Gorące tematy: Wolni i Solidarni Smoleńsk Zostań BLOGEREM! RSS Kontakt
Uwaga! Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje JavaScript. JavaScript jest wymagany do poprawnego działania serwisu!
3719 postów 1776 komentarzy

Bogusław Jeznach

Bogusław Jeznach - Dzielić się wiedzą, zarażać ciekawością.

Sieci najwyższego napięcia

ZACHOWAJ ARTYKUŁ POLEĆ ZNAJOMYM

ENERGETYKA (04): Stałoprądowe sieci najwyższego napięcia (UHVDC) to szybko narastająca światowa rewolucja w przesyłaniu prądu na duże odległości.

 

Prąd elektryczny jest najwygodniejszą formą energii w praktycznym użyciu: rozświeca lampy, porusza silniki, wytwarza wysoką temperaturę w piecach i żelazkach, a niską w zamrażarkach i urządzeniach klimatyzacyjnych. Zrozumiała jest więc tendencja, aby na prąd zamieniać wszystkie inne formy pierwszego wytwarzania energii a następnie czerpać z tego źródła dla zaspokajania różnorakich potrzeb.

Powstaje jednak problem transportu tej energii. O ile paliwa kopalne, takie jak węgiel, ropa i gaz mogą być, jeśli to konieczne, przewożone do elektrowni, położonych nawet daleko od kopalń i szybów wydobywczych, to tego, gdzie powstaje energetyka alternatywna ze źródeł odnawialnych - wiatrowa, słoneczna i wodna, już nie można negocjować. Z przyrodą się nie dyskutuje. Oznacza to, że tę lepszą, czystą postać energii, otrzymywaną bez spalania od razu w formie prądu, trzeba w takiej właśnie formie przesyłać bezpośrednio, z miejsc wytwarzania do miejsc, gdzie jest potrzebna, czyli często na ogromne odległości. Nawet zresztą i paliwa kopalne, a zwłaszcza kłopotliwy i kosztowny w transporcie węgiel, lepiej byłoby spalać bez przewożenia w miejscu wydobycia, a wytworzoną z niego energię przesyłać w formie elektryczności do odległych miejsc jej zużytkowania.  

 

Przesył wielkich ilości prądu na tysiące kilometrów wymaga jednak innej technologii niż obecne sieci oparte na prądzie zmiennym, którymi przesyła się prąd co najwyżej na setki kilometrów w sieciach lokalnych. W Chinach, Indiach, Brazylii i Europie Zachodniej, a także w amerykańskim stanie Oklahoma, sieci te są obecnie szybko zastępowane tzw. supersieciami prądu stałego. Powstaje nowy rodzaj infrastruktury elektrycznej.

Powszechny dotychczas standard zmiennoprądowy przyjął się w wyniku tzw. „wojny prądów”, która towarzyszyła masowej elektryfikacji na Zachodzie w latach 1880-1900. Kiedy elektryczność płynie kablem jako prąd zmienny (AC) energia oscyluje, czyli ma postać fali. Kiedy płynie jako prąd stały (DC) - nie ma oscylacji. Obie formy prawie tak samo dobrze sprawdzają się w praktyce, ale czynnikiem, który w XIX wieku zadecydował o wyborze prądu zmiennego był transformator. Pozwala on zwiększyć napięcie AC po jego wytworzeniu, zapewniając bardziej wydajną transmisję na długich dystansach, a następnie zmniejszyć ponownie to napięcie na drugim końcu linii, aby bezpiecznie dostarczyć prąd o niższym napięciu do domów klientów i firm. W tamtym czasie DC nie dawał takich możliwości.

Kiedy się wreszcie pojawiły w latach 1920-ych, w formie zaworu łuku rtęciowego, system zmiennoprądowy był już powszechnie przyjęty. Nawet tyrystor w stanie stałym, kuzyn tranzystora, wynaleziony w latach pięćdziesiątych, nie oferował wielkich korzyści na dystansie dziesiątków lub setek kilometrów, które sieci energetyczne miały spinać. Zbudowano niektóre wysokonapięciowe linie DC, takie jak np. pod kanałem La Manche, łączące Wielką Brytanię i Francję, ale były one tam uzasadnione szczególnymi okolicznościami. W przypadku linii pod La Manche, przykładowo, przebieg linii AC pod wodą powoduje oddziaływania elektromagnetyczne, co skutkuje rozproszeniem i stratą  dużej ilości energii.

Przy odległościach transkontynentalnych bilans przewag odwraca się na korzyść prądu stałego. Gdy napięcie wzrasta, aby pchać prąd dalej, system AC zużywa (a tym samym marnuje) stale zwiększającą się ilość energii w celu przeciskania jej fal przez linię. Prąd stały nie ma tego problemu. Dalekobieżne linie elektryczne DC są również tańsze w budowie. W szczególności koszt stawiania pylonów jest mniejszy, ponieważ każdy kabel DC może przepuszczać znacznie więcej mocy niż równoważny kabel AC. To prawda, tyrystory są drogie - stacje konwerterowe z tyrystorami, które podnoszą i obniżają napięcie w przypadku linii przesyłowej z Oklahomy do Tennessee, kosztują około 1 miliarda dolarów, czyli dwie piąte całkowitego rachunku projektu. Jednak bardzo wysokie napięcia wymagane dla transkontynentalnej transmisji są najlepiej osiągalne przy prądzie stałym.

Przy całym podnieceniu, jakie towarzyszy budowie tej pierwszej linii UHVDC w USA, Ameryka i tak spóźniła się w tej konkurencji na pociąg. Kraje azjatyckie są już dużo dalej – a w szczególności Chiny. Budowa wielkich linii przesyłowych UHVDC jest tam w trakcie dynamiczniego rozwoju. Decyduje o tym geografia. Trzy czwarte zasobów węgla w Chinach znajduje się w północnej i północno-zachodniej części kraju. Cztery piąte jej elektrowni wodnych znajduje się na południowym zachodzie. Jednocześnie większość mieszkańców tego kraju mieszka na wschodzie, co najmniej 2000 km od tych głównych źródeł energii.

 Chińska przygoda z UHVDC zaczęła się w roku 2010 wraz z ukończeniem linii na 800.000 woltów od tamy Xiangjiaba w prowincji Yunnan do Szanghaju. Ma ona pojemność 6.400 MW (co odpowiada średniemu zużyciu energii w Rumunii). Inna linia - Jinping-Sunan, zakończona w 2013 r., przewadzi 7.200 MW z elektrowni wodnych na rzece Yalong w prowincji Syczuan do prowincji Jiangsu na wybrzeżu. Największa linia w budowie, łączącząca Changji-Guquan, będzie nieść 12 000 MW (połowa średniego zużycia energii w Hiszpanii) na odległość 3,400 km z bogatego w węgiel i wiatr regionu Xinjiang, na północnym zachodzie, do prowincji Anhui na wschodzie. Ta trasa jest tak długa, że​​potrzebne będzie  1,1 m wolt, aby przepchnąć tę ilość prądu do celu.

Chiński boom UHVDC był tak udany, że przedsiębiorstwo  国家电网 [Guójiā diànwǎng] znane także pod banalną nazwą angielską State Grid - monopolistyczna sieć państwowa produkcji energii elektrycznej, które stoi za tymi liniami, wzięło się także za budowy eksportowe. W 2015 r. State Grid wygrało kontrakt na budowę 2,500 km linii w Brazylii, z elektrowni wodnej Belo Monte na rzece Xingu, dopływu Amazonii, do Rio de Janeiro.

W ślady Chin idą również Indie chociaż tam linie produkcyjne są budowane przez europejskie i amerykańskie przedsiębiorstwa - ABB, Siemens i General Electric. Licząca 1.700 km linia North East Agra  połączy elektrownie wodne Assamu ze stanem Uttar Pradesz, jednym z najgęściej zaludnionych obszarów kraju. Po zakończeniu budowy i osiągnięciu maksymalnej wydajności, będzie ona przekazywać 6000 megawatów. Na obecnym poziomie zapotrzebowania wystarczy to dla 90 milionów Hindusów (w Uttar Pradesz mieszka 250 mln ludzi). Druga linia kraju, również obliczona na 6000 MW, prowadzi elektryczność w odległości 1.400 km od elektrowni węglowych w pobliżu Czampy w Czhattisgarh, do Kurukszetra w stanie Harijana po drodze mijając Delhi.

Cenne połączenia międzykontynentalne, takie jak budowane obecnie w Chinach, Brazylii i w Indiach, nie są bynajmniej jedynym pożytkiem z UHVDC. Energia elektryczna to nie jest prąd za nic. Zachowuje się ona zupełnie jak płyn, łącznie z uciekaniem w każdą szparę i wypełnianiem wszystkich luk, jeśli tylko ma szansę. Ta tendencja jest kolejnym powodem, że na długich dystansach trudno jest przypilnować mocy w sieciach AC - ponieważ są one wykonane z wielu połączonych linii. Linie UHVDC, mimo że są nazywane supersieciami, rzadko są faktycznie sieciami. Przeciwnie, są to raczej grube linie łączące punkt A z punktem B, z których wyciekanie prądu jest niemożliwe. Niektóre firmy spoglądają więc na nie myśląc o tym, że mogłyby posłużyć także do przesyłu energii na stosunkowo krótkich dystansach, podobnie jak na długich.

Jedną z takich firm jest 50Hertz, która obsługuje sieć w północno-wschodnich Niemczech. Prawie połowa mocy której firma tam dostarcza pochodzi ze źródeł odnawialnych, zwłaszcza wiatru. Firma chciałaby przesyłać dużo więcej tej energii na gęściej zaludnione południe Niemiec i do Austrii, ale każda dodatkowa moc, którą wprowadza do własnej sieci, rozprasza się w sąsiednich sieciach polskich i czeskich – co oczywiście wszystkich Niemców irytuje.

50Hertz  chce to obejść za pomocą nowej linii UHVDC, uruchomionej we współpracy z innymi operatorami sieci energetycznych w Niemczech. Ta linia, nazwana  SuedOstLink włączy się do stacji Meitingen w Bawarii, zastępując moc z wycofanych z eksploatacji południowo-niemieckich elektrowni jądrowych. Boris Schucht, szef 50Hertza, ma jeszcze większe plany niż ten. Mówi, że w ciągu dziesięciu lat UHVDC będzie się rozciągać od północy Szwecji aż do Bawarii. Potem przewiduje rozwój prawdziwej sieci UHVDC w Europie, czyli takiej,  w której linie rzeczywiście się ze sobą połączą.

Wymagać to będzie zupełnie nowych, specjalnie zaprojektowanych wyłączników do izolacji uszkodzonych kabli a także nowego przełącznika, aby zarządzać przepływami prądu, które nie tylko przebiegają z punktu A do B. Gdyby udało się to osiągnąć, korzystanie z odnawialnych źródeł energii stałoby się znacznie łatwiejsze. Kiedy w Niemczech silnie wieje wiatr, ale zapotrzebowanie na wytwarzaną energię elektryczną jest niewielkie (np. w nocy), linia UHVDC może wysłać ją do skandynawskich elektrowni wodnych, aby pompować tam wodę do góry, do zbiorników ponad turbinami. Tam będzie się ją przechowywać jako potencjalną energię elektryczna gotową do uwolnienia w razie potrzeby. Obiekty i urządzenia do magazynowania energii są bowiem równie często niewłaściwie zlokalizowane, tak samo jak same źródła energii odnawialnej. UHVDC pozwali zatem na połączenie generatorów i magazynów, tworząc prawdziwą sieć odnawialnych źródeł energii i wielkich "akumulatorów" wodnych.

W Azji coś podobnego może pojawić się w jeszcze szerszej skali. Do roku 2030 Chińska State Grid planuje utworzyć 23 połączeń UHVDC pomiędzy punktami A i B. Ale chce się poszerzać  dalej. W marcu 2016 r. firma ta podpisała memorandum z rosyjską firmą Rosseti, japońską SoftBank i koreańską KEPCO, w którym uzgodniono długoterminowy rozwój azjatyckiej supersieci. Projekt m.in. przewiduje, że energia wiatru z wielkiego Wygwizgowa, jakim jest Syberia i rosyjska Arktyka, byłaby przesyłana do aglomeracji miejskiej Seulu.

Ten projekt przypomina nieudany europejski Desertec, który miał podobne cele. Ale budowę Desertec zaczęto od dachu, z wielką wizją eksportu  niewyczerpanych zasobów energii słonecznej z Sahary do Europy. Dzisiejsze pomysły na azjatyckie i europejskie supersieci wynikają z rzeczywistych potrzeb operatorów sieciowych.

Takie projekty - ponadnarodowe i transkontynentalne - niosą ze sobą ryzyka nie tylko technicznej natury. Powierzenie sąsiadowi znacznej części produkcji energii elektrycznej to zainwestowanie ogromnego zaufania w stabilność polityczną i dobrą wiarę tegoż sąsiada. Brak takiego zaufania był w istocie jednym z powodów, dla których Desertec zawiódł. Gdyby jednak można było zaufać, korzyści byłyby ogromne. Ziemskie pustynie czy to smagane arktycznym wiatrem czy spiekane afrykańskim słońcem mogą, jeśli są odpowiednio podłączone, dostarczać ludziom dużo czystej, taniej energii. Technologie już są. Kwestią jest strategiczny pokój,  polityczna wola i trwałe zaufanie. (BJ)

 

W cyklu ENERGETYKA na moim blogu ukazały się jak dotychczas następujące pozycje:

 

01.Tranzystory hybrydowe (8.08.2011)

02.Baterie szybciej (3.04.2012)

03.Zasilanie bez drutu (20.08.2015)

04.Sieci najwyższego napięcia (20.04.2017)

 

KOMENTARZE

  • Fox
    To się nie sprawdzi.
    Co prawda straty na skutek indukcji, pojemności i związanego z tym oporu biernego oraz na skutek upływności przez indukcyjność i pojemność prądu zmiennego są większe, to jednak da się to kompensować, a zalety prądu zmiennego są ogromne.

    Być może chodzi o to, że przy przesyłaniu prądu na wielkie odległości np. 2000 km, trzeba byłoby stosować napięcia powyżej 2 MV, w związku z czym wystąpi wysokie prawdopodobieństwo pojawienia się harmonicznych możliwych do tetekcji, przez co ludzie wpadną za szybko na zakopane technologie przesyłu bezprzewodowego, ba nawet nie przesyłu, ale korzystania z energii, która nas otacza i przez nas przepływa.
  • Wielce ciekawy artykul.
    Sasiad ma smiglo co mu sie ciagle na wietrze obraca.Wszyscy mowia, ze sie to nie oplaca a ono mu sie obraca i jakis tam prad wytwarza 24/7.Podszedlem go kiedys i zapytalem czy cos z tego jest?On na to , ze lubi prywatnosc i zeby mu sie nikt do jego placu nie wtracal.Znaczy, ze sie oplaca.
  • @AlexSailor 08:28:25
    W większości ten temat jest poruszany powierzchownie .

    Prąd zmienny przyjął się dlatego ze pozwalał przesyłanie na duże odległości dzięki transformatorom .
    Prąd stały ograniczały przekroje przewodów potrzebne do przesyłu energii. Zwyczajnie musiałyby być ogromne .

    W nowej technologi UHVDC prąd o wysokim napięciu przepuszcza się przez prostownik i jako stały o wysokim napięciu jest przesyłany . w miejscu docelowym jest falownik przywracający naturę prądu zmiennego .

    To tak w skrócie i uproszczeniu, by można się orientować o co chodzi .
  • @fabi 10:18:06
    czytalem ze mozna rowniez wykorzystac wtedy pojemnosc miedzy linia a ziemia (kazde dwa przewodniki oddzielone izolatorem dzialaja jak kondensator), ale oplaca sie to wlasnie dopiero przy duuuzych napieciach i duuuzcyh odleglosciach, potem lepszy jest AC, a na koncu znowu DC:]

    ogolnie minelo prawie 100lat wiele sie zmienilo, np kiedys silniki BLDC to byly eksperymenty (a wczesniej w ogole nie bylo mozliwe sterowanie nimi chyba ze recznie:]), teraz kiedy procesory sa tanie jak barszcz mozna odejsc od komutatorow i strerowac procesorem

    moze tak samo z tymi liniami, kiedys sie nie dalo, a teraz tak

OSTATNIE POSTY

więcej

ARCHIWUM POSTÓW

PnWtŚrCzPtSoNd
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031