HVDC được sử dụng để truyền tải điện ở một khoảng cách dài hoặc rất dài bằng các đường dây tải điện trên không hoặc cáp ngầm, vì khi đó nó trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế so với đường dây truyền tải điện xoay chiều HVAC thông thường.
Trong hệ thống HVDC, nguồn điện được lấy từ hệ thống xoay chiều 3 pha sẽ được chuyển đổi thành điện 1 chiều cao thế HVDC (High Voltage Direct Current) trong một trạm chuyển đổi, sau đó được truyền tải đến mạng lưới cáp điện DC, sau đó ở đầu kia của mạng lưới, điện sẽ được đảo ngược trở lại AC trong một trạm chuyển đổi khác và được đưa vào hệ thống mạng AC cuối cùng.
Bộ chuyển đổi 12 xung tạo ra các dòng sóng hài lẻ (h = np ± 1) trên phía AC tức là thứ 11, 13, 23, 25, 35, 37, v.v.… Những sóng hài này được ngăn chặn xâm nhập vào hệ thống mạng AC bằng cách cung cấp AC bộ lọc sóng hài.
Bộ chuyển đổi 12 xung tạo ra các dòng hài đều ở phía DC tức là thứ 12, 24, 36. Những sóng hài thậm chí này được ngăn chặn đi vào đường dây trên không DC bằng cách cung cấp các bộ lọc DC.
Liên kết HVDC là hai trạm chỉnh lưu / biến tần được kết nối bằng đường dây trên không hoặc cáp DC. Đường dây HVDC lưỡng cực chỉ sử dụng hai bộ dây dẫn cách điện thay vì ba ở HVAC. Điều này nghĩa là hành lang tải điện hẹp hơn, tháp truyền tải nhỏ hơn.
Đối với một phạm vi dây dẫn nhất định, tổn hao đường dây ở cáp HVDC bằng khoảng 50% so với cáp AC. Điều này là do cáp AC cần nhiều ruột dẫn hơn để tải điện ba pha, nó mang thành phần phản kháng của dòng điện, hiệu ứng bề mặt và dòng điện cảm ứng trong vỏ cáp và áo giáp.
Chi phí xây dựng HVDC
Chi phí của một hệ thống truyền dẫn HVDC phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như:
- Công suất truyền tải;
- Loại phương tiện truyền tải;
- Điều kiện môi trường và yêu cầu an toàn, quy định khác…
Ngay cả khi có sẵn những tùy chọn này để thiết kế tối ưu (các kỹ thuật chuyển mạch khác nhau, máy biến áp, v.v.) cung rất khó để đưa ra một chi phí cụ thể cho một hệ thống HVDC. Tuy nhiên, cấu trúc chi phí điển hình cho các trạm chuyển đổi có thể như sau:
Ví dụ cho thấy sự thay đổi giá của một bộ truyền AC so với một Truyền tải HVDC cho 2000 MW được trình bày dưới đây.
Các giả định
AC truyền một mạch kép được giả định với chi phí mỗi km là 250 ngàn USD/km (mỗi), các trạm biến áp xoay chiều và bù nối tiếp (trên 600 km) được ước tính 80 triệu USD.
Đường truyền HVDC một đường trên cao dạng lưỡng cực 250 ngàn USD/km, các trạm chuyển đổi được ước tính là 250 triệu USD.
Lựa chọn mức điện áp truyền tải DC có ảnh hưởng trực tiếp đến tổng chi phí lắp đặt. Ở giai đoạn thiết kế, việc tối ưu hóa được thực hiện để tìm ra điện áp DC tối ưu từ quan điểm đầu tư và tổn thất.
Cuối cùng, thời gian khấu hao và tỷ suất sinh lợi mong muốn (hoặc tỷ lệ chiết khấu) cần được xem xét. Do đó, để ước tính chi phí của một hệ thống HVDC, nên thực hiện phân tích chi phí vòng đời.
Cần có hai so sánh khác nhau để làm nổi bật sự so sánh chi phí giữa hệ thống HVAC và HVDC;
- Một là giữa hệ thống HVDC dựa trên thyristor và HVAC;
- giữa hệ thống HVDC dựa trên VSC; một hệ thống AC và một nguồn phát cục bộ.
1. HVDC dựa trên Thyristor so với hệ thống HVAC
Chi phí đầu tư cho các trạm biến đổi HVDC cao hơn so với các trạm biến áp xoay chiều cao áp. Ngược lại, chi phí phương tiện truyền tải (đường dây và cáp trên không), chi phí thu hồi đất / hành lang lưới điện của HVDC thấp hơn.
Hình ảnh sau đây cho thấy phân tích chi phí (được hiển thị có và không tính đến lỗ):
Khoảng cách hòa vốn phụ thuộc vào một số yếu tố, như phương tiện truyền dẫn (cáp hoặc đường dây trên cao), các khía cạnh khác nhau của địa phương (giấy phép, chi phí lao động địa phương, v.v.). Khi so sánh điện áp cao AC với truyền tải HVDC, điều quan trọng là phải so sánh truyền tải HVDC lưỡng cực với truyền tải điện xoay chiều cao áp mạch kép, đặc biệt khi xem xét tính khả dụng và độ tin cậy.
2. HVDC dựa trên VSC so với HVAC cục bộ
Hệ thống HVDC dựa trên VSC so với hệ thống AC hoặc nguồn phát cục bộ: Hệ thống HVDC dựa trên VSC phục vụ cho các ứng dụng công suất nhỏ (lên đến 200MW) và khoảng cách tương đối ngắn hơn (hàng trăm km) của phổ truyền tải điện.
Như một hướng dẫn, một ví dụ về chi phí cho một đường truyền VSC 50 MW:
So sánh chi phí
Các tiêu chí về khoảng cách hòa vốn và mức chuyển giao điện năng và thông tin chi phí so sánh cần được xem xét ở góc độ thích hợp, vì những lý do sau:
1. Bảo tồn môi trường
Trong môi trường công nghiệp hiện tại (và tương lai) của các thị trường cạnh tranh tự do hóa và nỗ lực cao hơn để bảo tồn môi trường. Trong một môi trường như vậy, giải pháp thay thế cho một hệ thống truyền dẫn là nhà máy điện chu trình hỗn hợp đốt khí tại chỗ, không nhất thiết phải là một lựa chọn giữa truyền AC và HVDC.
2. Chi phí hệ thống
Thứ hai, chi phí hệ thống cho cả HVAC và HVDC đã rất khác nhau ngay cả đối với một mức chuyển giao nhất định. Ví dụ, một số mức chi phí dự án khác nhau đã được phát sinh cho một hệ thống HVDC có công suất truyền tải điện là 600 MW.
3. Sự phát triển của công nghệ
Thứ ba, sự phát triển công nghệ có xu hướng giúp giảm chi phí hệ thống HVDC xuống, trong khi các cân nhắc về môi trường đã dẫn đến việc đẩy chi phí HVAC lên.
Do đó, cho mục đích phân tích tính khả thi giai đoạn đầu của loại hệ thống truyền tải, có lẽ tốt hơn nên coi hệ thống HVDC và HVAC là những giải pháp có chi phí ngang nhau.
Tham khảo
