האם עתיד העברת החשמל הוא באמצעות זרם ישר? הארכיפלג העולמי והרשת שלו
כיום, רוב קווי החשמל במתח גבוה מבוססים על זרם חילופין. עם זאת, פיתוח מקורות אנרגיה חדשים, תחנות כוח סולאריות ורוח, הממוקמות הרחק מהתנחלויות וצרכנים תעשייתיים, מצריך רשתות הולכה, לעיתים אף בקנה מידה יבשתי. וכאן, כפי שהתברר, HVDC עדיף על HVAC.
קו DC מתח גבוה (קיצור של High Voltage Direct Current) בעלי יכולת טובה יותר לשאת כמויות גדולות של אנרגיה מאשר HVAC (קיצור של High Voltage Alternate Current) עבור מרחק רב. אולי טיעון חשוב יותר הוא העלות הנמוכה יותר של פתרון כזה למרחקים ארוכים. זה אומר שזה מאוד שימושי עבור אספקת חשמל למרחקים ארוכים ממיקומי אנרגיה מתחדשת המחברים בין איים ליבשת ואף פוטנציאלית אפילו יבשות שונות זו לזו.
קו HVAC דורשים בנייה של מגדלים ענקיים וקווי מתיחה. זה גורם לעתים קרובות למחאות של תושבים מקומיים. ניתן להניח HVDC בכל מרחק רב מתחת לאדמה, ללא סיכון של הפסדי אנרגיה גדוליםכפי שקורה עם רשתות AC נסתרות. זהו פתרון מעט יקר יותר, אך זוהי דרך להימנע רבות מהבעיות שעומדות בפני רשתות השידור. כמובן, לשידור מ אזור קולומביה ניתן להתאים קווי תמסורת קיימים ומקובלים חברתית עם עמודים גבוהים. זה אומר שאתה יכול לשלוח יותר אנרגיה דרך אותם קווים.
ישנן בעיות רבות בהעברת כוח AC המוכרות היטב למהנדסי כוח. אלה כוללים בין היתר יצירת שדות אלקטרומגנטייםכתוצאה מכך, הקווים גבוהים מעל פני הקרקע ומרוחקים זה מזה. ישנם גם הפסדי חום בסביבת הקרקע והמים ועוד קשיים רבים שלמדו להתמודד עם הזמן, אך ממשיכים להכביד על כלכלת האנרגיה. רשתות AC דורשות פשרות הנדסיות רבות, אך השימוש ב-AC הוא בהחלט חסכוני להולכה. חשמל למרחקים ארוכיםאז ברוב המצבים אלו אינן בעיות בלתי פתירות. עם זאת, זה לא אומר שאתה לא יכול להשתמש בפתרון טוב יותר.
האם תהיה רשת אנרגיה גלובלית?
בשנת 1954, ABB בנתה קו תמסורת שקוע במתח DC במתח גבוה של 96 ק"מ בין היבשת השוודית לאי (1). איך המתיחה מאפשר לך להגיע למתח כפול מה קורה זרם חליפין. קווי DC תת קרקעיים ותת ימיים אינם מאבדים את יעילות ההולכה שלהם בהשוואה לקווים עיליים. זרם ישר אינו יוצר שדה אלקטרומגנטי שישפיע על מוליכים אחרים, אדמה או מים. עובי המוליכים יכול להיות כל שהוא, מכיוון שהזרם הישיר אינו נוטה לזרום על פני המוליך. ל-DC אין תדר, כך שקל יותר לחבר שתי רשתות בתדרים שונים ולהמיר אותן בחזרה ל-AC.
אולם זֶרֶם יָשָׁר עדיין יש לו שתי מגבלות שמנעו ממנו להשתלט על העולם, לפחות עד לאחרונה. ראשית, ממירי מתח היו הרבה יותר יקרים מממירי AC פיזיים פשוטים. עם זאת, העלות של שנאים DC (2) יורדת במהירות. הפחתת עלויות מושפעת גם מהעובדה שמספר המכשירים המשתמשים בזרם ישר בצד של מקלטים ממוקדי אנרגיה הולך וגדל.
2. שנאי DC של סימנס
הבעיה השנייה היא זה מפסקי זרם DC (נתיכים) במתח גבוה לא היו יעילים. מפסקי חשמל הם רכיבים המגנים על מערכות חשמל מעומס יתר. מפסקים מכניים DC הם היו איטיים מדי. מצד שני, למרות שמתגים אלקטרוניים הם די מהירים, ההפעלה שלהם הייתה קשורה עד כה לגדולים, עד ל-30 אחוז. אובדן חשמל. קשה היה להתגבר על זה אבל לאחרונה הושג עם דור חדש של מפסקי זרם היברידיים.
אם להאמין לדיווחים האחרונים, אנחנו בדרך להתגבר על האתגרים הטכניים שפקדו את פתרונות HVDC. אז הגיע הזמן לעבור ליתרונות שאין ספק. ניתוחים מראים כי במרחק מסוים, לאחר חציית מה שנקרא.נקודת שיווי משקל» (כ-600-800 ק"מ), חלופת ה-HVDC, למרות שהעלויות הראשוניות שלה גבוהות מעלויות ההפעלה של התקנות AC, מביאה תמיד לעלויות רשת ההולכה הכוללות נמוכות יותר. מרחק האיזון עבור כבלים תת ימיים קצר בהרבה (בדרך כלל בסביבות 50 ק"מ) מאשר עבור קווים עיליים (3).
3. השווה את ההשקעה והעלות של העברת כוח בין HVAC ל-HVDC.
מסוף DC הם תמיד יהיו יקרים יותר ממסופי AC, פשוט בגלל שהם חייבים להיות בעלי רכיבים להמרת מתח DC כמו גם המרה DC ל AC. אבל המרת מתח DC ומפסקים זולים יותר. חשבון זה נעשה יותר ויותר רווחי.
נכון לעכשיו, הפסדי שידור ברשתות מודרניות נעים בין 7%. עד 15 אחוז לשידור יבשתי המבוסס על זרם חילופין. במקרה של שידור DC, הם הרבה יותר נמוכים ונשארים נמוכים גם כאשר הכבלים מונחים מתחת למים או מתחת לאדמה.
אז HVDC הגיוני לשטחי אדמה ארוכים יותר. מקום נוסף שבו זה יעבוד הוא האוכלוסייה הפזורה על פני האיים. אינדונזיה היא דוגמה טובה. האוכלוסייה מונה 261 מיליון אנשים החיים על כששת אלפים איים. רבים מהאיים הללו תלויים כיום בנפט ובסולר. ליפן יש בעיה דומה עם 6 איים, 852 מהם מיושבים.
יפן שוקלת לבנות שני קווי תמסורת DC גדולים במתח גבוה עם יבשת אסיה.מה שיאפשר להיפטר מהצורך לייצר ולנהל באופן עצמאי את כל החשמל שלהם באזור גיאוגרפי מצומצם עם קשיי שטח משמעותיים. מדינות כמו בריטניה, דנמרק ורבות אחרות מסודרות בצורה דומה.
באופן מסורתי, סין חושבת בקנה מידה העולה על זה של מדינות אחרות. החברה, המפעילה את רשת החשמל בבעלות המדינה במדינה, העלתה את הרעיון לבנות רשת DC במתח גבוה עולמית שתחבר את כל תחנות הכוח הרוח והסולאריות בעולם עד שנת 2050. פתרון כזה, בתוספת טכניקות רשת חכמות שמקצות ומחלקות כוח באופן דינמי ממקומות שבהם הוא מיוצר בכמויות גדולות למקומות שבהם הוא נחוץ כרגע, יכולים לאפשר לקרוא את "טכנאי צעיר" תחת אורה של מנורה המופעלת. על ידי אנרגיה שנוצרת על ידי טחנות רוח הממוקמות אי שם בדרום האוקיינוס השקט. הרי כל העולם הוא סוג של ארכיפלג.
