Transmisi energi bersih skala besar adalah masalah utama yang harus dipecahkan dalam sistem tenaga baru
Ada "garis Hu Huanyong" dalam distribusi energi bersih dan permintaan listrik di negara saya. Karena faktor-faktor seperti iklim, perkembangan produktivitas, ekonomi politik sejarah dan faktor lainnya, pembangunan ekonomi antar daerah di negara kita tidak seimbang. "Garis Hu Huanyong" (juga dikenal sebagai Garis Heihe-Tengchong) yang diusulkan pada tahun 1935 adalah deskripsi khas dari fenomena ini: wilayah timur Garis Hu Huanyong menempati sekitar 36 persen dari luas daratan negara dan menempati lebih dari 95 persen populasi negara (dalam data tahun 1930-an saat itu). Ada juga "garis Hu Huanyong" dalam distribusi energi bersih dan permintaan listrik China. Bagian timur Jalur Hu Huanyong mengonsumsi 86,5 persen listrik, sedangkan bagian barat hanya mengonsumsi 13,5 persen . Namun dari segi distribusi energi bersih, dapat dilihat dari distribusi sumber daya angin dan sumber daya cahaya di Tiongkok bahwa bagian barat Jalur Hu Huanyong jauh lebih tinggi daripada bagian timur Jalur Hu Huanyong. Kecuali sumber daya tenaga angin lepas pantai, sumber daya angin berkualitas tinggi lainnya berada jauh dari area padat beban dan memiliki kebutuhan penyebaran daya yang besar.
Tenaga angin lepas pantai merupakan sumber energi bersih yang penting di sepanjang pantai, dan merupakan tren zaman untuk pergi ke lepas pantai dan meningkatkannya. Tenaga angin lepas pantai China berkembang pesat. Pada tahun 2020, kapasitas terpasang tenaga angin lepas pantai China akan mencapai 3,1GW, melampaui Eropa untuk pertama kalinya menjadi pasar tenaga angin lepas pantai terbesar di dunia, dengan kapasitas terpasang baru melebihi setengah dari total dunia. Pada tahun 2021, kapasitas tenaga angin lepas pantai China yang baru dipasang akan menjadi 16,9GW, rekor tertinggi. Namun, dengan dicabutnya subsidi negara untuk tenaga angin lepas pantai pada tahun 2022, tenaga angin lepas pantai akan memasuki era paritas, dan kapasitas terpasang akan kembali normal. Tenaga angin lepas pantai dekat dengan pusat beban, yang kondusif untuk konsumsi, dan keluaran tenaga angin lepas pantai relatif stabil, dan jam pemanfaatannya tinggi. Ini adalah energi bersih terbaik di wilayah pesisir. Menurut perencanaan tenaga angin lepas pantai Guangdong, Jiangsu dan tempat-tempat lain, dikombinasikan dengan tren pengembangan tenaga angin lepas pantai asing, laut dalam dan skala besar adalah tren umum.
UHV DC adalah solusi terbaik untuk transmisi daya berskala besar di seluruh wilayah
UHV mencakup transmisi UHV AC dan UHV DC. UHV AC mengacu pada proyek transmisi AC dengan level tegangan 1000kV, dan UHVDC mengacu pada proyek transmisi DC dengan level tegangan ±800kV ke atas. Prinsip teknis dan logika pengembangan keduanya sangat berbeda. UHV DC adalah proyek transmisi daya point-to-grid yang khas. Prinsip dasarnya adalah menggunakan katup konverter untuk mengubah daya AC menjadi daya DC, dan kemudian mengubah daya DC menjadi daya AC setelah diangkut ke tujuan, lalu menghubungkannya ke jaringan listrik AC. Tujuan utamanya adalah untuk mengirimkan energi listrik. Selain mentransmisikan energi listrik, AC UHV juga berperan dalam memperbaiki struktur jaringan dan meningkatkan stabilitas jaringan. Teknologi transmisi DC adalah teknologi transmisi daya yang didasarkan pada teknologi elektronika daya. Karena keunggulan topologi yang sederhana, transformasi tegangan yang mudah, dan biaya peralatan yang rendah, transmisi AC telah menjadi teknologi transmisi daya yang paling umum digunakan di negara-negara di seluruh dunia, dan masih menjadi bagian terpenting dari jaringan listrik China. Teknologi transmisi DC merupakan jalur teknis yang berkembang seiring dengan lahirnya teknologi elektronika daya.
Menurut perangkat dan fungsi elektronik daya yang berbeda, dapat dibagi menjadi dua rute: arus searah konvensional (LCC) dan arus searah fleksibel (VSC):
(1) Arus searah konvensional (LCC) adalah teknologi transmisi arus searah yang menggunakan komponen elektronika daya semi-kontrol seperti thyristor sebagai komponen inti dari katup konverter. Keunggulannya adalah kapasitas transmisi yang besar dan biaya yang rendah, tetapi membutuhkan dukungan jaringan AC yang kuat. Jumlah harmonik besar, dan daya reaktif perlu diserap dari jaringan, sehingga sejumlah besar peralatan penyaringan DC dan penyaringan AC harus dikonfigurasi.
(2) Flexible DC (VSC) adalah teknologi transmisi DC yang menggunakan komponen elektronika daya yang dikontrol penuh seperti IGBT sebagai komponen inti dari katup konverter. Keuntungannya adalah dapat membentuk arus bolak-balik yang sangat dekat dengan gelombang sinus standar melalui teknologi multi-level modular, dan daya aktif dan daya reaktif dapat disesuaikan secara independen tanpa peralatan penyaringan atau dukungan jaringan AC. Kerugiannya adalah biayanya tinggi dan kapasitas pengirimannya kecil.
Dari perspektif transmisi daya jarak jauh, DC UHV memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan AC UHV: pola umum operasi terpartisi dari jaringan listrik negara saya tidak akan berubah. Pengoperasian jaringan listrik negara saya dilakukan oleh tiga operator utama, State Grid Corporation of China, China Southern Power Grid Corporation, dan Perusahaan Tenaga Listrik Mongolia Dalam. Ada 7 jaringan listrik sinkron regional, dan hanya ada koneksi yang lemah antara jaringan listrik regional, dan sebagian besar produksi dan konsumsi listrik dihasilkan di wilayah tersebut.
Menurut data dari Dewan Kelistrikan China, pada tahun 2021, 687,6 miliar kilowatt-jam listrik akan ditransmisikan ke seluruh wilayah di seluruh negeri, terhitung hanya sekitar 8,3 persen dari konsumsi listrik seluruh masyarakat, dan koneksi antar wilayah relatif lemah. Perluasan jaringan listrik AC dapat menyebabkan risiko jaringan listrik naik bukannya turun. Menurut "Penelitian Pola Jaringan Listrik Masa Depan Negara Saya (2020)" dari Akademi Teknik Cina 2018, kita harus terus mematuhi struktur dengan enam jaringan listrik regional utama sebagai badan utama (Investasi Proyek Chongqing-Hubei 2019 Jaringan Listrik Barat Daya dan Jaringan Listrik China Tengah akan dipisahkan setelah transportasi). Oleh karena itu, AC UHV tidak dapat mengirimkan daya ke seluruh wilayah, dan hanya dapat berperan dalam situasi tertentu, seperti adanya sumber daya angin dan matahari berkualitas tinggi dan permintaan listrik yang besar di jaringan listrik yang sama, serta jarak antara keduanya. relatif panjang.
Transmisi DC adalah koneksi jaringan regional terbaik. Namun, karena perbedaan sumber daya antar wilayah, negara saya memiliki permintaan yang relatif besar untuk transmisi daya antar wilayah. Transmisi DC memiliki tiga keunggulan berikut, menjadikannya solusi terbaik untuk transmisi daya antar wilayah:
(1) Transmisi DC memiliki penghematan yang luar biasa dalam transmisi daya jarak jauh. Biaya stasiun konverter DC lebih tinggi daripada gardu AC, tetapi karena transmisi DC tidak memiliki efek kulit dan daya pengisian, tingkat pemanfaatan saluran transmisi lebih tinggi. Oleh karena itu, ketika jarak transmisi cukup panjang, keekonomiannya akan melampaui transmisi AC.
(2) Ini dapat digunakan untuk interkoneksi jaringan asinkron. Interkoneksi jaringan AC membutuhkan frekuensi seluruh jaringan untuk konsisten, sehingga tidak dapat digunakan untuk interkoneksi jaringan asinkron. Transmisi daya DC pertama-tama memperbaiki daya AC menjadi daya DC dan kemudian mengubahnya menjadi daya AC, yang dapat diterapkan pada interkoneksi jaringan asinkron.
(3) Kondusif untuk isolasi kecelakaan jaringan dan tidak meningkatkan risiko kecelakaan jaringan. Transmisi UHV DC dapat dianggap sebagai sumber daya jarak jauh yang dapat dikontrol dari jaringan ujung penerima. Kisi-kisi di kedua ujungnya tidak digabungkan, dan kisi-kisi di kedua ujungnya dapat diisolasi. Jika terjadi kecelakaan jaringan listrik yang serius, UHV DC dapat mengisolasi kecelakaan tersebut tanpa meningkatkan risiko kecelakaan jaringan listrik. Skenario aplikasi tipikal lain dari UHV AC adalah untuk memperkuat jaringan listrik. Saat transmisi arus searah skala besar negara saya memasuki Cina Utara, Cina Timur, Cina Tengah, dan Cina Barat Daya, kekuatan jaringan listrik AC menentukan keamanan seluruh sistem daya, dan permintaan AC UHV meningkat karenanya.
Peran penting DC fleksibel dalam sistem tenaga baru
Arus searah fleksibel sangat cocok untuk transmisi tenaga angin lepas pantai berskala besar di laut yang jauh. Saat ini, metode utama transmisi tenaga angin lepas pantai adalah transmisi AC tegangan tinggi, yaitu turbin angin lepas pantai dihubungkan ke stasiun penguat lepas pantai, dikuatkan ke level tegangan 220kV atau lebih tinggi, dan kemudian dikirim ke jaringan listrik darat. Karena transmisi DC tidak memiliki daya pengisian, investasi dan efisiensi transmisi kabel bawah laut lebih baik daripada transmisi AC. Secara umum, ketika jarak transmisi lebih besar dari sekitar 80km, ekonomi transmisi DC akan melebihi transmisi AC. Selain itu, karena DC konvensional memerlukan dukungan jaringan AC yang kuat, dan ladang angin lepas pantai adalah sistem AC lemah yang terdiri dari turbin angin, yang tidak dapat memenuhi persyaratan transmisi daya DC konvensional, DC fleksibel telah menjadi satu-satunya solusi yang ekonomis dan layak. Rute teknologi hybrid LCC-VSC secara efektif memecahkan masalah kegagalan pergantian UHV DC di area dengan titik penurunan DC yang padat. Setelah beberapa dekade konstruksi, negara saya telah membangun 32 proyek transmisi arus searah dengan transmisi daya jarak jauh sebagai fungsi utama, dimana lebih dari 10 proyek berlokasi di Delta Sungai Yangtze atau Provinsi Guangdong, dan penempatan yang padat mengarah ke arus searah transmisi antara dua tempat. Risiko kegagalan pergantian meningkat, dan bahaya tersembunyi dari kecelakaan jaringan listrik meningkat. DC fleksibel dapat secara mandiri mendukung voltase tanpa risiko kegagalan pergantian, dan merupakan solusi terbaik untuk terus mengumpankan DC ke dua tempat di atas. Saat ini, China Southern Power Grid telah menyelesaikan proyek transmisi DC Wudongde, dan State Grid juga sedang membangun proyek transmisi DC Baihetan-Jiangsu UHV, keduanya telah menerapkan teknologi DC fleksibel. Tetapi solusi teknis dari kedua proyek tersebut berbeda.
Interkoneksi DC yang fleksibel meningkatkan kemampuan saling membantu jaringan listrik dan meningkatkan keandalan dan efisiensi catu daya. Selain skema transmisi daya konvensional jarak jauh antara jaringan listrik regional di negara saya, rute DC fleksibel back-to-back juga dapat digunakan untuk interkoneksi di persimpangan jaringan listrik regional. Apa yang disebut DC fleksibel back-to-back mengacu pada pembangunan stasiun penyearah dan stasiun inverter bersama-sama tanpa saluran DC. Teknologi DC fleksibel back-to-back dapat meningkatkan kemampuan daya timbal balik antara jaringan listrik regional tanpa memperluas cakupan kecelakaan jaringan listrik. Selain itu, jaringan listrik 500kV di Guangdong, Jiangsu, dan tempat-tempat lain di China sudah sangat besar, dengan struktur yang rumit dan masalah arus hubung singkat yang berlebihan. Menambahkan DC fleksibel back-to-back untuk "melepaskan" jaringan listrik juga dapat secara efektif menyelesaikan masalah di atas. Proyek back-to-back Chongqing-Hubei dan proyek interkoneksi Fujian-Guangdong yang sedang dibangun adalah aplikasi tipikal dari proyek back-to-back lurus yang fleksibel.