NordLink là dự án HVDC (truyền tải điện một chiều điện áp cao) đường dây mạng lưới điện của Statnett ở Na Uy với TenneT ở Đức. Nó sử dụng bộ chuyển đổi VSC-HVDC lưỡng cực đầu tiên với ngưỡng điện áp tải ± 525 kilovolt (kV) và công suất tải 1.400 megawatt (MW).
Với chiều dài 623km, Nordlink là đường dây điện ngầm (dưới biển và dưới đất) dài nhất của Châu Âu cũng như thế giới cho tới lúc này, cho phép cung cấp hoặc trao đổi năng lượng giữa Na Uy với Đức.
Bối cảnh
Phát triển hệ thống mạng lưới điện giữa bắc và lục địa Châu Âu:
Hệ thống HVDC sẽ tham gia vào hai trong số các lưới điện chính của Châu Âu là lưới điện ENTSOE và lưới điện Bắc Âu. Hai mạng lưới này có công suất lắp đặt ~600GW và 100 GW; tuy nhiên, tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng đòi hỏi công suất tải lớn hơn.
Trong 40 năm qua, một số đường dây đã được lắp đặt để tăng khả năng truyền tải điện công suất giữa lưới điện ở Na Uy, Thụy Điển, Phần Lan và Tây Đan Mạch, được gọi là Vùng Nordpool và lưới lục địa của Châu Âu. Như trong Hình dưới đây, 6 đường dây đã được lắp đặt.
NordLink là đường dây đầu tiên giữa Na Uy và Đức, với công suất định mức là 1.400 MW ở đầu nhận của Đức, đây là mức công suất mạnh nhất và đường dây HVDC dài nhất ở Châu Âu.
Đầu năm 2015, đường dây Skagerrak 4 VSC-HVDC đã được đưa vào sử dụng. Việc sử dụng công nghệ VSC làm cho mạng lưới ổn định điện áp và chất lượng của nguồn điện chuyển đổi AC của bộ chuyển đổi.
3 lý do sử dụng công nghệ VSC-HVDC
VSC- HVDC nghĩa là công nghệ HVDC dựa trên bộ chuyển đổi nguồn điện áp (Voltage Source Converter).
- Thứ nhất, bộ chuyển đổi HVDC có khả năng kết nối các đường dây không đồng bộ (không cùng mạng lưới).
- Thứ hai, đường dây HVDC giúp nó có thể truyền tải điện trên một khoảng cách xa với tổn thất năng lượng tối thiểu so với HVAC (đường dây cao thế xoay chiều truyền thống), bao gồm cả tổn thất điện dung khi truyền tải điện thông quá cáp ngầm dưới biển.
- Cuối cùng, các trạm chuyển đổi VSC-HVDC có đầy đủ chức năng STATCOM (Bộ bù đồng bộ tĩnh) để hỗ trợ mạng AC tại các điểm kết nối chung của Na Uy và Đức.
Sơ đồ hệ thống
Đường dây NordLink bao gồm cấu hình lưỡng cực giữa Tonstad ở Na Uy và Wilster ở Đức. Bộ chuyển đổi lưỡng cực được xếp hạng ở mức điện áp ± 525 kV với công suất lưỡng cực là 1.400 MW tại đường dây AC ở đầu nhận. Hệ thống được thiết kế để hoạt động trong các chế độ sau:
- Chế độ bình thường: Chế độ lưỡng cực (Bipolar mode)
- Chế độ 2: Monopolar metallic return mode (Chế độ trở lại kim loại đơn cực)
- Hoạt động điện áp DC giảm (Reduced DC voltage operation)
- Chế độ STATCOM (STATCOM mode)
- Chế độ khởi động /đảo màu đen (Black Start / Islanded mode)
Chế độ hoạt động bình thường của mạng lưới là lưỡng cực với điện áp cân bằng giữa hai cực. Đường dây sẽ không được trang bị điện cực hoặc dây dẫn trở lại. Tuy nhiên, chế độ 2 có thể được vận hành bằng cách sử dụng dây dẫn của cực khác làm đường dây trở lại.
Mỗi bộ chuyển đổi cũng có khả năng hoạt động như một STATCOM, độc lập với bộ chuyển đổi ở cực khác. Khả năng công suất phản kháng cho phép NordLink hỗ trợ các mạng AC với công suất phản kháng trong trường hợp có rối loạn.
Hệ thống VSC-HVDC cho phép kiểm soát hoàn toàn độc lập cả hoạt động và phản ứng dòng điện trong phạm vi hoạt động của hệ thống. Công suất hoạt động có thể liên tục và được kiểm soát.
Bộ chuyển đổi được xây dựng trên công nghệ HVDC Light của ABB, dựa trên IGBT (lưỡng cực cổng cách điện bóng bán dẫn) các tế bào chuyển đổi được sắp xếp theo chuỗi, được gọi là cấu hình đa cấp. Con số của tế bào trên mỗi van phụ thuộc vào định mức điện áp của bộ chuyển đổi.
Van VSC sử dụng công tắc bán dẫn IGBT với cả khả năng bật và tắt cho hiện tại. Định mức điện áp của thành phần IGBT là 4,5 kV.
Cáp điện ngầm HVDC Nordlink
Hệ thống truyền tải dự kiến dài 623 km, bao gồm 54 km tuyến cáp ngầm dưới đất ở Đức, 516 km đường dây cáp ngầm dưới biển và cuối cùng là 53 km đường dây điện trên không tại Na Uy, trong đó ABB sẽ cung cấp và lắp đặt cáp loại ngâm tẩm khối lượng (MI) cáp cho phần cáp ngầm ở Đức dài 154 km tính từ bờ biển Đức.
Mạch điện gồm hai lõi cáp MI song song. Cáp ngầm ở Đức sẽ được chôn dưới đáy biển ở độ sâu từ 25 mét trở xuống. Đường kính ngoài của cáp là xấp xỉ 150mm.
Cáp ngầm dưới đất có thiết kế khá giống với cáp ngầm dưới biểnngoại trừ việc không có giáp sợi. Hơn nữa, phần sợi giáp bảo vệ bên ngoài được thay thế bằng một lớp vỏ PE ép đùn. Trọng lượng cáp ngầm dưới đất xấp xỉ 45 kg/m.
Tham khảo: ABB
