Przesył i rozdział energii elektrycznej - część IV - HVDC
Przesył energii elektrycznej prądem stałym jest w niektórych przypadkach korzystnym rozwiązaniem w stosunku do prądu przemiennego, szczególnie w przypadku przesyłu dużych mocy na znaczne odległości liniami napowietrznymi oraz łączenia systemów elektroenergetycznych w celu ich wspólnej pracy. Decyzja o wyborze rodzaju prądu jest podejmowana przede wszystkim na podstawie analizy ekonomicznej. Ocenia się, że przesył prądem stałym staje się opłacalny w przypadku linii napowietrznych przekraczających długości 550÷800 km.
Dokładne wartości zależą od warunków lokalnych, wymagań dotyczących wykonania linii i charakterystyki współpracującego systemu prądu przemiennego. Decydujące znaczenie ma tutaj koszt budowy stacji przekształtnikowych, w tym koszt falowników wysokonapięciowych. W związku ze zwiększającą się liczbą układów przesyłowych prądu stałego należy oczekiwać, są koszty falowników wysokonapięciowych i związanych z nimi urządzeń będą się sukcesywnie obniżać, co wpłynie na zmniejszenie się odległości, przy których jest opłacalne stosowanie linii prądu stałego.
Przewodami są najczęściej linki stalowo-aluminiowe (linie napowietrzne). Stosuje się zwykle przewody wiązkowe o nieco większych przekrojach niż stosowane przy prądzie przemiennym. Brak zjawiska naskórkowości przy prądzie stałym powoduje, że rezystancja przewodu jest mniejsza niż przy prądzie przemiennym, a tym samym jest zwiększona dopuszczalna obciążalność przewodów.
Tradycyjne układy HVDC, czyli połączenia wysokiego napięcia prądu stałego, są realizowane za pomocą układu przesyłowego składającego się ze stacji przekształtnikowych i linii napowietrznej lub kablowej prądu stałego. Obecnie dostępnych jest wiele konfiguracji układów, które zasadniczo można zaliczyć do dwóch grup układów „Back-to-Back” (BtB), które służą do łączenia systemów AC pracujących asynchronicznie oraz układów służących do przesyłu mocy na odległość. Typowo stosowane są dwie odrębne stacje, każda z nich, w zależności od kierunku przesyłu mocy, może spełniać funkcję prostownika lub falownika. Natomiast w układach BtB, czyli wstawkach prądu stałego (określanych również jako sprzęgła), oba przekształtniki znajdują się w obrębie tej samej stacji elektroenergetycznej. W układach BtB nie występuje tradycyjny przesył energii prądem stałym, stąd uważane są za układy „zerowej długości”.
Przesył energii za pomocą układów przesyłowych HVDC znajduje zastosowania i jest uważany za korzystny w następujących przypadkach: - przy przesyle energii elektrycznej na duże odległości, - w sytuacji przekraczania obszarów morskich, - podczas łączenia systemów pracujących asynchronicznie, - przy wyprowadzaniu mocy z rejonów wytwarzania energii elektrycznej, - w przypadku zasilania obszarów mocno zurbanizowanych i zaludnionych.
Niemniej jednak z przesyłem energii prądem stałym związane są pewne ograniczenia, zmniejszające jego wykorzystanie. Główną barierą w zastosowaniu układów HVDC jest: - wysoki koszt stacji przekształtnikowej, opłacalność przesyłu prądem stałym staje się realna od odległości ok. 500 km dla linii napowietrznych, dla linii kablowej jest to odpowiednio 40 km, - złożoność procesu przekształcania energii elektrycznej, związana zwykle z generowaniem wyższych harmonicznych, wymagających stosowania filtrów, - skomplikowane sterowanie stacjami przekształtnikowymi, które podczas swojej pracy wymagają zwykle energii biernej, - trudniejsza praca wyłączników i innej aparatury (w porównaniu do prądu przemiennego), stwarzając dodatkowe przeszkody w procesie odbioru mocy z linii z punktów pośrednich.
Obecnie na terenie Polski działają dwie transgraniczne linie HVDC. Pierwsza z nich, SwePol link, oddana w roku 2000 łączy miejscowości Wierzbięcin w Polsce oraz Karlshamn w Szwecji. Druga, to linia HVDC LitPol link, łącząca po stronie Polski Ełk z litewską miejscowością Alytus. Obie linie zamykają tzw. energetyczny pierścień bałtycki. W Polsce posiadamy jedną linię prądu stałego zrealizowaną jako podwodna linia kablowa WN pomiędzy Polską, a Szwecją pomiędzy półwyspem Stärnö w pobliżu Karlshamn w Szwecji a miejscowością Wierzbięcin w pobliżu Słupska w Polsce. Jej długość wynosi 254km. Unikatowość tego połączenia polega na wykorzystaniu kabla powrotnego MCRC 24kV zamiast tradycyjnie stosowanych elektrod. Stacja po stronie szwedzkiej została zlokalizowana na terenie nieczynnego kamieniołomu, położonego na półwyspie Starno nieopodal miejscowości Karlshamn. Linia SwePol posiada kabel główny o przekroju żyły 2100 mm2. W odróżnieniu do tradycyjnych podmorskich linii HVDC, linia SwePol posiada kabel powrotny zamiast elektrod. Kabel ten jest złożony z dwóch żył o przekroju 630 mm2 w części podmorskiej oraz pojedynczej żyły o przekroju 1100 mm2 na odcinkach podziemnych.
Linia SwePol została oddana do użytku w roku 2000 i przepływ mocy maksymalnej 600 MW przy napięciu 450 kV. Właścicielem i zarządca linii była spółka SwePol Link AB, w której udziały posiadały: szwedzki państwowy operator sieci przesyłowej Svenska Kraftnät (51%), szwedzki państwowy producent energii Vattenfall (16%) oraz polski państwowy operator sieci przesyłowej PSE-Operator (33%).
Na stronie PSE możemy podejrzeć w czasie rzeczywistym wymianę międzysystemową mocy w czasie rzeczywistym.
@Polanin: Witam, ze względu na to, że napowietrzna linia WN przy napięciu przemiennym, pobiera moc bierną pojemnościową i jest z punktu widzenia sieci odbiornikiem mocy biernej - co powoduje ograniczenie przepustowości linii i stratę. Moc ta jest zależna od kwadratu napięcia oraz od długości linii przesyłowej. Z analiz ekonomicznych wynika że jeśli mamy wbudować linię AC o długości 600km to lepiej zainwestować w stacje przekształtnikowe i wybudować linię DC, w Polsce
@Polanin w prądzie zmiennym. O f>16Hz występuje tzw. zjawisko naskórkowosci tj. prąd chce płynąć tylko po częściach zewetrznych przewodnika a wnetrze nie jest wykorzystywane przez co rezystancja oraz spadek napiecia na linni jest dużo większy niz w przypadku prądu stałego który wykorzystuje cały przekrój przewodnika.
Przesył energii elektrycznej prądem stałym jest w niektórych przypadkach korzystnym rozwiązaniem w stosunku do prądu przemiennego, szczególnie w przypadku przesyłu dużych mocy na znaczne odległości liniami napowietrznymi oraz łączenia systemów elektroenergetycznych w celu ich wspólnej pracy. Decyzja o wyborze rodzaju prądu jest podejmowana przede wszystkim na podstawie analizy ekonomicznej. Ocenia się, że przesył prądem stałym staje się opłacalny w przypadku linii napowietrznych przekraczających długości 550÷800 km.
Dokładne wartości zależą od warunków lokalnych, wymagań dotyczących wykonania linii i charakterystyki współpracującego systemu prądu przemiennego. Decydujące znaczenie ma tutaj koszt budowy stacji przekształtnikowych, w tym koszt falowników wysokonapięciowych. W związku ze zwiększającą się liczbą układów przesyłowych prądu stałego należy oczekiwać, są koszty falowników wysokonapięciowych i związanych z nimi urządzeń będą się sukcesywnie obniżać, co wpłynie na zmniejszenie się odległości, przy których jest opłacalne stosowanie linii prądu stałego.
Przewodami są najczęściej linki stalowo-aluminiowe (linie napowietrzne). Stosuje się zwykle przewody wiązkowe o nieco większych przekrojach niż stosowane przy prądzie przemiennym. Brak zjawiska naskórkowości przy prądzie stałym powoduje, że rezystancja przewodu jest mniejsza niż przy prądzie przemiennym, a tym samym jest zwiększona dopuszczalna obciążalność przewodów.
Tradycyjne układy HVDC, czyli połączenia wysokiego napięcia prądu stałego, są realizowane za pomocą układu przesyłowego składającego się ze stacji przekształtnikowych i linii napowietrznej lub kablowej prądu stałego. Obecnie dostępnych jest wiele konfiguracji układów, które zasadniczo można zaliczyć do dwóch grup układów „Back-to-Back” (BtB), które służą do łączenia systemów AC pracujących asynchronicznie oraz układów służących do przesyłu mocy na odległość.
Typowo stosowane są dwie odrębne stacje, każda z nich, w zależności od kierunku przesyłu mocy, może spełniać funkcję prostownika lub falownika. Natomiast w układach BtB, czyli wstawkach prądu stałego (określanych również jako sprzęgła), oba przekształtniki znajdują się w obrębie tej samej stacji elektroenergetycznej. W układach BtB nie występuje tradycyjny przesył energii prądem stałym, stąd uważane są za układy „zerowej długości”.
Przesył energii za pomocą układów przesyłowych HVDC znajduje zastosowania i jest uważany za korzystny w następujących przypadkach:
- przy przesyle energii elektrycznej na duże odległości,
- w sytuacji przekraczania obszarów morskich,
- podczas łączenia systemów pracujących asynchronicznie,
- przy wyprowadzaniu mocy z rejonów wytwarzania energii elektrycznej,
- w przypadku zasilania obszarów mocno zurbanizowanych i zaludnionych.
Niemniej jednak z przesyłem energii prądem stałym związane są pewne ograniczenia, zmniejszające jego wykorzystanie. Główną barierą w zastosowaniu układów HVDC jest:
- wysoki koszt stacji przekształtnikowej, opłacalność przesyłu prądem stałym staje się realna od odległości ok. 500 km dla linii napowietrznych, dla linii kablowej jest to odpowiednio 40 km,
- złożoność procesu przekształcania energii elektrycznej, związana zwykle z generowaniem wyższych harmonicznych, wymagających stosowania filtrów,
- skomplikowane sterowanie stacjami przekształtnikowymi, które podczas swojej pracy wymagają zwykle energii biernej,
- trudniejsza praca wyłączników i innej aparatury (w porównaniu do prądu przemiennego), stwarzając dodatkowe przeszkody w procesie odbioru mocy z linii z punktów pośrednich.
Obecnie na terenie Polski działają dwie transgraniczne linie HVDC. Pierwsza z nich, SwePol link, oddana w roku 2000 łączy miejscowości Wierzbięcin w Polsce oraz Karlshamn w Szwecji. Druga, to linia HVDC LitPol link, łącząca po stronie Polski Ełk z litewską miejscowością Alytus. Obie linie zamykają tzw. energetyczny pierścień bałtycki.
W Polsce posiadamy jedną linię prądu stałego zrealizowaną jako podwodna linia kablowa WN pomiędzy Polską, a Szwecją pomiędzy półwyspem Stärnö w pobliżu Karlshamn w Szwecji a miejscowością Wierzbięcin w pobliżu Słupska w Polsce. Jej długość wynosi 254km.
Unikatowość tego połączenia polega na wykorzystaniu kabla powrotnego MCRC 24kV zamiast tradycyjnie stosowanych elektrod. Stacja po stronie szwedzkiej została zlokalizowana na terenie nieczynnego kamieniołomu, położonego na półwyspie Starno nieopodal miejscowości Karlshamn.
Linia SwePol posiada kabel główny o przekroju żyły 2100 mm2. W odróżnieniu do tradycyjnych podmorskich linii HVDC, linia SwePol posiada kabel powrotny zamiast elektrod. Kabel ten jest złożony z dwóch żył o przekroju 630 mm2 w części podmorskiej oraz pojedynczej żyły o przekroju 1100 mm2 na odcinkach podziemnych.
Linia SwePol została oddana do użytku w roku 2000 i przepływ mocy maksymalnej 600 MW przy napięciu 450 kV. Właścicielem i zarządca linii była spółka SwePol Link AB, w której udziały posiadały: szwedzki państwowy operator sieci przesyłowej Svenska Kraftnät (51%), szwedzki państwowy producent energii Vattenfall (16%) oraz polski państwowy operator sieci przesyłowej PSE-Operator (33%).
Na stronie PSE możemy podejrzeć w czasie rzeczywistym wymianę międzysystemową mocy w czasie rzeczywistym.
Część I
Część II
Część III
#ciekawostki #gruparatowaniapoziomu #energetyka #elektrownie #qualitycontent #ejboners
źródło: comment_AALYMQ4MvX0NWHno7lFtVlg1W1yYVAno.jpg
PobierzZ analiz ekonomicznych wynika że jeśli mamy wbudować linię AC o długości 600km to lepiej zainwestować w stacje przekształtnikowe i wybudować linię DC, w Polsce
źródło: comment_N6tFRCEJyAr44X4PzgPnc93azjyk2yd2.jpg
Pobierz