Penghantaran tenaga bersih berskala besar adalah masalah utama yang perlu diselesaikan dalam sistem kuasa baharu
Terdapat "talian Hu Huanyong" dalam pengagihan tenaga bersih dan permintaan elektrik negara saya. Disebabkan oleh faktor iklim, pembangunan produktiviti, ekonomi politik sejarah dan faktor-faktor lain, pembangunan ekonomi antara wilayah di negara kita tidak seimbang. "Laluan Hu Huanyong" (juga dikenali sebagai Laluan Heihe-Tengchong) yang dicadangkan pada tahun 1935 adalah gambaran tipikal fenomena ini: kawasan timur Laluan Hu Huanyong menduduki kira-kira 36 peratus daripada kawasan tanah negara dan menduduki lebih daripada 95 peratus populasi negara (dalam data 1930-an pada masa itu). Terdapat juga "talian Hu Huanyong" dalam pengagihan tenaga bersih dan permintaan elektrik China. Bahagian timur Laluan Hu Huanyong menggunakan 86.5 peratus tenaga elektrik, manakala barat menggunakan hanya 13.5 peratus . Namun, dari segi pengagihan tenaga bersih, dapat dilihat daripada pengagihan sumber angin dan sumber cahaya di China bahawa barat Laluan Hu Huanyong jauh lebih tinggi daripada timur Laluan Hu Huanyong. Kecuali untuk sumber kuasa angin luar pesisir, sumber angin berkualiti tinggi lain berada jauh dari kawasan intensif beban dan mempunyai keperluan penggunaan kuasa yang besar.
Kuasa angin luar pesisir ialah sumber tenaga bersih yang penting di sepanjang pantai, dan ia adalah trend masa untuk pergi ke luar pesisir dan meningkat. Kuasa angin luar pesisir China sedang berkembang pesat. Pada 2020, kapasiti terpasang kuasa angin luar pesisir China akan mencapai 3.1GW, mengatasi Eropah buat kali pertama untuk menjadi pasaran tenaga angin luar pesisir terbesar di dunia, dengan kapasiti yang baru dipasang melebihi separuh daripada jumlah keseluruhan dunia. Pada 2021, kapasiti kuasa angin luar pesisir China yang baru dipasang ialah 16.9GW, satu rekod tertinggi. Walau bagaimanapun, dengan penarikan subsidi negeri untuk kuasa angin luar pesisir pada 2022, kuasa angin luar pesisir akan memasuki era pariti, dan kapasiti terpasang akan kembali ke paras normal. Kuasa angin luar pesisir adalah berhampiran dengan pusat beban, yang kondusif untuk penggunaan, dan output kuasa angin luar pesisir adalah agak stabil, dan jam penggunaan adalah tinggi. Ia adalah tenaga bersih terbaik di kawasan pantai. Menurut perancangan kuasa angin luar pesisir Guangdong, Jiangsu dan tempat-tempat lain, digabungkan dengan trend pembangunan kuasa angin luar pesisir asing, laut dalam dan skala besar adalah trend umum.
UHV DC ialah penyelesaian terbaik untuk penghantaran kuasa berskala besar merentasi kawasan
UHV termasuk penghantaran UHV AC dan UHV DC. UHV AC merujuk kepada projek penghantaran AC dengan tahap voltan 1000kV, dan UHVDC merujuk kepada projek penghantaran DC dengan tahap voltan ±800kV dan ke atas. Prinsip teknikal dan logik pembangunan kedua-duanya adalah berbeza sama sekali. UHV DC ialah projek penghantaran kuasa titik-ke-grid biasa. Prinsip asasnya ialah menggunakan injap penukar untuk menukar kuasa AC kepada kuasa DC, dan kemudian menukar kuasa DC kepada kuasa AC selepas diangkut ke destinasi, dan kemudian menyambungkannya ke grid kuasa AC. Tujuan utama adalah untuk menghantar tenaga elektrik. Selain menghantar tenaga elektrik, AC UHV juga menjalankan peranan untuk menambah baik struktur grid dan meningkatkan kestabilan grid. Teknologi penghantaran DC ialah teknologi penghantaran kuasa berdasarkan teknologi elektronik kuasa. Disebabkan kelebihan topologi mudah, transformasi voltan yang mudah, dan kos peralatan yang rendah, penghantaran AC telah menjadi teknologi penghantaran kuasa yang paling biasa digunakan di negara-negara di seluruh dunia, dan ia masih merupakan bahagian paling penting dalam grid kuasa China. Teknologi penghantaran DC adalah laluan teknikal yang dibangunkan bersama dengan kelahiran teknologi elektronik kuasa.
Mengikut peranti dan fungsi elektronik kuasa yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada dua laluan: arus terus konvensional (LCC) dan arus terus fleksibel (VSC):
(1) Arus terus konvensional (LCC) ialah teknologi penghantaran arus terus yang menggunakan komponen elektronik kuasa separuh kawalan seperti thyristor sebagai komponen teras injap penukar. Kelebihannya ialah kapasiti penghantaran yang besar dan kos rendah, tetapi ia memerlukan sokongan grid AC yang kuat. Jumlah harmonik adalah besar, dan kuasa reaktif perlu diserap dari grid, jadi sejumlah besar penapisan DC dan peralatan penapisan AC mesti dikonfigurasikan.
(2) DC Fleksibel (VSC) ialah teknologi penghantaran DC yang menggunakan komponen elektronik kuasa yang dikawal sepenuhnya seperti IGBT sebagai komponen teras injap penukar. Kelebihannya ialah ia boleh membentuk arus ulang alik yang sangat hampir dengan gelombang sinus standard melalui teknologi pelbagai peringkat modular, dan kuasa aktif dan kuasa reaktif boleh diselaraskan secara bebas tanpa peralatan penapisan atau sokongan grid AC. Kelemahannya ialah kosnya tinggi dan kapasiti penghantaran adalah kecil.
Dari perspektif penghantaran kuasa jarak jauh, DC UHV mempunyai kelebihan yang jelas berbanding AC UHV: corak umum operasi pembahagian grid kuasa negara saya tidak akan berubah. Operasi grid kuasa negara saya dikendalikan oleh tiga pengendali utama, State Grid Corporation of China, China Southern Power Grid Corporation dan Inner Mongolia Electric Power Company. Terdapat 7 grid kuasa segerak serantau, dan hanya terdapat sambungan yang lemah antara grid kuasa serantau, dan kebanyakan pengeluaran dan penggunaan elektrik dijana dalam wilayah tersebut.
Menurut data dari Majlis Elektrik China, pada tahun 2021, 687.6 bilion kilowatt-jam tenaga elektrik akan dihantar ke seluruh wilayah di seluruh negara, menyumbang hanya kira-kira 8.3 peratus daripada penggunaan elektrik seluruh masyarakat, dan hubungan antara wilayah secara relatifnya lemah. Pengembangan grid kuasa AC mungkin menyebabkan risiko grid kuasa meningkat dan bukannya jatuh. Menurut 2018 Chinese Academy of Engineering "my country's Future Power Grid Pattern Research (2020) Advisory Opinion", kita harus terus mematuhi struktur dengan enam grid kuasa serantau utama sebagai badan utama (Pelaburan Projek Chongqing-Hubei 2019 Grid Kuasa Barat Daya dan Grid Kuasa China Tengah akan dipisahkan selepas pengangkutan). Oleh itu, AC UHV tidak dapat menghantar kuasa ke seluruh wilayah, dan ia hanya boleh memainkan peranan dalam situasi tertentu, seperti kehadiran sumber angin dan suria berkualiti tinggi dan permintaan besar untuk elektrik dalam grid kuasa yang sama, dan jarak antara kedua-dua agak panjang.
Penghantaran DC ialah sambungan grid serantau yang terbaik. Walau bagaimanapun, disebabkan perbezaan dalam endowmen sumber merentas wilayah, negara saya mempunyai permintaan yang agak besar untuk penghantaran kuasa antara wilayah. Penghantaran DC mempunyai tiga kelebihan berikut, menjadikannya penyelesaian terbaik untuk penghantaran kuasa antara wilayah:
(1) Penghantaran DC mempunyai ekonomi yang cemerlang dalam penghantaran kuasa jarak jauh. Kos stesen penukar DC adalah lebih tinggi daripada pencawang AC, tetapi oleh kerana penghantaran DC tidak mempunyai kesan kulit dan kuasa pengecasan, kadar penggunaan talian penghantaran adalah lebih tinggi. Oleh itu, apabila jarak penghantaran cukup panjang, ekonominya akan mengatasi penghantaran AC.
(2) Ia boleh digunakan untuk sambungan grid tak segerak. Sambungan grid AC memerlukan kekerapan keseluruhan grid supaya konsisten, jadi ia tidak boleh digunakan untuk sambungan grid tak segerak. Transmisi kuasa DC mula-mula membetulkan kuasa AC kepada kuasa DC dan kemudian menyongsangkannya menjadi kuasa AC, yang boleh digunakan pada sambungan grid tak segerak.
(3) Ia kondusif untuk pengasingan kemalangan grid dan tidak mengembangkan risiko kemalangan grid. Penghantaran UHV DC boleh dianggap sebagai sumber kuasa terkawal jarak jauh bagi grid akhir penerima. Grid pada kedua-dua hujung tidak digandingkan, dan grid pada kedua-dua hujung boleh diasingkan. Sekiranya berlaku kemalangan grid kuasa yang serius, UHV DC boleh mengasingkan kemalangan itu tanpa mengembangkan risiko kemalangan grid kuasa. Satu lagi senario aplikasi biasa UHV AC adalah untuk mengukuhkan grid kuasa. Memandangkan penghantaran arus terus berskala besar negara saya memasuki China Utara, China Timur, China Tengah dan China Barat Daya, kekuatan grid kuasa AC menentukan keselamatan keseluruhan sistem kuasa, dan permintaan untuk AC UHV meningkat dengan sewajarnya.
Peranan penting DC fleksibel dalam sistem kuasa baharu
Arus terus yang fleksibel amat sesuai untuk penghantaran kuasa angin luar pesisir berskala besar di laut yang jauh. Pada masa ini, kaedah penghantaran kuasa angin luar pesisir arus perdana ialah penghantaran AC voltan tinggi, iaitu turbin angin luar pesisir disambungkan ke stesen penggalak luar pesisir, dirangsang kepada 220kV atau paras voltan yang lebih tinggi, dan kemudian dihantar ke grid kuasa darat. Memandangkan penghantaran DC tidak mempunyai kuasa pengecasan, pelaburan dan kecekapan penghantaran kabel dasar selam adalah lebih baik daripada penghantaran AC. Secara umumnya, apabila jarak penghantaran lebih besar daripada kira-kira 80km, penjimatan penghantaran DC akan melebihi penghantaran AC. Di samping itu, memandangkan DC konvensional memerlukan sokongan grid AC yang kuat, dan ladang angin luar pesisir adalah sistem AC yang lemah yang terdiri daripada turbin angin, yang tidak dapat memenuhi keperluan penghantaran kuasa DC konvensional, DC fleksibel telah menjadi satu-satunya penyelesaian yang menjimatkan dan boleh dilaksanakan. Laluan teknologi hibrid LCC-VSC secara berkesan menyelesaikan masalah kegagalan komutasi UHV DC di kawasan yang mempunyai titik jatuh DC yang padat. Selepas beberapa dekad pembinaan, negara saya telah membina 32 projek penghantaran arus terus dengan penghantaran kuasa jarak jauh sebagai fungsi utama, yang mana lebih daripada 10 projek terletak di Delta Sungai Yangtze atau Wilayah Guangdong, dan penempatan padat membawa kepada arus terus penghantaran antara dua tempat. Risiko kegagalan penggantian meningkat, dan bahaya tersembunyi kemalangan grid kuasa meningkat. DC fleksibel boleh menyokong voltan secara bebas tanpa risiko kegagalan pertukaran, dan merupakan penyelesaian terbaik untuk meneruskan suapan DC ke dua tempat di atas. Pada masa ini, Grid Kuasa Selatan China telah menyelesaikan projek penghantaran DC Wudongde, dan Grid Negeri juga sedang membina projek penghantaran DC UHV Baihetan-Jiangsu, yang kedua-duanya telah menggunakan teknologi DC fleksibel. Tetapi penyelesaian teknikal kedua-dua projek adalah berbeza.
Sambungan DC yang fleksibel meningkatkan keupayaan saling membantu grid kuasa dan meningkatkan kebolehpercayaan dan kecekapan bekalan kuasa. Sebagai tambahan kepada skim penghantaran kuasa konvensional jarak jauh antara grid kuasa serantau di negara saya, laluan DC fleksibel dari belakang ke belakang juga boleh digunakan untuk penyambungan di persimpangan grid kuasa serantau. DC fleksibel back-to-back yang dipanggil merujuk kepada pembinaan stesen penerus dan stesen penyongsang bersama-sama tanpa talian DC. Teknologi DC fleksibel belakang ke belakang boleh meningkatkan keupayaan kuasa bersama antara grid kuasa serantau tanpa meluaskan skop kemalangan grid kuasa. Di samping itu, grid kuasa 500kV di Guangdong, Jiangsu dan tempat lain di China sudah sangat besar, dengan struktur kompleks dan masalah utama arus litar pintas yang berlebihan. Menambah DC fleksibel belakang ke belakang untuk "mengikat" grid kuasa juga boleh menyelesaikan masalah di atas dengan berkesan. Projek belakang-ke-belakang Chongqing-Hubei dan projek interkoneksi Fujian-Guangdong yang sedang dalam pembinaan adalah aplikasi tipikal projek lurus belakang-ke-belakang yang fleksibel.