Linia wysokiego napięcia prądu stałego

Linia wysokiego napięcia prądu stałego to motyw, który przykuł uwagę ludzi na całym świecie. Od chwili pojawienia się budzi duże zainteresowanie i jest przedmiotem licznych debat i dyskusji. Niezależnie od tego, czy ze względu na dzisiejsze znaczenie, czy wpływ historyczny, Linia wysokiego napięcia prądu stałego pozostaje kwestią o ogromnym znaczeniu dla ogółu społeczeństwa. W tym artykule szczegółowo zbadamy różne wymiary Linia wysokiego napięcia prądu stałego i jego wpływ na różne aspekty naszego życia. Od jego początków po wpływ na kulturę popularną – przyjrzymy się, jak Linia wysokiego napięcia prądu stałego odcisnął swoje piętno na historii i jak jest nadal aktualny.

     działające

     w budowie

     planowane

Linie HVDC w Europie

Linia wysokiego napięcia prądu stałego – także HVDC (ang. high voltage direct current) – sieć wysokiego napięcia przesyłająca prąd stały.

Sieci wysokiego napięcia

W większości linii energetycznych wysokiego napięcia płynie prąd przemienny, którego kierunek zmienia się z częstotliwością 50 lub 60 Hz. Maszyny prądu przemiennego (zarówno silniki, jak i generatory) są znacznie prostsze i tańsze niż maszyny prądu stałego. Również napięcie łatwiej przekształcać w układach prądu przemiennego – za pomocą względnie taniego transformatora można napięcie z elektrowni podwyższyć, po to żeby przesłać energię na dużą odległość przy małych stratach (wystarczą małe przekroje przewodów), a następnie obniżyć je do wartości bezpiecznych dla użytkownika końcowego. W przypadku linii przesyłowych prądu przemiennego ich długość jest ograniczona, gdyż część mocy przepływa gałęzią poprzeczną – tzw. moc ładowania linii. Graniczna długość zależy wtedy od typu linii (linia napowietrzna, linia kablowa) i jej obciążenia. Długości graniczne linii kablowych są dużo mniejsze niż linii napowietrznych, gdyż w liniach kablowych izolator dielektryczny zwiększa pojemność gałęzi poprzecznej. Pojęcie długości granicznej nie ma zastosowania dla linii prądu stałego, gdyż ładowanie linii zachodzi tylko w momencie włączenia zasilania[1].

Przy wykorzystaniu technologii HVDC do przesyłu prądu na dużych odległościach (powyżej 500 kilometrów liniami napowietrznymi i ponad 50 kilometrów kablami podmorskimi) bardziej opłacalny jest przesył prądu stałego. W tej metodzie przed przesyłem prąd zostaje przepuszczony przez prostownik, by po stronie odbiorcy przejść przez falownik, który zamienia prąd stały na prąd przemienny. Obecnie zarówno prostownik, jak i falownik jest najczęściej tym samym półprzewodnikowym układem przekształtnikowym, który może pracować w obu trybach w zależności od kierunku przesyłanej energii[2]. Cały czas prowadzone są też badania nad nowymi technologiami umożliwiającymi przesył prądu stałego z niskimi stratami na coraz krótszych odcinkach sieci[3][4].

Topologie przekształtników HVDC

W układach HVDC wykorzystywane są trzy topologie przekształtników[5]:

  • przekształtniki prądu CSCs o komutacji sieciowej (ang. Current Source Converters) określane również jako LCC (ang. Line Commutated Converters),
  • przekształtniki prądu komutowane kondensatorowo CCCs (ang. Capacitor Commutated Converters),
  • przekształtniki napięcia (ang. Voltage Source Converters) o komutacji wymuszonej FCC (ang. Forced Commutated Converters).

Historia

W 1882 roku Thomas Edison uruchomił pierwszą na świecie sieć elektroenergetyczną na szeroką skalę, która dostarczała 110 V prądu stałego do 59 klientów dolnego Manhattanu. W 1887 roku Nikola Tesla wniósł zgłoszenia patentowe związane z konkurencyjną formą dystrybucji energii znanej jako sieć prądu przemiennego.

W następnych latach miała miejsce zaciekła rywalizacja pomiędzy Teslą a Edisonem, dotycząca metody generowania i przesyłu energii, nazywana „walką o prąd przemienny”. Prąd przemienny (AC) zastąpił w końcu prąd stały (DC) w wytwarzaniu i rozdziale energii, ogromnie rozszerzając zakres i udoskonalając bezpieczeństwo i sprawność rozdziału energii elektrycznej. W ten sposób w końcu XIX wieku linie prądu przemiennego wyparły linie prądu stałego. Tym niemniej zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i w Europie funkcjonowały jeszcze przez długi czas ich niewielkie pozostałości, choć urządzenia wykorzystywane w nich wówczas nie były tak wygodne jak wynalezione później urządzenia elektroniki przemysłowej (prostowniki rtęciowe, tyrystory i IGBT) stosowane we współczesnych liniach przesyłowych prądu stałego.

Nowoczesna technologia HVDC zaczęła się rozwijać na większą skalę po roku 1930 w Szwecji w firmie ASEA. Pierwsza komercyjna linia powstała w ZSRR w 1951 i połączyła Moskwę z Kaszyrą. W 1954 podmorskim kablem HVDC ASEA połączyła z lądem stałym szwedzką wyspę Gotlandię. Było to pierwsze połączenie podmorskie[6].

Realizacje na świecie

Najdłuższa linia HVDC znajduje się obecnie w Chinach i łączy Szanghaj z hydroelektrownią Xiangjiaba (długość linii napowietrznej: 1980 km, moc: 6400 MW)[7]. W 2012 została oddana do użytku linia HVDC Rio Madeira pomiędzy brazylijskim stanem Amazonas a regionem São Paulo, o długości linii napowietrznej ponad 2500 km[8].

HVDC w Polsce

Podmorski kabel HVDC SwePol Link łączący Polskę i Szwecję oddano do użytku w sierpniu 2000 roku. Stacja przekształtnikowa po stronie polskiej znajduje się w okolicach Ustki, a po stronie szwedzkiej nieopodal miejscowości Karlshamn[9]. Ponadto w grudniu 2015 uruchomiono połączenie systemów elektroenergetycznych Polski oraz Litwy[10] LitPol Link(inne języki). Stacja przekształtnikowa jest po stronie litewskiej. Sprzęgnięcie obu systemów spowodowało zamknięcie tzw. „pierścienia bałtyckiego” i umożliwia przesył energii pomiędzy pracującymi do tej pory osobno niezsynchronizowanymi systemami[11]. W listopadzie 2022 roku prezes URE uzgodnił Plan Rozwoju Systemu Przesyłowego na lata 2023-2032, według którego do 2032 roku ma powstać połączenie HVDC o długości 600 km łączące północ kraju z rejonem Górnego Śląska[12][13].

Przypisy

  1. ↑ Politechnika Poznańska, Instytut Elektroenergetyki, sierpień 2005: Możliwości przesyłowe linii kablowych – porównanie z liniami napowietrznymi. .
  2. ↑ Co się kryje pod nazwą HVDC?. ABB Asea Brown Boveri Ltd. .
  3. ↑ Jacek Świdziński: Nowoczesny przesył „made in Germany”. energetykon.pl. . (pol.).
  4. ↑ Waldemar Kamrat, Tadeusz Szczepański: Wybrane zagadnienia budowy i eksploatacji sieci przesyłowych najwyższych napięć. cire.pl. . (pol.).
  5. ↑ Mateusz Polewaczyk, Sylwester Robak: Układy HVDC we współczesnych systemach elektroenergetycznych. 07.2016. .
  6. ↑ Danuta Hernik, Prąd popłynie pod dnem Bałtyku , Puls Biznesu, 14 listopada 2000 .
  7. ↑ ABB: Xiangjiaba – Shanghai ±800 kV UHVDC transmission project. . (ang.).
  8. ↑ ABB: Rio Madeira The longest transmission link in the world – 2,500 kilometers.. . (ang.).
  9. ↑ Maciej Grzesik: Układ przesyłowy prądu stałego Szwecja-Polska. Polskie Sieci Elektroenergetyczne – Północ S.A.. .
  10. ↑ Na giełdzie towarowej został po raz pierwszy sprzedany prąd z Polski. LitPol Link sp. z o.o., 2 grudnia 2015.
  11. ↑ O projekcie: Podsumowanie. LitPol Link sp. z o.o.. .
  12. ↑ Plan Rozwoju Systemu Przesyłowego do 2032 roku uzgodniony z Prezesem URE - Aktualności - PSE , www.pse.pl .
  13. ↑ Plan sieci przesyłowej najwyższych napięć z uwzględnieniem inwestycji planowanych , Polskie Sieci Elektroenergetyczne .