交流線と比較した高圧直流送電線の利点
従来の高電圧送電線となりましたが、現在では常に交流を使用して動作します。しかし、AC 送電線と比較して、高電圧 DC 送電線がもたらす利点について考えたことがありますか?はい、高電圧直流 (HVDC 送電) 送電線について話しています。
もちろん、そもそも高圧直流線路の形成には、 コンバーター、交流から直流を作り、直流から交流を作ります。このようなインバータとコンバータは高価であり、そのスペアパーツも高価であり、過負荷制限があり、さらに、各ラインに対してデバイスは誇張せずに固有である必要があります。短距離では、コンバータでの電力損失により、このような送電線は一般的に非経済的になります。
しかし、どのアプリケーションで使用するのが望ましいでしょうか? DC?高い AC 電圧が十分な効率を発揮しない場合があるのはなぜですか?最後に、高圧直流送電線はすでに使われているのでしょうか？これらの質問に対する答えを見つけていきます。
例として遠くに行く必要はありません。隣り合うドイツとスウェーデンの間のバルト海の海底に敷設された電線は長さ 250 メートルですが、電流が交流の場合、容量性抵抗によって大きな損失が発生します。あるいは中間機器を設置できない遠隔地に電力を供給する場合。ここでも高圧直流の方が損失が少なくなります。
回線を追加せずに既存の回線の容量を増やす必要がある場合はどうすればよいでしょうか?相互に同期していない AC 配電システムに電力を供給する場合はどうでしょうか?
一方、高電圧で直流で送られる特定の電力の場合、必要な電線の断面積が小さくなり、塔の高さを低くすることができます。たとえば、カナダのバイポール ネルソン川送電線は、配電網と遠隔の発電所を接続しています。
短絡のリスクを高めることなく、AC 電力網を安定化できます。超高電圧ピークにより AC ラインで損失を引き起こすコロナ放電は、DC でははるかに少なく、それに応じて有害なオゾンの放出も少なくなります。繰り返しますが、電力線の構築コストを削減します。たとえば、3 相には 3 本のワイヤが必要ですが、HVDC には 2 本だけ必要です。繰り返しになりますが、海底ケーブルの最大の利点は、材料が少ないだけでなく、容量損失も少ないことです。
1997年以降AAB は、最大 500 kV の電圧で最大 1.2 GW の電力を供給する HVDC 光線を設置します。このようにして、英国とアイルランドの送電網間に公称 500 MW の電力リンクが構築されました。
この接続により、ネットワーク間の電力供給の安全性と信頼性が向上します。西から東に延びるネットワーク内のケーブルの 1 つは長さ 262 キロメートルで、ケーブルの 71% が海底にあります。
繰り返しになりますが、AC 電流を使用してケーブルの静電容量を再充電すると、不必要な電力損失が発生することになりますが、電流は常に印加されるため、損失は無視できるほど小さいことに注意してください。さらに、AC 誘電損失も無視できません。
一般に、直流では、同じ電力での電圧ピークが高いため、同じワイヤを通じてより多くの電力を伝送できますが、交流では絶縁体を厚くする必要があり、断面積が大きくなるため、これらすべての要因を考慮すると、直流送電線の回廊は電気エネルギーのより高密度な伝送を提供します。
常設の高圧線は周囲に設置されません 低周波交流磁場これは、AC 送電線の典型的な現象です。科学者の中には、この変動する磁場の人間の健康、植物、動物への害について語る人もいます。一方、直流電流は、導体と地面の間の空間に一定の (可変ではない) 電界勾配のみを生成するため、人、動物、植物の健康にとって安全です。
AC システムの安定性は、直流によって促進されます。高電圧と直流により、相互に同期していない AC システム間で電力を伝送することができます。これにより、連鎖的な被害の拡大が防止されます。重大でない障害が発生した場合、エネルギーは単にシステムに出入りするだけです。
これにより、高電圧 DC グリッドの採用がさらに促進され、新たな基盤が生まれます。
フランスとスペイン間の高電圧直流 (HVDC) 送電線用のシーメンスの変換所
最新の HVDC ラインの概略図
エネルギーの流れは、制御システムまたは変換ステーションによって調整されます。フローは、回線に接続されているシステムの動作モードとは関係ありません。
DC 線の相互接続は、AC 線と比較して伝送容量が任意に小さいため、弱いリンクの問題は解消されます。エネルギーの流れの最適化を考慮してライン自体を設計できます。
さらに、個々のエネルギー システムを動作させるために複数の異なる制御システムを同期させるという困難も解消されます。高速緊急コントローラーが付属 直流電線 ネットワーク全体の信頼性と安定性が向上します。電力潮流制御により、並列線路の振動を低減できます。
これらの利点により、大規模な電力システムを相互に同期する複数の部分に分割するために、高電圧直流相互作用の迅速な導入が促進されます。
たとえば、インドでは、高圧直流線によって相互接続されたいくつかの地域システムが構築されています。特別なセンターによって制御されるコンバーターのチェーンもあります。
中国でも同様だ。 2010年、ABBは中国に世界初の800kV超高圧直流を建設し、2018年には長さ3400km、容量12GWの1100kV中東－万南間のUHV直流線が完成した。
2020 年の時点で、中国の EHV DC ラインの建設現場は少なくとも 13 か所が完了しています。 HVDC ラインは、各ラインに複数の電源供給装置が接続され、長距離にわたって大量の電力を伝送します。
原則として、高圧直流送電線の開発者は、企業秘密であるため、プロジェクトのコストに関する情報を一般の人々に提供しません。ただし、プロジェクトの内容によって独自の調整が行われ、価格は電力、ケーブルの長さ、設置方法、土地代などによって異なります。
すべての側面を経済的に比較することにより、HVDC ラインの構築の実現可能性に関する決定が行われます。たとえば、フランスとイギリスの間の 8 GW の容量を持つ 4 線の送電線の建設には、陸上工事と合わせて約 10 億ポンドが必要でした。
過去の重要な高電圧直流 (HVDC) プロジェクトのリスト
1880年代 いわゆる電流戦争があった トーマス・エジソンなどの直流支持者とニコラ・テスラやジョージ・ウェスティングハウスなどの交流支持者の間で。 DC は 10 年間続きましたが、電圧を上げて損失を制限するために必要な変圧器の急速な発展により、AC ネットワークが普及しました。高電圧直流の使用が可能になったのは、パワーエレクトロニクスの発展によってのみです。
HVDC テクノロジー 1930年代に登場。スウェーデンとドイツの ASEA によって開発されました。最初の HVDC ラインは 1951 年にソ連でモスクワとカシラの間に建設されました。その後、1954 年に、ゴットランド島とスウェーデン本土の間に別の路線が建設されました。
モスクワ — カシラ (ソ連) — 長さ 112 km、電圧 — 200 kV、電力 — 30 MW、建設年 — 1951 年。運転が開始された世界初の完全静的電子高電圧直流装置と考えられています。現在その路線は存在しません。
ゴットランド 1 (スウェーデン) — 長さ 98 km、電圧 — 200 kV、電力 — 20 MW、建設年 — 1954 年。世界初の商用 HVDC リンク。 1970 年に ABB によって拡張され、1986 年に廃止されました。
ヴォルゴグラード — ドンバス (ソ連) — 長さ 400 km、電圧 — 800 kV、電力 — 750 MW、建設年 — 1965 年。800 kV DC 送電線ヴォルゴグラード — ドンバスの第 1 段は 1961 年に就役し、当時の報道で注目されました。ソ連の電気工学の技術発展において非常に重要な段階であった。現在、線路は解体されている。
VEI 研究所での直流線用の高電圧整流器のテスト、1961 年。
高圧直流線図 ヴォルゴグラード — ドンバス
見て： ソ連の電気設備と電気機器の写真（1959～1962年）
ニュージーランドの島々の間の HVDC — 長さ 611 km、電圧 — 270 kV、電力 — 600 MW、建設年 — 1965 年。1992 年以来、再建された АBB… 電圧 350 kV。
1977年以降これまで、すべての HVDC システムはソリッドステート コンポーネント (ほとんどの場合はサイリスタ) を使用して構築されてきましたが、1990 年代後半から IGBT コンバータが使用されるようになりました。
フランスとスペイン間の高電圧直流 (HVDC) 送電線用シーメンス変換所の IGBT インバータ
カホラ バッサ (モザンビーク - 南アフリカ) — 長さ 1420 km、電圧 533 kV、電力 — 1920 MW、建設年 1979 年。電圧 500 kV を超える最初の HVDC。 ABB 修理 2013-2014
エキバストゥズ — タンボフ (ソ連) — 長さ 2414 km、電圧 — 750 kV、電力 — 6000 MW。このプロジェクトは 1981 年に始まりました。運用が開始されれば、世界最長の送電線となります。ソビエト連邦の崩壊により建設現場は 1990 年頃に放棄され、この路線は完成することはありませんでした。
Interconnexion France Angleterre (フランス - イギリス) — 長さ 72 km、電圧 270 kV、電力 — 2000 MW、建設年 1986 年。
格州坡 — 上海 (中国) — 1046 km、500 kV、電力 1200 MW、1989 年。
リハンド・デリー（インド） — 長さ 814 km、電圧 — 500 kV、電力 — 1500 MW、建設年 — 1990 年。
バルト海ケーブル (ドイツ - スウェーデン) — 長さ 252 km、電圧 — 450 kV、電力 — 600 MW、建設年 — 1994 年。
ティエングアン（中国） — 長さ 960 km、電圧 — 500 kV、電力 — 1800 MW、建設年 — 2001 年。
タルチャー・コーラー（インド） — 長さ 1450 km、電圧 — 500 kV、電力 — 2500 MW、建設年 — 2003 年。
三峡 — 常州 (中国) — 長さ 890 km、電圧 — 500 kV、電力 — 3000 MW、建設年 — 2003 年。2004 年と 2006 年。「三峡」HVDC水力発電所から恵州と上海までの940キロと1060キロにさらに2つの送電線が建設された。
世界最大の水力発電所である三峡は常州、広東、上海と高圧直流線で結ばれている
香家坡-上海 (中国) — 福隆から奉夏までの路線。長さは1480km、電圧は800kV、電力は6400MW、建設年は2010年です。
雲南省 — 広東省 (中国) — 長さ 1418 km、電圧 — 800 kV、電力 — 5000 MW、建設年 — 2010 年。