การส่ง hvdc จะเป็นอนาคตของการผลิตพลังงานหมุนเวียนได้อย่างไร

ความต้องการระบบส่งไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและยืดหยุ่นได้รับความรู้สึกอย่างต่อเนื่องในเศรษฐกิจอุตสาหกรรมในปัจจุบัน มีตัวเลือกมากมายสำหรับผู้กำหนดนโยบายและหน่วยงานเชิงพาณิชย์โดยระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง (HVDC)ซึ่งเป็นกลไกที่เป็นไปได้ในการจัดการพลังงาน

การพัฒนาเทคโนโลยี HVDCเป็นการแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของทะเลในวิธีการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลเนื่องจากมีประโยชน์หลายประการมากกว่าระบบส่งกระแสสลับ (AC) ระบบส่งกำลัง HVDCมีข้อดีในแง่ของการปล่อยมลพิษที่ต่ำลงและประหยัดค่าใช้จ่ายเมื่อติดตั้งเหนือศีรษะเป็นระยะทางไกลและใต้ดินหรือใต้น้ำในระยะทางสั้น ๆ

ด้วยการนำเสนอประสิทธิภาพชั่วคราวสูงสุดและลดการสูญเสียพลังงานโดยไม่คำนึงถึงระยะทางที่กระแสไฟฟ้าเดินทางระบบส่งกำลัง HVDC กำลังสร้างศักยภาพที่สำคัญสำหรับการส่งกำลังในระยะทางไกลเช่นเกาะและแม้แต่ทวีป ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี HVDC กำลังปูทางสำหรับระบบไฟฟ้าหมุนเวียนซึ่งบ่งบอกถึงอนาคตในเชิงบวกของตลาดระบบส่งกำลัง HVDC ซึ่งมีมูลค่าเกือบ 7.4 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2561

การส่งผ่าน HVDC: ถนนซุปเปอร์ไฮเวย์ไฟฟ้าสู่ยุคใหม่ของพลังงานหมุนเวียน

ระบบส่งกำลัง HVDC กำลังเกิดขึ้นในฐานะรากฐานที่มีการพัฒนาและนำระบบพลังงานใหม่จากแหล่งพลังงานหมุนเวียนมาใช้ ระบบพลังงานหมุนเวียนเช่นโครงการพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมักมีความผันผวนสูงและอยู่ในพื้นที่ห่างไกล เทคโนโลยี HVDC ที่พัฒนาอยู่ตลอดเวลากำลังได้รับความนิยมในการประหยัดพลังงานใหม่ด้วยสายส่ง HVDC ระยะไกลที่สามารถขนส่งพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดและให้พลังงานกับการสูญเสียน้อยที่สุด

สายการบิน HVDC กลายเป็น "ทางด่วนไฟฟ้า" ซึ่งกำลังเร่งอนาคตของระบบผลิตไฟฟ้าหมุนเวียนในสามวิธี ได้แก่ การเชื่อมต่อโรงไฟฟ้าที่มีอยู่การพัฒนาสถานีไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่และการบูรณาการโครงการพลังงานลมนอกชายฝั่ง เซมิคอนดักเตอร์ไฟฟ้าสายไฟฟ้าแรงสูงและตัวแปลงเป็นส่วนประกอบสำคัญของเทคโนโลยี HVDC ซึ่งนำคุณสมบัติที่แตกต่างมาสู่ระบบส่งกระแสตรง (DC) สมัยใหม่

ความต้องการในการสร้างสถานีไฟฟ้าใหม่สามารถเลื่อนออกไปได้ด้วยการติดตั้งระบบส่งกำลัง HVDC เนื่องจากเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าที่แตกต่างกันเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ระบบไฟฟ้าใหม่สามารถบรรลุผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมได้มากขึ้นจากแหล่งพลังงานน้ำขนาดใหญ่ซึ่งแทนที่ระบบผลิตความร้อนในระบบไฟฟ้าแบบเดิมผ่านสายส่ง HVDC

การส่งผ่าน HVDC กลายเป็นถนนซุปเปอร์ไฮเวย์สำหรับการรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่เพื่อนำเสนอกริดที่เชื่อมต่อกันซึ่งมีความน่าเชื่อถือและยืดหยุ่นเพียงพอที่จะรับมือกับความท้าทายของเศรษฐกิจพลังงานหมุนเวียนใหม่ กริดระบบส่งกำลัง HVDC ช่วยให้สามารถปรับสมดุลภาระระหว่างซูเปอร์ไฮเวย์พลังงาน HVDC และการแบ่งปันสายและสถานีแปลงในโครงการพลังงานแสงอาทิตย์และสถานีพลังงานลมนอกชายฝั่ง ดังนั้นการติดตั้งระบบส่งกำลัง HVDC จึงถือเป็นวิธีที่ประหยัดได้ในการจัดหาความซ้ำซ้อนและความน่าเชื่อถือในเครือข่ายไฟฟ้าดังกล่าว

นอกจากนี้ระบบเกียร์ HVDC ยังนำเสนอโซลูชั่นที่เป็นไปได้สำหรับความท้าทายทางขวาที่มีอยู่ ระบบส่งกำลัง HVDC หนึ่งระบบที่ติดตั้งเหนือศีรษะสามารถพิสูจน์ได้ว่าเชื่อถือได้มากกว่าสายส่งไฟฟ้ากระแสสลับสองวงจร โครงสร้างพื้นฐาน HVDC สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพไฟฟ้าชั่วคราวได้โดยใช้สายเคเบิล HVDC ที่หุ้มฉนวนในการใช้งานใต้ดินและใต้ทะเลซึ่งสามารถเร่งกระบวนการอนุญาตที่ถูกต้องได้ นอกจากนี้ยังสามารถติดตั้งระบบเกียร์ HVDC ติดกับหรือบนสาย AC ที่มีอยู่ได้ซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการใช้ที่ดินอย่างถูกต้อง

เทคโนโลยีตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า (VSC) ในระบบส่งกำลัง HVDC

ระบบส่งกำลัง HVDC ใช้ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าแบบ line-commuted (LCC) ซึ่งต้องใช้พลังงานปฏิกิริยาจากตัวเก็บประจุแบบอนุกรมธนาคารปัดหรือตัวกรองในการทำงาน อย่างไรก็ตามระบบส่งกำลัง HVDC แบบเดิมไม่สามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกให้กับเครือข่าย AC และควบคุมแรงดันไฟฟ้าของระบบภายใต้ช่วงที่ยอมรับได้ภายในค่าเผื่อที่ต้องการ ดังนั้นตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าจึงถูกใช้ในระบบส่งกำลัง HVDC ทั่วไปไม่เพียง แต่ให้การควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกให้กับเครือข่าย AC เท่านั้น แต่ยังควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในระบบด้วย

ระบบส่งกำลัง HVDC ที่ใช้เทคโนโลยี VSC สามารถให้การควบคุมทั้งกำลังที่ใช้งานและกำลังปฏิกิริยาอย่างอิสระโดยไม่มีการสับเปลี่ยนล้มเหลว การสลับวาล์ว IGBT ในการส่งผ่าน HVDC ที่ใช้ VSC เป็นไปตามการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ซึ่งช่วยให้ระบบสามารถปรับมุมเฟสและแอมพลิจูดของแรงดันเอาต์พุต AC ของคอนเวอร์เตอร์ด้วยแรงดัน DC คงที่

นอกจากนี้ระบบส่งสัญญาณ HVDC ที่ใช้ VSC ยังประกอบด้วยระบบควบคุมและป้องกันอิสระสองระบบซึ่งประกอบด้วยตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลและไมโครคอนโทรลเลอร์และมีความซ้ำซ้อนเพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีความน่าเชื่อถือสูง คุณลักษณะดังกล่าวเป็นผลมาจากความโน้มเอียงของผู้ใช้ปลายทางที่มีต่อเทคโนโลยี VSC มากกว่าเทคโนโลยี LCC ในระบบส่งกำลัง HVDC

ระบบ HVDC ที่ใช้ VSC กำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นในตลาดระบบส่งกำลัง HVDC โดยมีส่วนแบ่งรายได้มากกว่า 55% ของตลาด เทคโนโลยีการส่งผ่าน VSC มาถึงยุคสำหรับระบบเกียร์ HVDC ทั่วไปแม้ว่าจะเป็นตัวเลือกที่ค่อนข้างแพงสำหรับการใช้งานระบบส่งกำลังที่มีคะแนนสูงกว่า

บริษัท ชั้นนำในตลาดระบบส่งกำลัง HVDCกำลังสนับสนุนการนำเทคโนโลยี VSC มาใช้เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของการส่งผ่าน HVDC ในโครงการพลังงานหมุนเวียนที่ดำเนินการทั่วโลก ตัวอย่างเช่น Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation ซึ่งเป็นผู้ผลิตระบบผลิตไฟฟ้าชั้นนำของญี่ปุ่น - ประกาศการติดตั้งสายส่ง HVDC ที่ใช้ VSC ซึ่งเชื่อมต่อระหว่างแผ่นดินใหญ่ของญี่ปุ่น (Honshu) ไปยังเกาะทางตอนเหนือของฮอกไกโดในเดือนมีนาคม 2019 ประกาศว่านี่เป็นระบบ HVDC ที่ใช้ VSC เครื่องแรกของญี่ปุ่นที่รองรับกำลังการเชื่อมต่อโครงข่าย 600 เมกะวัตต์

ในเดือนเมษายน 2019 ABB Group ซึ่งเป็น บริษัท ข้ามชาติสัญชาติสวิส - สวีเดนที่ดำเนินธุรกิจด้านพลังงานอุปกรณ์ไฟฟ้าหนักและกลุ่มเทคโนโลยีอัตโนมัติได้ประกาศว่าได้จัดตั้ง บริษัท ร่วมทุนกับ Hitachi, Ltd. ซึ่งเป็น บริษัท ในเครือข้ามชาติของญี่ปุ่นเพื่อส่งมอบ VSC - ใช้ระบบส่งกำลัง HVSC สำหรับสถานีย่อย Higashi-Shimizu ในญี่ปุ่น บริษัท ประกาศว่าระบบเกียร์ HVDC ที่ใช้ VSC จะมีตัวแปลง VSC สองตัว (ตัวละ 300,000 กิโลวัตต์) และฮิตาชิจะสร้างระบบซึ่งจะประกอบด้วยหม้อแปลงตัวแปลงฮิตาชิและตัวแปลง ABB HVDC พร้อมระบบควบคุมและป้องกัน

ความก้าวหน้าในโครงสร้างพื้นฐาน Ultra HVDC (UHVDC) สำหรับการส่งพลังงานทดแทน

การพัฒนาระบบส่งกำลัง UHVDC เป็นหนึ่งในความก้าวหน้าล่าสุดของเทคโนโลยีการส่งผ่าน HVDC ซึ่งช่วยให้สามารถส่งแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างน้อย 800 kV ระบบเกียร์ธรรมดา HVDC โดยทั่วไปใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่าง 100 kV ถึง 600 kV ในขณะที่เศรษฐกิจพลังงานโลกใหม่ค่อยๆเคลื่อนตัวไปสู่ระบบกริดพลังงานระดับทวีประบบส่งกำลัง UHVDC มีแนวโน้มที่จะได้รับความสำคัญอย่างมากทั่วโลก

ภูมิภาคที่พัฒนาแล้วเป็นหนึ่งในตลาดที่ดีที่สุดสำหรับระบบส่งสัญญาณ UHVDC เนื่องจากประเทศที่พัฒนาแล้วกำลังผลิตพลังงานหมุนเวียนจำนวนมาก อเมริกาเหนือและยุโรปเป็นหนึ่งในตลาดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับระบบส่งกำลัง HVDC เนื่องจากหน่วยงานที่กำกับดูแลในภูมิภาคเหล่านี้กำลังลงทุนอย่างมากเพื่อพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน HVDC เพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศ

สหราชอาณาจักรเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำในยุโรปที่มีการนำระบบส่งสัญญาณ HVDC มาใช้ สหราชอาณาจักรแบ่งปันการเชื่อมโยง HVDC กับประเทศเพื่อนบ้านหลายประเทศรวมถึงนอร์เวย์ไอร์แลนด์ฝรั่งเศสและฮอลแลนด์ นอกจากนี้สหรัฐอเมริกาได้ส่งเสริมการลงทุนในการผลิตพลังงานสะอาดและการใช้ระบบส่งสัญญาณ HVDC กำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในประเทศ เครือข่ายระบบไฟฟ้าซุปเปอร์ไฮเวย์ระหว่างรัฐที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่องในสหรัฐอเมริกาทำให้อเมริกาเหนือเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับระบบส่งกำลัง HVDC โดยมีส่วนแบ่งรายได้เกือบหนึ่งในสี่ของตลาดโลก

อย่างไรก็ตามประเทศเศรษฐกิจเกิดใหม่จำนวนเพิ่มขึ้นแสดงให้เห็นถึงการเติบโตที่มีแนวโน้มในการผลิตพลังงานหมุนเวียนด้วยการพัฒนาสถานีไฟฟ้าพลังน้ำและโครงการพลังงานลม ประเทศกำลังพัฒนาเป็นที่ตั้งของโครงการพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมขนาดใหญ่และมีการนำระบบส่งกำลัง UHVDC มาใช้เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในประเทศเหล่านี้

จีนกลายเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำของโลกที่นำระบบส่งสัญญาณ UHVDC มาใช้เป็นครั้งแรก ในปี 2010 สายส่ง UHVDC สายแรกของโลกถูกสร้างขึ้นโดย ABB Group ระหว่างเซี่ยงไฮ้และเซียงเจียบาในประเทศจีนด้วยกำลังไฟ 6.4 GW และความยาวรวมประมาณ 1,907 กม. ภายในปี 2560 ประเทศนี้ลงทุนกว่า 400 พันล้านหยวน (57,000 ล้านเหรียญสหรัฐ) เพื่อพัฒนาสายส่ง UHVDC ใหม่อย่างน้อย 21 สายในประเทศ

General Electric Company (GE) ซึ่งเป็นกลุ่ม บริษัท ข้ามชาติของอเมริกาได้ทำการว่าจ้างระบบส่งกำลัง HVDC เฟสแรก 1,500 เมกะวัตต์ในเมือง Chhattisgarh ประเทศอินเดียในปี 2017 บริษัท Power Grid Corporation of India Limited ซึ่งเป็น บริษัท ไฟฟ้าที่รัฐเป็นเจ้าของของอินเดีย บริษัท - ลงทุนกว่า 6,300 crore INR ในโครงการ กระทรวงพลังงานประกาศว่ากำลังการผลิตของโครงการได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมเป็น 6,000 เมกะวัตต์ด้วยการลงทุนกว่า 5,200 ล้านรูปี INR ในเดือนธันวาคม 2018 GE ประกาศว่านี่เป็นโครงการ UHVDC แห่งแรกของ บริษัท ในอินเดียและในโลกซึ่งเป็น 1,287 กม. พลังงานซุปเปอร์ไฮเวย์ที่มีกำลังส่งสูงถึง 3,000 เมกะวัตต์

ด้วยการใช้ระบบส่งสัญญาณ UHVDC ที่เพิ่มขึ้นในประเทศเศรษฐกิจเกิดใหม่เช่นจีนและอินเดียภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก (ไม่รวมญี่ปุ่น) กำลังกลายเป็นตลาดที่มีการเติบโตสูงสำหรับระบบส่งกำลัง HVDC แนวโน้มในอนาคตของภาคการส่งและจำหน่ายไฟฟ้า (T&D) ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการผสมผสานของแหล่งพลังงานหมุนเวียน

การเพิ่มการลงทุนในภาค T&D จะหนุนการผลิตพลังงานหมุนเวียนในปีต่อ ๆ ไป ด้วยเหตุนี้จึงกระตุ้นให้เกิดการใช้ระบบเกียร์ HVDC ทั่วโลกเพื่อเป็นโซลูชันที่ยืดหยุ่นและประหยัดสำหรับการจัดการความท้าทายในการผลิตพลังงานใหม่และการรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียนในปีต่อ ๆ ไป