسيات تعمل في قطاعات الطاقة والمعدات الكهربائية الثقيلة وتكنولوجيا الأتمتة - أنها أسست مشروعًا مشتركًا مع شركة هيتاشي المحدودة - وهي شركة يابانية متعددة الجنسيات - لتقديم VSC - نظام نقل HVSC قائم على محطة فرعية Higashi-Shimizu في اليابان. أعلنت الشركة أن أنظمة نقل HVDC القائمة على VSC ستشمل محولين VSC (300000 كيلوواط لكل منهما) ، وستقوم هيتاشي ببناء النظام ، الذي سيتألف من محولات محول هيتاشي ومحول ABB HVDC مع نظام تحكم وحماية.

التطورات في البنية التحتية الفائقة لل HVDC (UHVDC) البارزة لنقل الطاقة المتجددة

يعد تطوير نظام نقل UHVDC أحد أحدث التطورات في تقنية نقل HVDC ، والتي تسمح بنقل جهد التيار المستمر بما لا يقل عن 800 كيلو فولت ؛ يستخدم نظام نقل HVDC التقليدي بشكل عام الفولتية بين 100 كيلو فولت إلى 600 كيلو فولت. نظرًا لأن اقتصاد الطاقة العالمي الجديد يتحرك تدريجيًا نحو شبكات الطاقة على النطاق القاري ، فمن المرجح أن تكتسب أنظمة نقل UHVDC أهمية هائلة في جميع أنحاء العالم.

تعتبر المناطق المتقدمة من بين الأسواق الأكثر ملاءمة لأنظمة نقل UHVDC ، حيث تقوم البلدان المتقدمة بتوليد كميات كبيرة من الطاقة المتجددة. تعد أمريكا الشمالية وأوروبا من بين أكبر الأسواق لأنظمة نقل HVDC ، حيث تستثمر الهيئات الحاكمة في هذه المناطق بشكل كبير لتطوير البنى التحتية HVDC من أجل تلبية أهدافها المناخية.

تعد المملكة المتحدة من بين الدول الأوروبية الرائدة التي طبقت أنظمة نقل HVDC. تشترك المملكة المتحدة في روابط HVDC مع العديد من البلدان المجاورة ، بما في ذلك النرويج وأيرلندا وفرنسا وهولندا. بالإضافة إلى ذلك ، عززت الولايات المتحدة الاستثمارات في توليد الطاقة النظيفة ، كما أن اعتماد نقل HVDC يتزايد بوتيرة سريعة في البلاد. إن الشبكة بين الولايات التي تتوسع باستمرار لأنظمة الطرق السريعة الكهربائية في الولايات المتحدة تجعل أمريكا الشمالية أكبر سوق لنظام نقل HVDC ، مع ما يقرب من ربع حصة الإيرادات في السوق العالمية.

ومع ذلك ، أظهر عدد متزايد من الاقتصادات الناشئة نموًا واعدًا في توليد الطاقة المتجددة مع تطوير محطات الطاقة الكهرومائية ومشاريع طاقة الرياح. الدول النامية هي موطن لمشاريع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على نطاق واسع ، ويتم اعتماد أنظمة نقل UHVDC لتلبية الطلب المتزايد باستمرار على الطاقة في هذه البلدان.

أصبحت الصين واحدة من الدول الرائدة في العالم التي اعتمدت نظام نقل UHVDC لأول مرة. في عام 2010 ، تم بناء أول خط نقل UHVDC في العالم من قبل مجموعة ABB بين شنغهاي وشيانغجيابا في الصين مع تصنيف طاقة يبلغ 6.4 جيجاوات وبطول إجمالي يبلغ حوالي 1907 كم. بحلول عام 2017 ، استثمرت الدولة أكثر من 400 مليار يوان (57 مليار دولار أمريكي) لتطوير ما لا يقل عن 21 خط نقل UHVDC جديد في البلاد.

قامت شركة جنرال إلكتريك (GE) - وهي تكتل أمريكي متعدد الجنسيات - بتكليف أول مرحلة 1500 ميجاوات من نظام نقل الطاقة HVDC ذي المرحلتين في تشاتيسجاره ، الهند ، في عام 2017. شركة Power Grid Corporation of India Limited - وهي منشأة كهربائية مملوكة للدولة الهندية الشركة - استثمرت أكثر من 6،300 كرور روبية هندية في المشروع. أعلنت وزارة الطاقة أن قدرة المشروع قد تمت ترقيتها إلى 6000 ميجاوات باستثمارات تزيد عن 5200 كرور روبية هندية في ديسمبر 2018. أعلنت جنرال إلكتريك أن هذا هو أول مشروع UHVDC للشركة في الهند والعالم ، وهو 1،287 طريق سريع للطاقة كم يعمل بقوة نقل تصل إلى 3000 ميغاواط.

مع تزايد اعتماد أنظمة نقل UHVDC في الاقتصادات الناشئة ، مثل الصين والهند ، تبرز منطقة آسيا والمحيط الهادئ (باستثناء اليابان) كسوق عالي النمو لأنظمة نقل HVDC. تتأثر الاتجاهات المستقبلية في قطاع نقل وتوزيع الكهرباء بشكل كبير بمزيج مصادر الطاقة المتجددة.

ستعزز زيادة الاستثمارات في قطاع النقل والتطوير توليد الطاقة المتجددة في السنوات القادمة. وبالتالي ، سيؤدي ذلك إلى اعتماد عالمي لأنظمة نقل HVDC كحل مرن واقتصادي لإدارة تحديات توليد الطاقة الجديدة ودمج المصادر المتجددة في السنوات القادمة.