La trasmissione su larga scala di energia pulita è il primo problema da risolvere nel nuovo sistema elettrico
Esiste una "linea Hu Huanyong" nella distribuzione di energia pulita e nella domanda di elettricità del mio paese. A causa di fattori come il clima, lo sviluppo della produttività, l'economia politica storica e altri fattori, lo sviluppo economico tra le regioni del nostro paese è sbilanciato. La "Linea Hu Huanyong" (nota anche come Linea Heihe-Tengchong) proposta nel 1935 è una descrizione tipica di questo fenomeno: l'area a est della Linea Hu Huanyong occupa circa il 36 per cento della superficie terrestre del paese e occupa più del 95 per cento della popolazione del paese (nei dati degli anni '30 dell'epoca). Esiste anche una "linea Hu Huanyong" nella distribuzione di energia pulita e nella domanda di elettricità in Cina. L'est della linea Hu Huanyong consuma il 86,5% di elettricità, mentre l'ovest consuma solo il 13,5% . Tuttavia, in termini di distribuzione di energia pulita, si può vedere dalla distribuzione delle risorse eoliche e delle risorse leggere in Cina che l'ovest della linea Hu Huanyong è molto più alto dell'est della linea Hu Huanyong. Fatta eccezione per le risorse eoliche offshore, altre risorse eoliche di alta qualità sono lontane dalle aree ad alta intensità di carico e hanno enormi esigenze di distribuzione dell'energia.
L'energia eolica offshore è un'importante fonte di energia pulita lungo la costa, ed è la tendenza dei tempi ad andare in mare aperto e ad espandersi. L'energia eolica offshore cinese si sta sviluppando rapidamente. Nel 2020, la capacità installata di energia eolica offshore in Cina raggiungerà i 3,1 GW, superando per la prima volta l'Europa e diventando il più grande mercato mondiale di energia eolica offshore, con una nuova capacità installata superiore alla metà del totale mondiale. Nel 2021, la nuova capacità eolica offshore installata in Cina sarà di 16,9 GW, un record. Tuttavia, con il ritiro dei sussidi statali per l'eolico offshore nel 2022, l'eolico offshore entrerà nell'era della parità e la capacità installata tornerà a livelli normali. L'energia eolica offshore è vicina al centro di carico, il che favorisce il consumo, e la produzione di energia eolica offshore è relativamente stabile e le ore di utilizzo sono elevate. È la migliore energia pulita nelle zone costiere. Secondo la pianificazione dell'energia eolica offshore del Guangdong, Jiangsu e altri luoghi, combinata con la tendenza allo sviluppo dell'energia eolica offshore straniera, il mare profondo e la grande scala sono la tendenza generale.
UHV DC è la soluzione migliore per la trasmissione di energia su larga scala tra regioni
UHV include la trasmissione UHV AC e UHV DC. UHV AC si riferisce a progetti di trasmissione AC con un livello di tensione di 1000kV, e UHVDC si riferisce a progetti di trasmissione DC con un livello di tensione di ±800kV e oltre. I principi tecnici e la logica di sviluppo dei due sono completamente diversi. UHV DC è un tipico progetto di trasmissione di energia da punto a rete. Il suo principio di base è utilizzare una valvola di conversione per convertire l'alimentazione CA in alimentazione CC, quindi convertire l'alimentazione CC in alimentazione CA dopo essere stata trasportata a destinazione, quindi collegarla alla rete elettrica CA. Lo scopo principale è quello di trasmettere energia elettrica. Oltre a trasmettere energia elettrica, AC UHV svolge anche il ruolo di migliorare la struttura della rete e migliorare la stabilità della rete. La tecnologia di trasmissione CC è una tecnologia di trasmissione di potenza basata sulla tecnologia dell'elettronica di potenza. Grazie ai vantaggi della topologia semplice, della facile trasformazione della tensione e del basso costo delle apparecchiature, la trasmissione CA è diventata la tecnologia di trasmissione di potenza più comunemente utilizzata nei paesi di tutto il mondo ed è ancora la parte più importante della rete elettrica cinese. La tecnologia di trasmissione CC è un percorso tecnico sviluppato insieme alla nascita della tecnologia dell'elettronica di potenza.
A seconda dei diversi dispositivi e funzioni elettroniche di potenza, può essere suddiviso in due percorsi: corrente continua convenzionale (LCC) e corrente continua flessibile (VSC):
(1) La corrente continua convenzionale (LCC) è una tecnologia di trasmissione della corrente continua che utilizza componenti elettronici di potenza semicontrollati come i tiristori come componenti principali della valvola del convertitore. I suoi vantaggi sono la grande capacità di trasmissione e il basso costo, ma richiede un forte supporto di rete AC. La quantità di armoniche è elevata e la potenza reattiva deve essere assorbita dalla rete, pertanto è necessario configurare un gran numero di apparecchiature di filtraggio CC e CA.
(2) La CC flessibile (VSC) è una tecnologia di trasmissione CC che utilizza componenti elettronici di potenza completamente controllati come gli IGBT come componenti principali della valvola del convertitore. Il suo vantaggio è che può formare una corrente alternata molto vicina all'onda sinusoidale standard attraverso la tecnologia modulare multilivello e la potenza attiva e la potenza reattiva possono essere regolate in modo indipendente senza apparecchiature di filtraggio o supporto di rete CA. Lo svantaggio è che il costo è elevato e la capacità di consegna è ridotta.
Dal punto di vista della trasmissione di energia a lunga distanza, DC UHV presenta evidenti vantaggi rispetto a AC UHV: il modello generale di funzionamento suddiviso della rete elettrica del mio paese non cambierà. La gestione della rete elettrica del mio paese è affidata a tre operatori principali, la State Grid Corporation of China, la China Southern Power Grid Corporation e la Inner Mongolia Electric Power Company. Esistono 7 reti elettriche sincrone regionali e esiste solo una connessione debole tra le reti elettriche regionali e la maggior parte della produzione e del consumo di elettricità sono generati all'interno della regione.
Secondo i dati del China Electricity Council, nel 2021, 687,6 miliardi di chilowattora di elettricità saranno trasmessi attraverso le regioni del paese, rappresentando solo l'8,3% circa del consumo di elettricità dell'intera società, e le connessioni tra le regioni sono relativamente Debole. L'espansione della rete elettrica CA può far aumentare il rischio della rete elettrica invece di abbassarlo. Secondo il parere consultivo del "My Country's Future Power Grid Pattern Research (2020)" dell'Accademia cinese di ingegneria del 2018, dovremmo continuare ad aderire alla struttura con le sei principali reti elettriche regionali come corpo principale (l'investimento del progetto Chongqing-Hubei del 2019 Southwest Power Grid e Central China Power Grid saranno separate dopo il trasporto). Pertanto, AC UHV non può trasmettere energia tra le regioni e può svolgere un ruolo solo in situazioni specifiche, come la presenza di risorse eoliche e solari di alta qualità e una grande domanda di elettricità nella stessa rete elettrica e la distanza tra i due è relativamente lungo.
La trasmissione CC è la migliore connessione alla rete regionale. Tuttavia, a causa delle differenze nelle dotazioni di risorse tra le regioni, il mio paese ha una domanda relativamente ampia di trasmissione di energia interregionale. La trasmissione CC presenta i seguenti tre vantaggi, che la rendono la soluzione migliore per la trasmissione di potenza interregionale:
(1) La trasmissione CC ha un'economia eccezionale nella trasmissione di potenza a lunga distanza. Il costo delle stazioni di conversione CC è superiore a quello delle sottostazioni CA, ma poiché la trasmissione CC non ha effetto pelle e potenza di ricarica, il tasso di utilizzo delle linee di trasmissione è maggiore. Pertanto, quando la distanza di trasmissione è sufficientemente lunga, la sua economia supererà quella della trasmissione CA.
(2) Può essere utilizzato per l'interconnessione alla rete asincrona. L'interconnessione di rete CA richiede che la frequenza dell'intera rete sia coerente, quindi non può essere utilizzata per l'interconnessione di rete asincrona. La trasmissione di potenza CC prima rettifica la potenza CA in potenza CC e poi la inverte in potenza CA, che può essere applicata all'interconnessione di rete asincrona.
(3) Favorisce l'isolamento degli incidenti di rete e non aumenta il rischio di incidenti di rete. La trasmissione UHV DC può essere considerata come una fonte di alimentazione controllabile a lunga distanza della rete finale ricevente. Le griglie su entrambe le estremità non sono accoppiate e le griglie su entrambe le estremità possono essere isolate. In caso di grave incidente alla rete elettrica, UHV DC può isolare l'incidente senza aumentare il rischio di incidenti alla rete elettrica. Un altro tipico scenario applicativo di UHV AC è il potenziamento della rete elettrica. Poiché la trasmissione di corrente continua su larga scala del mio paese entra nella Cina settentrionale, orientale, centrale e sudoccidentale, la forza della rete elettrica CA determina la sicurezza dell'intero sistema elettrico e la domanda di AC UHV aumenta di conseguenza.
L'importante ruolo della CC flessibile nei nuovi sistemi di alimentazione
La corrente continua flessibile è particolarmente adatta per la trasmissione di energia eolica offshore su larga scala in mari lontani. Al momento, il metodo di trasmissione dell'energia eolica offshore tradizionale è la trasmissione CA ad alta tensione, ovvero le turbine eoliche offshore sono collegate a stazioni booster offshore, potenziate a 220kV o livelli di tensione superiori e quindi inviate alle reti elettriche onshore. Poiché la trasmissione CC non ha potenza di ricarica, l'investimento e l'efficienza di trasmissione dei cavi sottomarini sono migliori della trasmissione CA. In generale, quando la distanza di trasmissione è maggiore di circa 80 km, l'economia della trasmissione CC supererà quella della trasmissione CA. Inoltre, poiché la CC convenzionale richiede un forte supporto di rete CA e i parchi eolici offshore sono sistemi CA deboli composti da turbine eoliche, che non possono soddisfare i requisiti di trasmissione di potenza della CC convenzionale, la CC flessibile è diventata l'unica soluzione economica e fattibile. Il percorso della tecnologia ibrida LCC-VSC risolve efficacemente il problema del guasto della commutazione CC UHV in aree con punti di caduta CC densi. Dopo decenni di costruzione, il mio paese ha costruito 32 progetti di trasmissione in corrente continua con la trasmissione di energia a lunga distanza come funzione principale, di cui più di 10 progetti si trovano nel delta del fiume Yangtze o nella provincia del Guangdong, e il posizionamento denso porta alla corrente continua trasmissione tra i due luoghi. Aumenta il rischio di guasto della commutazione e aumenta il pericolo nascosto di incidenti sulla rete elettrica. La CC flessibile può supportare in modo indipendente la tensione senza il rischio di errore di commutazione ed è la soluzione migliore per continuare ad alimentare CC nei due punti precedenti. Allo stato attuale, China Southern Power Grid ha completato il progetto di trasmissione CC Wudongde e State Grid sta anche costruendo il progetto di trasmissione CC UHV Baihetan-Jiangsu, entrambi hanno applicato la tecnologia CC flessibile. Ma le soluzioni tecniche dei due progetti sono diverse.
L'interconnessione CC flessibile aumenta la capacità di mutuo soccorso della rete elettrica e migliora l'affidabilità e l'efficienza dell'alimentazione. Oltre allo schema di trasmissione di energia convenzionale a lunga distanza tra le reti elettriche regionali nel mio paese, è possibile utilizzare anche percorsi CC flessibili back-to-back per l'interconnessione alla giunzione delle reti elettriche regionali. La cosiddetta CC flessibile back-to-back si riferisce alla costruzione di una stazione raddrizzatore e di una stazione inverter insieme senza una linea CC. La tecnologia CC flessibile back-to-back può migliorare la capacità di alimentazione reciproca tra le reti elettriche regionali senza espandere la portata degli incidenti della rete elettrica. Inoltre, le reti elettriche da 500 kV nel Guangdong, nello Jiangsu e in altri luoghi della Cina sono già molto grandi, con strutture complesse e problemi evidenti di eccessiva corrente di cortocircuito. Anche l'aggiunta di CC flessibile back-to-back per "slegare" la rete elettrica può risolvere efficacemente i problemi di cui sopra. Il progetto back-to-back Chongqing-Hubei e il progetto di interconnessione Fujian-Guangdong in costruzione sono applicazioni tipiche di progetti back-to-back flessibili.