Grootschalige transmissie van schone energie is het primaire probleem dat moet worden opgelost in het nieuwe energiesysteem
Er is een "Hu Huanyong-lijn" in de distributie van schone energie en de vraag naar elektriciteit in mijn land. Door factoren als klimaat, productiviteitsontwikkeling, historische politieke economie en andere factoren is de economische ontwikkeling tussen regio's in ons land onevenwichtig. De in 1935 voorgestelde "Hu Huanyong-lijn" (ook bekend als de Heihe-Tengchong-lijn) is een typische beschrijving van dit fenomeen: het gebied ten oosten van de Hu Huanyong-lijn beslaat ongeveer 36 procent van het landoppervlak van het land en beslaat meer dan 95 procent van de bevolking van het land (in de gegevens van de jaren 1930 op dat moment). Er is ook een "Hu Huanyong-lijn" in China's schone energiedistributie en elektriciteitsvraag. Het oosten van de Hu Huanyong-lijn verbruikt 86,5 procent van de elektriciteit, terwijl het westen slechts 13,5 procent verbruikt. Wat de distributie van schone energie betreft, blijkt echter uit de verdeling van windbronnen en lichtbronnen in China dat het westen van de Hu Huanyong-lijn veel hoger is dan het oosten van de Hu Huanyong-lijn. Met uitzondering van offshore windenergiebronnen, zijn andere hoogwaardige windbronnen ver verwijderd van belastingintensieve gebieden en hebben ze een enorme behoefte aan energie-inzet.
Offshore windenergie is een belangrijke schone energiebron langs de kust en het is de trend van deze tijd om offshore te gaan en op te schalen. China's offshore windenergie ontwikkelt zich snel. In 2020 zal China's geïnstalleerde capaciteit voor offshore windenergie 3,1 GW bereiken, waarmee Europa voor het eerst wordt overtroffen en 's werelds grootste markt voor offshore windenergie wordt, met nieuw geïnstalleerde capaciteit van meer dan de helft van het wereldtotaal. In 2021 zal China's nieuw geïnstalleerde capaciteit voor offshore windenergie 16,9 GW bedragen, een recordhoogte. Met de intrekking van de overheidssubsidies voor windenergie op zee in 2022 zal windenergie op zee echter het tijdperk van pariteit ingaan en zal het geïnstalleerde vermogen terugkeren naar het normale niveau. Offshore windenergie ligt dicht bij het laadcentrum, wat bevorderlijk is voor het verbruik, en de output van offshore windenergie is relatief stabiel en de gebruiksuren zijn hoog. Het is de beste schone energie in kustgebieden. Volgens de offshore windenergieplanning van Guangdong, Jiangsu en andere plaatsen, gecombineerd met de ontwikkelingstrend van buitenlandse offshore windenergie, zijn diepzee en grootschalige de algemene trend.
UHV DC is de beste oplossing voor grootschalige energietransmissie tussen regio's
UHV omvat UHV AC- en UHV DC-transmissie. UHV AC verwijst naar AC-transmissieprojecten met een spanningsniveau van 1000 kV en UHVDC verwijst naar DC-transmissieprojecten met een spanningsniveau van ± 800 kV en hoger. De technische principes en ontwikkelingslogica van de twee zijn totaal verschillend. UHV DC is een typisch point-to-grid energietransmissieproject. Het basisprincipe is om een convertorklep te gebruiken om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom, en vervolgens de gelijkstroom om te zetten in wisselstroom nadat deze naar de bestemming is getransporteerd, en vervolgens aan te sluiten op het wisselstroomnet. Het belangrijkste doel is het overbrengen van elektrische energie. Naast het overbrengen van elektrische energie, neemt AC UHV ook de rol op zich van het verbeteren van de netstructuur en het verbeteren van de stabiliteit van het net. DC-transmissietechnologie is een krachtoverbrengingstechnologie op basis van vermogenselektronicatechnologie. Vanwege de voordelen van een eenvoudige topologie, gemakkelijke spanningstransformatie en lage apparatuurkosten, is wisselstroomtransmissie de meest gebruikte technologie voor energietransmissie in landen over de hele wereld geworden, en het is nog steeds het belangrijkste onderdeel van het Chinese elektriciteitsnet. DC-transmissietechnologie is een technische route die samen met de geboorte van vermogenselektronica-technologie is ontwikkeld.
Volgens de verschillende vermogenselektronische apparaten en functies kan het worden onderverdeeld in twee routes: conventionele gelijkstroom (LCC) en flexibele gelijkstroom (VSC):
(1) Conventionele gelijkstroom (LCC) is een gelijkstroomtransmissietechnologie die gebruikmaakt van semi-gestuurde vermogenselektronische componenten zoals thyristors als de kerncomponenten van de convertorklep. De voordelen zijn een grote transmissiecapaciteit en lage kosten, maar het vereist een sterke ondersteuning van het AC-net. De hoeveelheid harmonischen is groot en blindvermogen moet worden geabsorbeerd uit het net, dus er moet een groot aantal DC-filter- en AC-filterapparatuur worden geconfigureerd.
(2) Flexible DC (VSC) is een DC-transmissietechnologie die gebruikmaakt van volledig gecontroleerde vermogenselektronische componenten zoals IGBT's als de kerncomponenten van de convertorklep. Het voordeel is dat het een wisselstroom kan vormen die zeer dicht bij de standaard sinusgolf ligt door middel van modulaire multi-level technologie, en het actieve vermogen en blindvermogen kunnen onafhankelijk worden aangepast zonder filterapparatuur of AC-netondersteuning. Het nadeel is dat de kosten hoog zijn en de leveringscapaciteit klein.
Vanuit het perspectief van energietransmissie over lange afstand heeft DC UHV duidelijke voordelen ten opzichte van AC UHV: het algemene patroon van gepartitioneerde werking van het elektriciteitsnet van mijn land zal niet veranderen. De exploitatie van het elektriciteitsnet van mijn land wordt uitgevoerd door drie belangrijke exploitanten, de State Grid Corporation of China, de China Southern Power Grid Corporation en de Inner Mongolia Electric Power Company. Er zijn 7 regionale synchrone elektriciteitsnetten, er is slechts een zwakke verbinding tussen de regionale elektriciteitsnetten en het grootste deel van de elektriciteitsproductie en -verbruik wordt binnen de regio opgewekt.
Volgens gegevens van de China Electricity Council zal in 2021 687,6 miljard kilowattuur elektriciteit worden getransporteerd tussen regio's in het hele land, goed voor slechts ongeveer 8,3 procent van het elektriciteitsverbruik van de hele samenleving, en de verbindingen tussen regio's zijn relatief zwak. Door uitbreiding van het wisselstroomnet kan het risico ontstaan dat het elektriciteitsnet stijgt in plaats van daalt. Volgens de 2018 Chinese Academy of Engineering's "my country's Future Power Grid Pattern Research (2020) Advisory Opinion", moeten we ons blijven houden aan de structuur met de zes grote regionale elektriciteitsnetten als het belangrijkste orgaan (de 2019 Chongqing-Hubei Project Investment Southwest Power Grid en Central China Power Grid worden na transport gescheiden). Daarom kan AC UHV geen stroom overbrengen tussen regio's en kan het alleen een rol spelen in specifieke situaties, zoals de aanwezigheid van hoogwaardige wind- en zonnebronnen en een grote vraag naar elektriciteit in hetzelfde elektriciteitsnet, en de afstand tussen de twee is relatief lang.
DC-transmissie is de beste regionale netaansluiting. Als gevolg van verschillen in de beschikbare middelen tussen regio's, heeft mijn land echter een relatief grote vraag naar interregionale elektriciteitstransmissie. DC-transmissie heeft de volgende drie voordelen, waardoor het de beste oplossing is voor interregionale energietransmissie:
(1) DC-transmissie heeft een uitstekende economie bij krachtoverbrenging over lange afstanden. De kosten van DC-convertorstations zijn hoger dan die van AC-onderstations, maar aangezien DC-transmissie geen huideffect en laadvermogen heeft, is de bezettingsgraad van transmissielijnen hoger. Daarom, wanneer de transmissieafstand lang genoeg is, zal de economie die van AC-transmissie overtreffen.
(2) Het kan worden gebruikt voor asynchrone netinterconnectie. De wisselstroomnetinterconnectie vereist dat de frequentie van het hele net consistent is, dus het kan niet worden gebruikt voor asynchrone netinterconnectie. Gelijkstroomtransmissie corrigeert eerst wisselstroom in gelijkstroom en keert het vervolgens om in wisselstroom, die kan worden toegepast op asynchrone netinterconnectie.
(3) Het is bevorderlijk voor de isolatie van netongevallen en vergroot het risico op netongevallen niet. UHV DC-transmissie kan worden beschouwd als een over lange afstand regelbare stroombron van het ontvangende eindnet. De roosters aan beide uiteinden zijn niet gekoppeld en de roosters aan beide uiteinden kunnen geïsoleerd worden. In het geval van een ernstig ongeval met het elektriciteitsnet kan UHV DC het ongeval isoleren zonder het risico op ongevallen met het elektriciteitsnet te vergroten. Een ander typisch toepassingsscenario van UHV AC is het versterken van het elektriciteitsnet. Aangezien de grootschalige gelijkstroomtransmissie van mijn land Noord-China, Oost-China, Centraal-China en Zuidwest-China binnenkomt, bepaalt de sterkte van het wisselstroomnet de veiligheid van het gehele stroomsysteem, en de vraag naar AC UHV neemt dienovereenkomstig toe.
De belangrijke rol van flexibele DC in nieuwe energiesystemen
Flexibele gelijkstroom is vooral geschikt voor de transmissie van grootschalige offshore windenergie in verre zeeën. Op dit moment is de reguliere transmissiemethode voor offshore windenergie AC-transmissie met hoog voltage, dat wil zeggen dat offshore windturbines worden aangesloten op offshore boosterstations, worden opgevoerd tot 220 kV of hogere spanningsniveaus en vervolgens naar onshore elektriciteitsnetten worden gestuurd. Aangezien DC-transmissie geen laadvermogen heeft, zijn de investering en transmissie-efficiëntie van onderzeese kabels beter dan AC-transmissie. Over het algemeen geldt dat wanneer de transmissieafstand groter is dan ongeveer 80 km, de economie van DC-transmissie hoger is dan die van AC-transmissie. Aangezien conventionele DC een sterke AC-netondersteuning vereist en offshore windparken zwakke AC-systemen zijn die zijn samengesteld uit windturbines, die niet kunnen voldoen aan de vereisten voor energietransmissie van conventionele DC, is flexibele DC bovendien de enige economische en haalbare oplossing geworden. De LCC-VSC hybride technologieroute lost effectief het probleem op van UHV DC-commutatiestoringen in gebieden met dichte DC-droppoints. Na tientallen jaren van bouwen heeft mijn land 32 projecten voor gelijkstroomtransmissie gebouwd met als hoofdfunctie krachttransmissie over lange afstanden, waarvan meer dan 10 projecten zich in de Yangtze-rivierdelta of de provincie Guangdong bevinden, en de dichte plaatsing leidt tot gelijkstroom transmissie tussen de twee plaatsen. Het risico van commutatiestoringen neemt toe en het verborgen gevaar van ongevallen met het elektriciteitsnet neemt toe. De flexibele DC kan de spanning zelfstandig ondersteunen zonder het risico van commutatiestoringen, en is de beste oplossing om DC naar de bovenstaande twee plaatsen te blijven voeden. Op dit moment heeft China Southern Power Grid het Wudongde DC-transmissieproject voltooid en bouwt het State Grid ook het Baihetan-Jiangsu UHV DC-transmissieproject, die beide flexibele DC-technologie hebben toegepast. Maar de technische oplossingen van de twee projecten zijn verschillend.
Flexibele DC-interconnectie vergroot de wederzijdse hulpcapaciteit van het elektriciteitsnet en verbetert de betrouwbaarheid en efficiëntie van de stroomvoorziening. Naast het conventionele elektriciteitstransmissieschema over lange afstanden tussen regionale elektriciteitsnetten in mijn land, kunnen back-to-back flexibele gelijkstroomroutes ook worden gebruikt voor interconnectie op de kruising van regionale elektriciteitsnetten. De zogenaamde back-to-back flexibele DC verwijst naar de constructie van een gelijkrichterstation en een inverterstation samen zonder een DC-lijn. De back-to-back flexibele DC-technologie kan de wederzijdse stroomcapaciteit tussen regionale elektriciteitsnetten verbeteren zonder de reikwijdte van ongevallen met stroomnetten uit te breiden. Bovendien zijn de 500 kV-elektriciteitsnetten in Guangdong, Jiangsu en andere plaatsen in China al erg groot, met complexe structuren en prominente problemen van overmatige kortsluitstroom. Het toevoegen van back-to-back flexibele DC om het elektriciteitsnet te "ontkoppelen" kan ook de bovenstaande problemen effectief oplossen. Het Chongqing-Hubei back-to-back-project en het in aanbouw zijnde Fujian-Guangdong-interconnectieproject zijn typische toepassingen van flexibele rechte back-to-back-projecten.