Storstilet transmission af ren energi er det primære problem, der skal løses i det nye elsystem
Der er en "Hu Huanyong-linje" i mit lands distribution af ren energi og efterspørgsel efter elektricitet. På grund af faktorer som klima, produktivitetsudvikling, historisk politisk økonomi og andre faktorer er den økonomiske udvikling blandt regioner i vores land ubalanceret. "Hu Huanyong-linjen" (også kendt som Heihe-Tengchong-linjen) foreslået i 1935 er en typisk beskrivelse af dette fænomen: området øst for Hu Huanyong-linjen optager omkring 36 procent af landets landareal og optager mere end 95 procent af landets befolkning (i 1930'ernes data på det tidspunkt). Der er også en "Hu Huanyong-linje" i Kinas rene energidistribution og efterspørgsel efter elektricitet. Den østlige del af Hu Huanyong-linjen forbruger 86,5 procent af elektriciteten, mens den vestlige kun forbruger 13,5 procent. Med hensyn til ren energidistribution kan det dog ses ud fra fordelingen af vindressourcer og lysressourcer i Kina, at den vestlige del af Hu Huanyong-linjen er meget højere end den østlige del af Hu Huanyong-linjen. Bortset fra offshore vindenergiressourcer er andre vindressourcer af høj kvalitet langt væk fra belastningsintensive områder og har enorme behov for strømudbredelse.
Offshore vindkraft er en vigtig ren energikilde langs kysten, og det er tidens trend at gå offshore og skalere op. Kinas havvindkraft udvikler sig hurtigt. I 2020 vil Kinas installerede offshore vindkraftkapacitet nå op på 3,1 GW, hvilket for første gang overgår Europa og bliver verdens største offshore vindkraftmarked, med nyinstalleret kapacitet, der overstiger halvdelen af verdens samlede. I 2021 vil Kinas nyinstallerede offshore vindkraftkapacitet være på 16,9 GW, hvilket er rekordhøjt. Men med tilbagetrækningen af statstilskud til havvindkraft i 2022 vil havvindkraft gå ind i paritetens æra, og den installerede kapacitet vil vende tilbage til normale niveauer. Offshore vindkraft er tæt på belastningscentret, hvilket er befordrende for forbruget, og produktionen af offshore vindkraft er relativt stabil, og udnyttelsestimerne er høje. Det er den bedste rene energi i kystområder. Ifølge offshore vindkraft planlægning af Guangdong, Jiangsu og andre steder, kombineret med udviklingstendensen af udenlandsk offshore vindkraft, dyb hav og stor skala er den generelle tendens.
UHV DC er den bedste løsning til storskala krafttransmission på tværs af regioner
UHV inkluderer UHV AC og UHV DC transmission. UHV AC refererer til AC transmissionsprojekter med et spændingsniveau på 1000kV, og UHVDC refererer til DC transmissionsprojekter med et spændingsniveau på ±800kV og derover. De to tekniske principper og udviklingslogik er helt forskellige. UHV DC er et typisk punkt-til-net krafttransmissionsprojekt. Dens grundlæggende princip er at bruge en konverterventil til at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm, og derefter konvertere jævnstrøm til vekselstrøm efter at være blevet transporteret til destinationen og derefter tilslutte den til vekselstrømsnettet. Hovedformålet er at overføre elektrisk energi. Ud over at transmittere elektrisk energi påtager AC UHV sig også rollen med at forbedre netstrukturen og forbedre nettets stabilitet. DC transmissionsteknologi er en krafttransmissionsteknologi baseret på kraftelektronikteknologi. På grund af fordelene ved simpel topologi, nem spændingstransformation og lave udstyrsomkostninger er AC-transmission blevet den mest almindeligt anvendte krafttransmissionsteknologi i lande rundt om i verden, og det er stadig den vigtigste del af Kinas elnet. DC transmissionsteknologi er en teknisk rute udviklet sammen med fødslen af kraftelektronikteknologi.
I henhold til de forskellige strømelektroniske enheder og funktioner kan den opdeles i to ruter: konventionel jævnstrøm (LCC) og fleksibel jævnstrøm (VSC):
(1) Konventionel jævnstrøm (LCC) er en jævnstrømstransmissionsteknologi, der bruger semi-kontrollerede kraftelektroniske komponenter såsom tyristorer som kernekomponenterne i omformerventilen. Dens fordele er stor transmissionskapacitet og lave omkostninger, men det kræver en stærk AC-netunderstøttelse. Mængden af harmoniske er stor, og reaktiv effekt skal absorberes fra nettet, så et stort antal DC-filtrerings- og AC-filtreringsudstyr skal konfigureres.
(2) Flexible DC (VSC) er en DC-transmissionsteknologi, der bruger fuldt kontrollerede elektroniske kraftkomponenter såsom IGBT'er som kernekomponenterne i omformerventilen. Dens fordel er, at den kan danne en vekselstrøm meget tæt på standardsinusbølgen gennem modulær multi-level teknologi, og den aktive effekt og den reaktive effekt kan justeres uafhængigt uden filtreringsudstyr eller AC-netunderstøttelse. Ulempen er, at omkostningerne er høje, og leveringskapaciteten er lille.
Fra perspektivet af langdistance-strømtransmission har DC UHV åbenlyse fordele i forhold til AC UHV: det generelle mønster for opdelt drift af mit lands elnet vil ikke ændre sig. Driften af mit lands elnet varetages af tre hovedoperatører, State Grid Corporation of China, China Southern Power Grid Corporation og Inner Mongolia Electric Power Company. Der er 7 regionale synkrone elnet, og der er kun en svag sammenhæng mellem de regionale elnet, og størstedelen af elproduktionen og -forbruget produceres i regionen.
Ifølge data fra China Electricity Council vil der i 2021 blive transmitteret 687,6 milliarder kilowatt-timer elektricitet på tværs af regioner over hele landet, hvilket kun udgør omkring 8,3 procent af elforbruget i hele samfundet, og forbindelserne mellem regionerne er relativt svag. Udvidelse af vekselstrømsnettet kan medføre risikoen for, at elnettet stiger i stedet for at falde. I henhold til 2018 Chinese Academy of Engineerings "mit lands fremtidige Power Grid Pattern Research (2020) Advisory Opinion", bør vi fortsætte med at overholde strukturen med de seks store regionale elnet som hovedorganet (2019 Chongqing-Hubei Project Investment Southwest Power Grid og Central China Power Grid vil blive adskilt efter transport). Derfor kan AC UHV ikke overføre strøm på tværs af regioner, og det kan kun spille en rolle i specifikke situationer, såsom tilstedeværelsen af vind- og solressourcer af høj kvalitet og stor efterspørgsel efter elektricitet i det samme elnet, og afstanden mellem de to er forholdsvis lang.
DC transmission er den bedste regionale netforbindelse. Men på grund af forskelle i ressourcebevillinger på tværs af regioner har mit land en relativt stor efterspørgsel efter interregional krafttransmission. DC transmission har følgende tre fordele, hvilket gør den til den bedste løsning til interregional krafttransmission:
(1) DC transmission har enestående økonomi i langdistance krafttransmission. Omkostningerne ved DC-konverterstationer er højere end AC-transmissionsstationer, men da DC-transmission ikke har skin-effekt og ladeeffekt, er udnyttelsesgraden af transmissionslinjer højere. Derfor, når transmissionsafstanden er lang nok, vil dens økonomi overgå AC-transmissionens.
(2) Den kan bruges til asynkron netforbindelse. AC-netforbindelsen kræver, at frekvensen af hele nettet er konsistent, så den kan ikke bruges til asynkron netforbindelse. DC-strømtransmission ensretter først vekselstrøm til jævnstrøm og inverterer den derefter til vekselstrøm, som kan anvendes til asynkron netforbindelse.
(3) Det er befordrende for isolering af netulykker og øger ikke risikoen for netulykker. UHV DC-transmission kan betragtes som en fjernstyrbar strømkilde til det modtagende endegitter. Gitrene i begge ender er ikke koblet sammen, og gitrene i begge ender kan isoleres. I tilfælde af en alvorlig elnetulykke kan UHV DC isolere ulykken uden at udvide risikoen for elnetsulykker. Et andet typisk anvendelsesscenarie for UHV AC er at styrke elnettet. Efterhånden som mit lands storstilede jævnstrømstransmission kommer ind i Nordkina, Østkina, Centralkina og Sydvestkina, bestemmer styrken af vekselstrømsnettet sikkerheden for hele elsystemet, og efterspørgslen efter AC UHV stiger tilsvarende.
Fleksibel jævnstrøms vigtige rolle i nye strømsystemer
Fleksibel jævnstrøm er især velegnet til transmission af storskala havvindkraft i fjerne hav. På nuværende tidspunkt er den almindelige offshore-vindkrafttransmissionsmetode højspændings-AC-transmission, det vil sige, offshore-vindmøller er forbundet til offshore-boosterstationer, boostet til 220 kV eller højere spændingsniveauer og derefter sendt til onshore-strømnet. Da DC-transmission ikke har nogen opladningskraft, er investeringen og transmissionseffektiviteten af undersøiske kabler bedre end AC-transmission. Generelt, når transmissionsafstanden er større end omkring 80 km, vil økonomien ved DC-transmission overstige den for AC-transmission. Da konventionel jævnstrøm desuden kræver stærk AC-netunderstøttelse, og havvindmølleparker er svage AC-systemer sammensat af vindmøller, som ikke kan opfylde kravene til strømtransmission af konventionel jævnstrøm, er fleksibel jævnstrøm blevet den eneste økonomiske og gennemførlige løsning. LCC-VSC hybrid teknologi ruten løser effektivt problemet med UHV DC kommuteringsfejl i områder med tætte DC droppunkter. Efter årtiers byggeri har mit land bygget 32 jævnstrømstransmissionsprojekter med langdistancekrafttransmission som hovedfunktion, hvoraf mere end 10 projekter er placeret i Yangtze River Delta eller Guangdong-provinsen, og den tætte placering fører til jævnstrøm transmission mellem de to steder. Risikoen for pendlingsfejl stiger, og den skjulte fare for elnetulykker øges. Den fleksible DC kan selvstændigt understøtte spændingen uden risiko for kommuteringsfejl, og er den bedste løsning til fortsat at føde DC til de to ovenstående steder. På nuværende tidspunkt har China Southern Power Grid afsluttet Wudongde DC-transmissionsprojektet, og State Grid bygger også Baihetan-Jiangsu UHV DC-transmissionsprojektet, som begge har anvendt fleksibel DC-teknologi. Men de tekniske løsninger i de to projekter er forskellige.
Fleksibel jævnstrømsforbindelse øger elnettets evne til gensidig hjælp og forbedrer strømforsyningens pålidelighed og effektivitet. Ud over den konventionelle langdistance-transmissionsordning mellem regionale elnet i mit land, kan back-to-back fleksible jævnstrømsruter også bruges til sammenkobling i krydset mellem regionale elnet. Den såkaldte back-to-back fleksible DC refererer til konstruktionen af en ensretterstation og en inverterstation sammen uden en DC-ledning. Den back-to-back fleksible DC-teknologi kan forbedre den gensidige strømkapacitet mellem regionale elnet uden at udvide omfanget af elnetulykker. Derudover er 500kV elnettene i Guangdong, Jiangsu og andre steder i Kina allerede meget store med komplekse strukturer og fremtrædende problemer med for stor kortslutningsstrøm. Tilføjelse af back-to-back fleksibel DC for at "løse" strømnettet kan også effektivt løse ovenstående problemer. Chongqing-Hubei back-to-back-projektet og Fujian-Guangdong-sammenkoblingsprojektet under konstruktion er typiske anvendelser af fleksible lige back-to-back-projekter.