المستقبل يكمن في نقل الكهرباء باستخدام التيار المباشر؟ أرخبيل العالم وشبكته
اليوم ، تعتمد معظم خطوط الطاقة عالية الجهد على التيار المتردد. ومع ذلك ، فإن تطوير مصادر جديدة للطاقة ، ومحطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، بعيدًا عن المستوطنات والمستهلكين الصناعيين ، يتطلب شبكات نقل ، وأحيانًا على نطاق قاري. وهنا ، كما اتضح فيما بعد ، فإن HVDC أفضل من HVAC.
خط تيار مستمر عالي الجهد (اختصار لـ High Voltage Direct Current) لديها قدرة أفضل على حمل كميات كبيرة من الطاقة من HVAC (اختصار لـ High Voltage Alternate Current) ، من أجل مسافات طويلة. ربما تكون الحجة الأكثر أهمية هي التكلفة المنخفضة لمثل هذا الحل عبر مسافات طويلة. هذا يعني أنه مفيد جدًا لـ توفير الكهرباء لمسافات طويلة من مواقع الطاقة المتجددة التي تربط الجزر بالبر الرئيسي وحتى من المحتمل أن تكون قارات مختلفة مع بعضها البعض.
خط التكييف تتطلب بناء أبراج ضخمة وخطوط جر. هذا غالبا ما يسبب احتجاجات من السكان المحليين. يمكن وضع HVDC في أي مسافة طويلة تحت الأرض ، دون المخاطرة بخسائر كبيرة في الطاقةكما هو الحال مع شبكات التكييف المخفية. هذا حل أكثر تكلفة قليلاً ، لكنه وسيلة لتجنب العديد من المشاكل التي تواجهها شبكات النقل. بالطبع ، للإرسال من منطقة كولومبيا يمكن تكييف خطوط النقل الحالية والمقبولة اجتماعيًا ذات الأبراج العالية. هذا يعني أنه يمكنك إرسال المزيد من الطاقة عبر نفس الخطوط.
هناك العديد من المشكلات المتعلقة بنقل طاقة التيار المتردد المعروفة جيدًا لمهندسي الطاقة. وتشمل هذه ، من بين أمور أخرى توليد المجالات الكهرومغناطيسيةنتيجة لذلك ، تكون الخطوط مرتفعة فوق الأرض ومتباعدة عن بعضها البعض. هناك أيضًا خسائر في الحرارة في بيئة التربة والمياه والعديد من الصعوبات الأخرى التي تعلمت التعامل مع الوقت ، ولكنها لا تزال تثقل اقتصاديات الطاقة. تتطلب شبكات التيار المتردد العديد من التنازلات الهندسية ، ولكن من المؤكد أن استخدام التيار المتردد فعال من حيث التكلفة للإرسال. الكهرباء لمسافات طويلةلذلك في معظم الحالات ، هذه ليست مشاكل غير قابلة للحل. ومع ذلك ، هذا لا يعني أنه لا يمكنك استخدام حل أفضل.
هل ستكون هناك شبكة طاقة عالمية؟
في عام 1954 ، قامت ABB ببناء خط نقل DC عالي الجهد بطول 96 كم بين البر الرئيسي السويدي والجزيرة (1). كيف هو الجر يسمح لك بالحصول على ضعف الجهد ما أخبارك التيار المتناوب. لا تفقد خطوط التيار المستمر تحت الأرض والغواصات كفاءة نقلها مقارنة بالخطوط الهوائية. لا يُنشئ التيار المباشر مجالًا كهرومغناطيسيًا من شأنه أن يؤثر على الموصلات الأخرى أو الأرض أو الماء. يمكن أن يكون سمك الموصلات موجودًا ، لأن التيار المباشر لا يميل إلى التدفق فوق سطح الموصل. لا يوجد تردد للتيار المستمر ، لذلك من الأسهل توصيل شبكتين بترددات مختلفة وإعادة تحويلهما إلى تيار متردد.
لكن العاصمة لا يزال لديه نوعان من القيود التي منعته من السيطرة على العالم ، على الأقل حتى وقت قريب. أولاً ، كانت محولات الجهد أغلى بكثير من محولات التيار المتردد المادية البسيطة. ومع ذلك ، فإن تكلفة محولات التيار المستمر (2) تنخفض بسرعة. يتأثر خفض التكلفة أيضًا بحقيقة أن عدد الأجهزة التي تستخدم التيار المباشر على جانب أجهزة الاستقبال المستهدفة للطاقة آخذ في الازدياد.
2. محول سيمنز DC
المشكلة الثانية هي أن كانت قواطع التيار المستمر ذات الجهد العالي (الصمامات) غير فعالة. قواطع الدائرة هي مكونات تحمي الأنظمة الكهربائية من الحمل الزائد. قواطع دوائر ميكانيكية للتيار المستمر كانوا بطيئين للغاية. من ناحية أخرى ، على الرغم من أن المفاتيح الإلكترونية سريعة بشكل معقول ، فقد ارتبط تشغيلها حتى الآن بمعدلات عالية تصل إلى 30 بالمائة. فقدان الطاقة. كان من الصعب التغلب على هذا ، ولكن تم تحقيقه مؤخرًا من خلال جيل جديد من قواطع الدائرة الهجينة.
إذا تم تصديق التقارير الأخيرة ، فنحن في طريقنا للتغلب على التحديات التقنية التي ابتليت بها حلول HVDC. لذلك حان الوقت للانتقال إلى الفوائد التي لا شك فيها. تظهر التحليلات أنه على مسافة معينة ، بعد عبور ما يسمى ب.نقطة التوازن»(حوالي 600-800 كم) ، البديل HVDC ، على الرغم من أن تكاليفه الأولية أعلى من تكاليف بدء تشغيل تركيبات التيار المتردد ، إلا أنه يؤدي دائمًا إلى انخفاض إجمالي تكاليف شبكة النقل. مسافة التعادل للكابلات البحرية أقصر بكثير (عادة حوالي 50 كم) من الخطوط العلوية (3).
3. قارن الاستثمار وتكلفة نقل الطاقة بين HVAC و HVDC.
محطة DC ستكون دائمًا أكثر تكلفة من محطات التيار المتردد ، وذلك ببساطة لأنه يجب أن تحتوي على مكونات لتحويل جهد التيار المستمر وكذلك تحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد. لكن تحويل الجهد المستمر وقواطع الدائرة أرخص. يزداد هذا الحساب ربحًا.
حاليًا ، تتراوح خسائر الإرسال في الشبكات الحديثة من 7٪. تصل إلى 15 بالمائة للإرسال الأرضي على أساس التيار المتردد. في حالة النقل بالتيار المستمر ، تكون أقل بكثير وتظل منخفضة حتى عند وضع الكابلات تحت الماء أو تحت الأرض.
لذا فإن HVDC منطقي لمساحات أطول من الأرض. مكان آخر حيث سيعمل هذا هو السكان المنتشرون في جميع أنحاء الجزر. إندونيسيا مثال جيد. يبلغ عدد سكانها 261 مليون نسمة يعيشون على حوالي ستة آلاف جزيرة. تعتمد العديد من هذه الجزر حاليًا على النفط ووقود الديزل. وتواجه اليابان مشكلة مماثلة ، حيث يوجد بها 6 جزيرة ، 852 منها مأهولة.
تفكر اليابان في بناء خطي نقل كبيرين للتيار المستمر عالي الجهد مع البر الرئيسي في آسيا.مما سيجعل من الممكن التخلص من الحاجة إلى توليد وإدارة كل الكهرباء بشكل مستقل في منطقة جغرافية محدودة مع صعوبات كبيرة في التضاريس. يتم ترتيب دول مثل بريطانيا العظمى والدنمارك والعديد من البلدان الأخرى بطريقة مماثلة.
تقليديا ، تفكر الصين على نطاق يتجاوز مثيلاتها في الدول الأخرى. توصلت الشركة ، التي تدير شبكة الكهرباء المملوكة للدولة في البلاد ، إلى فكرة بناء شبكة عالمية عالية الجهد للتيار المستمر ستربط جميع محطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية في العالم بحلول عام 2050. مثل هذا الحل ، بالإضافة إلى تقنيات الشبكة الذكية التي تخصص وتوزع الطاقة بشكل ديناميكي من الأماكن التي يتم إنتاجها فيها بكميات كبيرة إلى الأماكن التي تحتاجها في الوقت الحالي ، يمكن أن تجعل من الممكن قراءة "الفني الشاب" تحت ضوء مصباح يعمل بالطاقة من الطاقة التي تولدها طواحين الهواء الموجودة في مكان ما في جنوب المحيط الهادئ. بعد كل شيء ، العالم كله هو نوع من الأرخبيل.
