|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 09/2002
Podmorskie linie przesyłowe… Prąd stały wychodzi taniej
|
|
|
Morskie linie kablowe od dawna stanowiły ważny obszar zastosowań technologii przesyłu energii elektrycznej wysokiego napięcia stałego (HVDC - High Voltage Direct Current – linie prądu stałego o wysokim napięciu).
|
Istotnie, pierwsza przemysłowa linia kablowa HVDC została zbudowana przez koncern ABB blisko 50 lat temu (1954 r.): był to morski kabel łączący wyspę Gotland ze Szwecją o zdolności przesyłowej 20 MW. Obecnie łączna przepustowość wszystkich linii HVDC na świecie przekroczyła już 8000 MW, a według przewidywań, w 2005 r. osiągnie 14000 MW.
Jednym z głównych czynników zwiększających zainteresowanie tymi układami przesyłowymi jest postępująca deregulacja rynków energii w wielu krajach świata. Układy te stają się szczególnie przydatne dla systemów elektroenergetycznych z okresowymi deficytami mocy, np. na obszarach uzależnionych od jednego źródła energii elektrycznej. Sytuacja taka występuje m.in. w Norwegii, gdzie prawie wszystka energia wytwarzana jest w elektrowniach wodnych. Połączenie tego kraju z Danią trzema morskimi kablami HVDC o przepustowości 940 MW pozwoliło na uniezależnienie się od kaprysów pogody obniżających okresowo posiadany potencjał hydroenergetyczny. Z drugiej strony Norwegia może przesyłać nadwyżki energii do swojego partnera, umożliwiając mu zmniejszenie produkcji w licznych, uciążliwych dla środowiska elektrowniach węglowych.
Oprócz znaczących korzyści ekonomicznych i ekologicznych zastosowanie morskich kabli prądu stałego posiada – w porównaniu z bardziej rozpowszechnionymi liniami kablowymi prądu przemiennego (HVAC) - szereg istotnych zalet technicznych:
- Koszt inwestycyjny linii HVDC jest niższy (dla linii dłuższych od 50 km) dzięki instalowaniu tylko jednego kabla DC zamiast trzech AC. Zysk ten kompensuje nakłady ponoszone na stację przekształtnikową.
- Straty mocy w kablach HVDC są znacznie niższe. Straty wydzielane w przekształtniku nie przekraczają 0,6% przesyłanej mocy.
- W układach DC nie występują problemy z gospodarką mocą bierną, co zmniejsza spadki napięć, straty mocy i podnosi przepustowość linii.
- Linie HVDC mogą łączyć dwa asynchronicznie pracujące systemy elektroenergetyczne.
- Układy HVDC umożliwiają szybkie sterowanie wielkości i kierunku przepływu mocy.
Podstawowy układ przesyłowy HVDC stanowi tzw. obwód jednobiegunowy (schemat na rysunku), w którym jako przewód powrotny wykorzystano ziemię i morze. W układzie tym rezygnacja z żyły powrotnej zmniejsza nie tylko koszt budowy linii, lecz także obniża znacznie straty z uwagi na wielki przekrój tego naturalnego toru prądowego. Większe straty i spadki napięcia występują jedynie w pobliżu elektrod, które należy umieszczać z dala od stacji przekształtnikowych, kabla i rurociągów w celu uniknięcia korozji. W niektórych przypadkach, wskutek obaw o wpływ na środowisko morskie, stosuje się pełny układ przesyłowy HVDC z żyłą powrotną. Takie rozwiązanie podnosi koszt linii o ok. 5% (układ dwubiegunowy zastosowano dla morskiej linii kablowej między Polską i Szwecją o zdolności przesyłowej 600 MW). Innym ze stosowanych rodzajów konfiguracji jest dwubiegunowy układ HVDC stanowiący połączenie dwóch wyżej wspomnianych układów jednobiegunowych.
Technologia kabli HVDC jest bardzo złożoną dziedziną, gdyż obejmuje szereg zjawisk elektrycznych i mechaniczno-cieplnych zachodzących w różnego rodzaju materiałach. Szczególne znaczenie ma dynamika procesów cieplnych. Zmiany obciążenia kabla wywołują odpowiednie zmiany temperatury i ciśnienia, co powoduje wzajemne przemieszczenia poszczególnych warstw materiałów. Procesy te wywierają wpływ na własności elektryczne izolacji i w ostatecznym efekcie mogą obniżyć niezawodność pracy kabla.
Najnowsza konstrukcja kabla HVDC opracowana przez ABB zostanie wykorzystana do budowy linii kablowej o parametrach 500 kV i 800 MW. Obecnie stosowane rozwiązania materiałów izolacyjnych takie jak izolacja z wytłaczanego polietylenu (XLPE) i uwarstwiona izolacja papierowa (PPLP) pozwolą już wkrótce podnieść przepustowość linii powyżej granicy 1000 MW.
Mimo iż obecnie eksploatowane linie HVDC odznaczają się bardzo wysoką niezawodnością, ich producenci wprowadzają nowe udoskonalenia służące jeszcze pełniejszemu wykorzystaniu zalet tych układów. Koncern ABB wprowadził dwa systemy optymalizacji pracy układów przesyłowych prądu stałego. System CDVC (cable dependent voltage control) służy do redukcji naprężeń elektrycznych w izolacji kabla. Dzięki odpowiedniemu sterowaniu mocy linii (przez regulację zarówno napięcia jak i prądu) nie dopuszcza się do przekroczenia dopuszczalnej wytrzymałości izolacji unikając jej przebicia bądź przyspieszonego starzenia, a także podnosi się przepustowość układu.
System CLPS (cable load prediction system) umożliwia pełniejsze wykorzystanie krótkotrwałej przeciążalności kabla nawet powyżej znamionowego prądu bez przekroczenia granicznych temperatur izolacji. Działanie systemu opiera się na pomiarach w czasie rzeczywistym temperatur powierzchni kabla i otoczenia. Na podstawie tych parametrów program komputerowy wyznacza aktualną dopuszczalną moc 15-minutową, którą można przesłać daną linią. Ten obliczony zapas mocy można uważać za rezerwę wirującą połączonych systemów elektroenergetycznych.
Rosnące potrzeby rynków energii przechodzących procesy deregulacji z jednej strony oraz coraz większe możliwości technologii przesyłu liniami prądu stałego (lądowymi i morskimi)
z drugiej strony, otwierają nowe perspektywy ich zwiększonego wykorzystania w wielu częściach świata.
|
Morski kabel.
|
|
|
|
