Анализ затрат на HVDC - Высокий уровень напряжения постоянного тока (на фото: линия электропередачи постоянного напряжения постоянного тока 600 кВ на 2400 километрах, построенная в Бразилии в 2012 году, IVOLINES через Flickr)
Обсуждаемые темы
- Введение в HVDC
-
Структура затрат HVDC
-
Предположения, сделанные в расчетах цен
- Тиристорная система HVDC и высоковольтная система переменного тока
- VSC на основе системы HVDC по сравнению с системой переменного тока или локальным источником генерации
- Сравнительная информация о затратах
-
Начнем с введения
Он определяет систему, используемую для передачи или обмена электрической энергией посредством постоянного тока.
Передача HVDC широко признана как выгодная для доставки на большие расстояния, асинхронные соединения и длинные подводные кабельные переходы.
HVDC используется для передачи электроэнергии на длинные или очень большие расстояния с воздушных линий электропередачи или подводных кабелей, поскольку тогда он становится экономически привлекательным по сравнению с обычными линиями электропередачи переменного тока.
Сравнительные затраты на передачу HVDC и AC
В системе HVDC электрическая мощность берется из трехфазной сетевой сети переменного тока, преобразованной в постоянный ток в преобразовательной станции, переданной на принимающую сторону кабелем постоянного тока или воздушной линией постоянного тока, а затем инвертируется обратно в переменное напряжение в другой преобразовательной станции и впрыскивается в принимающую конечную сеть сети переменного тока.
Преобразовательная станция HVDC использует тиристорные клапаны для преобразования из переменного тока в постоянный ток и наоборот. Клапаны обычно расположены как 12-импульсный преобразователь. Клапаны подключаются к системе переменного тока с помощью преобразовательных трансформаторов.
12-импульсный преобразователь создает нечетные гармонические токи (h = np ± 1) на стороне переменного тока, то есть 11, 13, 23, 25, 35, 37 и т. Д.
,
Эти гармоники не могут войти в сеть переменного тока, предоставляя фильтры гармоник переменного тока.
12 импульсный преобразователь
I dc = (V 1 - V 2) / R
12-импульсный преобразователь производит даже гармонические токи на стороне постоянного тока, то есть 12, 24, 36. Эти даже гармоники не могут попасть в воздушную линию постоянного тока, предоставляя фильтры постоянного тока.
Большой реактор сглаживания всегда устанавливается на стороне постоянного тока, чтобы уменьшить пульсацию постоянного тока. Этот большой сглаживающий реактор также фильтрует эти гармоники. Однако для применения подводных кабелей вместо DC-воздушных линий DC-фильтры не требуются.
Соединение HVDC представляет собой две выпрямительные / инверторные станции, соединенные воздушной или кабельной проводкой. Биполярная линия HVDC использует только два изолированных проводника, а не три. Это приводит к более узким правам пути, меньшим башням передачи.
Для данной области кабельного проводника потери линии с кабелями HVDC составляют около 50% этих кабелей переменного тока. Это связано с тем, что кабели переменного тока требуют большего количества проводников, т. Е. Трех фаз, несущих реактивную составляющую тока, скин-эффекта и индукции токов в оболочке кабеля и броне.
Передающая мощность по линиям постоянного тока требует меньше проводников (т. Е. 2 проводника, одна положительная - отрицательная).
Сравнение HVDC и HVAC
Вернуться в Темы
Структура затрат HVDC
Стоимость системы передачи HVDC зависит от многих факторов, таких как:
- Мощность, подлежащая передаче,
- Тип среды передачи,
- Условия окружающей среды и
- Другие меры безопасности, нормативные требования и т. Д.
Даже когда они доступны, варианты, доступные для оптимального дизайна (различные методы коммутации, различные фильтры, трансформаторы и т. Д.), Делают невозможным дать стоимость для системы HVDC.
Тем не менее, типичная структура затрат для преобразовательных станций может быть следующей:
Структура затрат HVDC
В качестве руководства приведен пример, показывающий изменение цены для передачи переменного тока по сравнению с передачей HVDC за 2000 МВт.
Изменение цены HVDC и HVAC
Вернуться в Темы
Предположения, сделанные в расчетах цен
Для передачи переменного тока используется двойная схема с ценой на км 250 кЗ / км (каждый), подстанции переменного тока и компенсация серии (свыше 600 км) оцениваются в 80 МЗ.
Для передачи HVDC биполярная линия OH принималась с ценой за километр 250 кЗД / км, конверторные станции оцениваются в 250 млн. Долларов США.
Настоятельно рекомендуется связаться с производителем, чтобы получить первое представление о затратах и альтернативах. Производители должны иметь возможность предлагать бюджетные цены на основе нескольких данных, таких как номинальная мощность, дальность передачи, тип передачи, уровень напряжения в сетях переменного тока, где конвертеры будут подключены.
Выбор уровня напряжения передачи постоянного тока напрямую влияет на общую стоимость установки. На этапе проектирования выполняется оптимизация определения оптимального напряжения постоянного тока с точки зрения инвестиций и потерь.
Расходы на потери также очень важны - при оценке потерь необходимо учитывать стоимость энергии и временный горизонт для использования передачи.
Наконец, следует учитывать период амортизации и желаемую норму прибыли (или учетную ставку). Поэтому для оценки затрат на систему HVDC рекомендуется провести анализ затрат на жизненный цикл.
Для сопоставления затрат между системами переменного тока высокого напряжения и HVDC необходимы два разных сравнения:
- Один из них состоит из тиристорных систем HVDC и высоковольтной системы передачи переменного тока; А ТАКЖЕ
- Другое между системой HVDC, основанной на VSC; систему переменного тока и источник местного генерации.
Вернуться в Темы
Тиристорная система HVDC и высоковольтная система переменного тока
Инвестиционные затраты на преобразовательные станции HVDC выше, чем для высоковольтных подстанций переменного тока. С другой стороны, затраты на среду передачи (воздушные линии и кабели), затраты на приобретение земли / право на проезд ниже в случае HVDC.
Кроме того, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание в корпусе HVDC ниже. Начальные уровни потерь выше в системе HVDC, но они не меняются с расстоянием. Напротив, уровни потерь увеличиваются с расстоянием в высоковольтной системе переменного тока.
На следующем рисунке показана разбивка стоимости (показана с учетом потерь и без учета потерь):
Распределение затрат по HVDC
Расстояние безубыточности зависит от нескольких факторов, таких как среда передачи (кабельная или ОН-линия), различные местные аспекты (разрешения, стоимость местного труда и т. Д.). При сравнении высоковольтного переменного тока с передачей HVDC важно сравнить биполярную передачу HVDC с двухконтурной высоковольтной передачей переменного тока, особенно при условии наличия и надежности.
VSC на основе системы HVDC по сравнению с системой переменного тока или локальным источником генерации
Системы HVDC на базе VSC рассчитаны на использование малых мощностей (до 200 МВт) и относительно коротких расстояний (сотни километров) от спектра передачи мощности.
На приведенном ниже графике показано, что система HVDC на основе VSC является лучшей альтернативой экономически по сравнению с системой высокого напряжения переменного тока или источником генерации, локальным для центра нагрузки (например, дизель-генератором).
Система HVDC на основе VSC является лучшей альтернативой в экономическом отношении
В качестве руководства приведен пример цены для передачи VSC мощностью 50 МВт с наземным кабелем:
Пример цены для передачи VSC 50 MW
Вернуться в Темы
Сравнительная информация о затратах
Тем не менее, критерии уровня разрыва и степени передачи энергии и сравнительная информация о расходах должны приниматься в надлежащей перспективе из-за следующих причин:
1. Сохранять окружающую среду
В нынешней (и будущей) отраслевой среде либерализованных конкурентных рынков и активизации усилий по сохранению окружающей среды. В такой среде альтернативой для системы передачи является электростанция с комбинированным циклом на газовом топливе на месте, не обязательно являющаяся опцией между передачей переменного тока и HVDC.
2. Системные цены
Во-вторых, системные цены как для AC, так и для HVDC значительно варьировались даже для определенного уровня передачи мощности. Например, для системы HVDC с пропускной способностью 600 МВт было произведено несколько разных уровней затрат по проекту.
Поэтому это показывает, что в дополнение к указанным выше критериям (уровни мощности, расстояние, среда передачи, условия окружающей среды и т. Д.) Рыночные условия на момент реализации проекта являются критическим фактором, возможно, более значительным, чем численные сравнения между стоимостью системы переменного или постоянного тока.
3. Технологические разработки
В-третьих, технологические разработки, как правило, снижают стоимость системы HVDC вниз, в то время как экологические соображения привели к увеличению стоимости систем переменного тока высокого напряжения.
Поэтому для целей раннего этапа технико-экономического обоснования типа системы передачи, возможно, лучше рассматривать HVDC и высоковольтные системы переменного тока в качестве равных альтернатив затрат.
Вернуться в Темы
Рекомендации
- Высоковольтный постоянный ток (HVDC) Обзор систем передачи системной обработки - Роберто Рудерваль, Дж. П. Шарпантье и Рагхувеер Шарма
- Конструкция подстанции / Руководство по применению - V AYADURAI BSC, C. Eng, FIEE