การส่งพลังงานสะอาดจำนวนมากเป็นปัญหาหลักที่ต้องแก้ไขในระบบไฟฟ้าใหม่
มี "เส้น Hu Huanyong" ในการกระจายพลังงานสะอาดและความต้องการไฟฟ้าในประเทศของฉัน เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพภูมิอากาศ การพัฒนาผลผลิต เศรษฐกิจการเมืองในอดีต และปัจจัยอื่นๆ การพัฒนาเศรษฐกิจในภูมิภาคต่างๆ ในประเทศของเราจึงไม่สมดุล "เส้นหูหวนหยง" (หรือที่เรียกว่าเส้นเฮยเหอ-เถิงชง) ที่เสนอในปี 2478 เป็นคำอธิบายทั่วไปของปรากฏการณ์นี้ พื้นที่ทางตะวันออกของเส้นหูหวนหยงกินพื้นที่ประมาณ 36 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ดินของประเทศและกินพื้นที่มากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ ของประชากรของประเทศ (ข้อมูลในช่วงปี 1930 ในขณะนั้น) นอกจากนี้ยังมี "เส้น Hu Huanyong" ในการกระจายพลังงานสะอาดและความต้องการไฟฟ้าของจีน ทางตะวันออกของสาย Hu Huanyong ใช้ไฟฟ้า 86.5 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ทางตะวันตกใช้เพียง 13.5 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม ในแง่ของการกระจายพลังงานสะอาด จะเห็นได้จากการกระจายทรัพยากรลมและทรัพยากรแสงในจีนว่าทางตะวันตกของเส้น Hu Huanyong สูงกว่าทางตะวันออกของเส้น Hu Huanyong มาก ยกเว้นแหล่งพลังงานลมนอกชายฝั่ง แหล่งพลังงานลมคุณภาพสูงอื่นๆ อยู่ห่างไกลจากพื้นที่ใช้งานหนักและมีความต้องการติดตั้งพลังงานจำนวนมาก
พลังงานลมนอกชายฝั่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่สำคัญตามแนวชายฝั่ง และเป็นแนวโน้มของเวลาที่จะออกไปนอกชายฝั่งและขยายขนาดขึ้น พลังงานลมนอกชายฝั่งของจีนกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในปี 2563 กำลังการผลิตติดตั้งพลังงานลมนอกชายฝั่งของจีนจะสูงถึง 3.1 กิกะวัตต์ ซึ่งแซงหน้ายุโรปเป็นครั้งแรก และกลายเป็นตลาดพลังงานลมนอกชายฝั่งที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีกำลังการผลิตติดตั้งใหม่เกินครึ่งหนึ่งของกำลังการผลิตทั้งหมดของโลก ในปี 2564 กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังงานลมนอกชายฝั่งของจีนที่ติดตั้งใหม่จะอยู่ที่ 16.9 กิกะวัตต์ ซึ่งสูงเป็นประวัติการณ์ อย่างไรก็ตาม ด้วยการถอนเงินอุดหนุนจากรัฐสำหรับพลังงานลมนอกชายฝั่งในปี 2565 พลังงานลมนอกชายฝั่งจะเข้าสู่ยุคแห่งความเสมอภาค และกำลังการผลิตติดตั้งจะกลับสู่ระดับปกติ พลังงานลมนอกชายฝั่งอยู่ใกล้กับโหลดเซ็นเตอร์ ซึ่งเอื้อต่อการบริโภค และเอาต์พุตของพลังงานลมนอกชายฝั่งค่อนข้างคงที่ และชั่วโมงการใช้งานสูง เป็นพลังงานสะอาดที่ดีที่สุดในพื้นที่ชายฝั่งทะเล ตามการวางแผนพลังงานลมนอกชายฝั่งของมณฑลกวางตุ้ง เจียงซู และสถานที่อื่น ๆ เมื่อรวมกับแนวโน้มการพัฒนาพลังงานลมนอกชายฝั่งต่างประเทศ ทะเลลึก และขนาดใหญ่เป็นแนวโน้มทั่วไป
UHV DC เป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการส่งไฟฟ้าขนาดใหญ่ทั่วภูมิภาค
UHV รวมถึงการส่ง UHV AC และ UHV DC UHV AC หมายถึงโครงการส่งไฟฟ้ากระแสสลับที่มีระดับแรงดันไฟฟ้า 1,000kV และ UHVDC หมายถึงโครงการส่งไฟฟ้ากระแสตรงที่มีระดับแรงดันไฟฟ้า ±800kV ขึ้นไป หลักการทางเทคนิคและตรรกะการพัฒนาของทั้งสองแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง UHV DC เป็นโครงการส่งไฟฟ้าแบบจุดต่อกริดโดยทั่วไป หลักการพื้นฐานของมันคือการใช้วาล์วคอนเวอร์เตอร์เพื่อแปลงไฟ AC เป็นไฟ DC จากนั้นจึงแปลงไฟ DC เป็นไฟ AC หลังจากขนส่งไปยังปลายทางแล้วเชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้ากระแสสลับ จุดประสงค์หลักคือการส่งพลังงานไฟฟ้า นอกเหนือจากการส่งพลังงานไฟฟ้าแล้ว AC UHV ยังทำหน้าที่ปรับปรุงโครงสร้างโครงข่ายไฟฟ้าและเพิ่มความเสถียรของโครงข่ายไฟฟ้าอีกด้วย เทคโนโลยีการส่งกระแสตรงเป็นเทคโนโลยีการส่งกำลังที่ใช้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เนื่องจากข้อได้เปรียบของโทโพโลยีที่เรียบง่าย การแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายดาย และต้นทุนอุปกรณ์ที่ต่ำ การส่งไฟฟ้ากระแสสลับจึงกลายเป็นเทคโนโลยีการส่งกำลังไฟฟ้าที่ใช้บ่อยที่สุดในประเทศต่างๆ ทั่วโลก และยังคงเป็นส่วนสำคัญที่สุดของโครงข่ายไฟฟ้าของจีน เทคโนโลยีการส่งสัญญาณ DC เป็นเส้นทางทางเทคนิคที่พัฒนาขึ้นพร้อมกับการกำเนิดของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง
ตามอุปกรณ์และฟังก์ชันอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่แตกต่างกัน มันสามารถแบ่งออกเป็นสองเส้นทาง: กระแสตรงธรรมดา (LCC) และกระแสตรงแบบยืดหยุ่น (VSC):
(1) กระแสตรงธรรมดา (LCC) เป็นเทคโนโลยีการส่งกระแสตรงที่ใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบกึ่งควบคุม เช่น ไทริสเตอร์เป็นส่วนประกอบหลักของวาล์วคอนเวอร์เตอร์ ข้อดีของมันคือความสามารถในการรับส่งข้อมูลขนาดใหญ่และต้นทุนต่ำ แต่ต้องการการสนับสนุนกริดไฟฟ้ากระแสสลับที่แข็งแกร่ง ปริมาณฮาร์มอนิกมีมาก และจำเป็นต้องดูดซับพลังงานรีแอกทีฟจากกริด ดังนั้นจึงต้องกำหนดค่าอุปกรณ์กรอง DC และอุปกรณ์กรอง AC จำนวนมาก
(2) Flexible DC (VSC) เป็นเทคโนโลยีการส่งกระแสตรงที่ใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีการควบคุมอย่างสมบูรณ์ เช่น IGBT เป็นส่วนประกอบหลักของวาล์วคอนเวอร์เตอร์ ข้อดีของมันคือสามารถสร้างกระแสสลับได้ใกล้เคียงกับคลื่นไซน์มาตรฐานมากผ่านเทคโนโลยีโมดูลาร์หลายระดับ และสามารถปรับกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานและพลังงานปฏิกิริยาได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์กรองหรือรองรับกริดไฟฟ้ากระแสสลับ ข้อเสียคือต้นทุนสูงและความสามารถในการจัดส่งมีขนาดเล็ก
จากมุมมองของการส่งไฟฟ้าทางไกล DC UHV มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนกว่า AC UHV: รูปแบบทั่วไปของการทำงานแบบแบ่งพาร์ติชันของโครงข่ายไฟฟ้าในประเทศของฉันจะไม่เปลี่ยนแปลง การดำเนินงานของโครงข่ายไฟฟ้าในประเทศของฉันดำเนินการโดยผู้ให้บริการหลักสามราย ได้แก่ State Grid Corporation of China, China Southern Power Grid Corporation และ Inner Mongolia Electric Power Company มีโครงข่ายไฟฟ้าซิงโครนัสระดับภูมิภาค 7 แห่ง และมีเพียงการเชื่อมต่อที่อ่อนแอระหว่างโครงข่ายไฟฟ้าระดับภูมิภาค และการผลิตและการใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในภูมิภาค
จากข้อมูลของสภาการไฟฟ้าแห่งประเทศจีน ในปี 2564 ไฟฟ้าจำนวน 687.6 พันล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมงจะถูกส่งผ่านภูมิภาคต่างๆ ทั่วประเทศ ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนเพียงร้อยละ 8.3 ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าของทั้งสังคม และการเชื่อมต่อระหว่างภูมิภาคค่อนข้างน้อย อ่อนแอ. การขยายโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับอาจทำให้ความเสี่ยงของโครงข่ายไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแทนที่จะลดลง ตามรายงานของ Chinese Academy of Engineering ในปี 2018 "การวิจัยรูปแบบกริดพลังงานในอนาคตของประเทศของฉัน (2020) ความคิดเห็นที่ปรึกษา" เราควรยังคงยึดมั่นในโครงสร้างโดยมีโครงข่ายไฟฟ้าหลัก 6 แห่งของภูมิภาคเป็นตัวหลัก (การลงทุนโครงการฉงชิ่ง-หูเป่ย์ปี 2019 Southwest Power Grid และ Central China Power Grid จะถูกแยกออกจากกันหลังการขนส่ง) ดังนั้น AC UHV จึงไม่สามารถส่งพลังงานข้ามภูมิภาคได้ และมีบทบาทในสถานการณ์เฉพาะเท่านั้น เช่น การมีแหล่งพลังงานลมและแสงอาทิตย์คุณภาพสูง และความต้องการไฟฟ้าจำนวนมากในโครงข่ายไฟฟ้าเดียวกัน และระยะห่างระหว่างทั้งสอง ค่อนข้างยาว
การส่ง DC เป็นการเชื่อมต่อกริดระดับภูมิภาคที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแตกต่างในการจัดสรรทรัพยากรในแต่ละภูมิภาค ประเทศของฉันจึงมีความต้องการค่อนข้างมากสำหรับระบบส่งไฟฟ้าระหว่างภูมิภาค การส่งกระแสตรงมีข้อดีสามประการต่อไปนี้ ทำให้เป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการส่งกำลังระหว่างภูมิภาค:
(1) ระบบส่งกำลัง DC มีความประหยัดที่โดดเด่นในการส่งกำลังทางไกล ค่าใช้จ่ายของสถานีคอนเวอร์เตอร์ DC นั้นสูงกว่าสถานีย่อย AC แต่เนื่องจากการส่งสัญญาณ DC ไม่มีผลกระทบต่อผิวหนังและพลังงานการชาร์จ อัตราการใช้ประโยชน์ของสายส่งจึงสูงกว่า ดังนั้นเมื่อระยะการส่งสัญญาณยาวเพียงพอ ความประหยัดของมันจะเหนือกว่าการส่งสัญญาณแบบ AC
(2) สามารถใช้สำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายแบบอะซิงโครนัส การเชื่อมต่อระหว่างกริด AC ต้องการให้ความถี่ของกริดทั้งหมดสอดคล้องกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้สำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายกริดแบบอะซิงโครนัสได้ การส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงจะแก้ไขไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงก่อนแล้วจึงเปลี่ยนกลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งสามารถนำไปใช้กับการเชื่อมต่อโครงข่ายแบบอะซิงโครนัสได้
(3) เอื้อต่อการแยกอุบัติเหตุจากกริดและไม่ขยายความเสี่ยงของอุบัติเหตุกริด การส่ง UHV DC ถือได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานที่ควบคุมได้ทางไกลของกริดรับสัญญาณ กริดที่ปลายทั้งสองไม่เชื่อมต่อกัน และสามารถแยกกริดที่ปลายทั้งสองได้ ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงเกี่ยวกับโครงข่ายไฟฟ้า UHV DC สามารถแยกอุบัติเหตุโดยไม่ขยายความเสี่ยงของอุบัติเหตุโครงข่ายไฟฟ้า สถานการณ์การใช้งานทั่วไปอีกอย่างหนึ่งของ UHV AC คือการเสริมความแข็งแกร่งให้กับโครงข่ายไฟฟ้า เนื่องจากการส่งไฟฟ้ากระแสตรงขนาดใหญ่ในประเทศของฉันเข้าสู่จีนเหนือ จีนตะวันออก จีนกลาง และจีนตะวันตกเฉียงใต้ ความแข็งแกร่งของโครงข่ายไฟฟ้ากระแสสลับจะกำหนดความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าทั้งหมด และความต้องการ AC UHV ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย
บทบาทสำคัญของ DC แบบยืดหยุ่นในระบบไฟฟ้าใหม่
ไฟฟ้ากระแสตรงแบบยืดหยุ่นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการส่งพลังงานลมนอกชายฝั่งขนาดใหญ่ในทะเลอันไกลโพ้น ในปัจจุบัน วิธีการส่งพลังงานลมนอกชายฝั่งกระแสหลักคือการส่งไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูง กล่าวคือ กังหันลมนอกชายฝั่งเชื่อมต่อกับสถานีเพิ่มแรงดันนอกชายฝั่ง เพิ่มแรงดันเป็น 220kV หรือระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า แล้วจึงส่งไปยังโครงข่ายไฟฟ้าบนบก เนื่องจากการส่งสัญญาณแบบกระแสตรงไม่มีการชาร์จไฟ การลงทุนและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสายเคเบิลใต้น้ำจึงดีกว่าการส่งสัญญาณแบบไฟฟ้ากระแสสลับ โดยทั่วไป เมื่อระยะการส่งมากกว่า 80 กม. ความประหยัดของการส่งกระแสตรงจะสูงกว่าการส่งสัญญาณแบบ AC นอกจากนี้ เนื่องจาก DC ทั่วไปต้องการการรองรับกริดไฟฟ้ากระแสสลับที่แข็งแกร่ง และฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับที่อ่อนแอซึ่งประกอบด้วยกังหันลม ซึ่งไม่สามารถตอบสนองความต้องการการส่งกำลังของไฟฟ้ากระแสตรงแบบเดิม ไฟฟ้ากระแสตรงแบบยืดหยุ่นจึงกลายเป็นโซลูชันเดียวที่ประหยัดและเป็นไปได้ เส้นทางเทคโนโลยีไฮบริด LCC-VSC ช่วยแก้ปัญหาความล้มเหลวในการสับเปลี่ยน UHV DC ในพื้นที่ที่มีจุดตก DC หนาแน่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลังจากการก่อสร้างหลายทศวรรษ ประเทศของฉันได้สร้างโครงการส่งไฟฟ้ากระแสตรง 32 โครงการที่มีระบบส่งไฟฟ้าทางไกลเป็นฟังก์ชันหลัก ซึ่งมากกว่า 10 โครงการตั้งอยู่ในสามเหลี่ยมปากแม่น้ำแยงซีหรือมณฑลกวางตุ้ง และการจัดวางที่หนาแน่นทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรง การส่งระหว่างสองสถานที่ ความเสี่ยงของความล้มเหลวในการสับเปลี่ยนจะเพิ่มขึ้น และอันตรายที่ซ่อนอยู่ของอุบัติเหตุจากระบบไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้น DC ที่ยืดหยุ่นสามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าได้อย่างอิสระโดยไม่เสี่ยงต่อความล้มเหลวของการเปลี่ยนเส้นทาง และเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการป้อน DC อย่างต่อเนื่องไปยังสองตำแหน่งข้างต้น ปัจจุบัน China Southern Power Grid ได้เสร็จสิ้นโครงการส่งไฟฟ้า Wudongde DC แล้ว และ State Grid กำลังสร้างโครงการส่ง UHV DC แบบ Baihetan-Jiangsu ซึ่งทั้งสองโครงการใช้เทคโนโลยี DC แบบยืดหยุ่น แต่การแก้ปัญหาทางเทคนิคของทั้งสองโครงการนั้นแตกต่างกัน
การเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้ากระแสตรงแบบยืดหยุ่นช่วยเพิ่มความสามารถในการช่วยเหลือซึ่งกันและกันของโครงข่ายไฟฟ้า และปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟ นอกเหนือจากแผนการส่งไฟฟ้าแบบเดิมทางไกลระหว่างโครงข่ายไฟฟ้าระดับภูมิภาคในประเทศของฉันแล้ว เส้นทางไฟฟ้ากระแสตรงแบบย้อนกลับที่ยืดหยุ่นได้ยังสามารถใช้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันที่จุดเชื่อมต่อของโครงข่ายไฟฟ้าระดับภูมิภาค กระแสตรงแบบยืดหยุ่นแบบกลับไปกลับมาหมายถึงการสร้างสถานีเรียงกระแสและสถานีอินเวอร์เตอร์ร่วมกันโดยไม่มีสายไฟฟ้ากระแสตรง เทคโนโลยี DC แบบยืดหยุ่นแบบ back-to-back สามารถปรับปรุงความสามารถในการจ่ายไฟร่วมกันระหว่างโครงข่ายไฟฟ้าระดับภูมิภาค โดยไม่ขยายขอบเขตของอุบัติเหตุจากโครงข่ายไฟฟ้า นอกจากนี้ โครงข่ายไฟฟ้าขนาด 500kV ในมณฑลกวางตุ้ง มณฑลเจียงซู และสถานที่อื่นๆ ในประเทศจีนนั้นมีขนาดใหญ่มากอยู่แล้ว โดยมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและปัญหาที่โดดเด่นคือกระแสไฟฟ้าลัดวงจรมากเกินไป การเพิ่ม DC ที่ยืดหยุ่นแบบ back-to-back เพื่อ "คลาย" โครงข่ายไฟฟ้ายังสามารถแก้ปัญหาข้างต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ โครงการ back-to-back ฉงชิ่ง-หูเป่ย์และโครงการเชื่อมต่อระหว่างฝูเจี้ยน-กวางตุ้งที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างเป็นการใช้งานทั่วไปของโครงการแบบ back-to-back ที่มีความยืดหยุ่น