Aukštos įtampos komplektai energijos tinklų plėtros projektams

Suprasti aukštosios įtampos komplektus ir jų vaidmenį tinklo plėtime

Kas yra aukštosios įtampos komplektai? Pagrindiniai komponentai ir funkcijos

HVCS sistemos valdo aukštos įtampos energijos perdavimą, viršijantį 110 kV, per elektros tinklus. Jos paprastai susideda iš keleto pagrindinių komponentų, įskaitant GIS įrangą, jungiklius, transformatorius bei įvairius apsaugos relės prietaisus, visi suderinti pagal konkrečios energijos tinklo struktūros poreikius. Šiuolaikinės aukštos įtampos sistemos labai dėmesio skiria patikimam veikimui dėka geresnių izoliacinių medžiagų ir tobulintų šilumos valdymo mechanizmų. Dauguma įrenginių tarnauja gerokai ilgiau nei trisdešimt metų, kol reikia didelių remontų. Pagal 2024 metų rinkos tyrimus, apie keturios iš penkių komunalinių paslaugų teikėjų įmonių prašo, kad šios sistemos būtų aprūpintos gyvais diagnostikos funkcijomis. Tai padeda išvengti netikėtų maitinimo nutraukimų, plečiant esamą tinklo infrastruktūrą, kas tampa vis svarbiau, nes paklausa nuolat auga.

Integracija į ultraaukštos įtampos (UHV) kintamosios ir nuolatinės srovės perdavimo sistemose

Ultraukštos įtampos, viršijančios 800 kV, sistemos keičia elektros energijos perdavimą per didelius atstumus. Dauguma regionų tinklems sujungti naudoja UHV kintamosios srovės (AC) sistemas, nes jas pradiniu etapu statyti pigiau. Tačiau perdavinėjant energiją tarp šalių per labai ilgus atstumus, pavyzdžiui, daugiau nei 1 000 kilometrų, nuolatinės srovės aukštos įtampos (HVDC) technologija iš esmės praranda apie 40 procentų mažiau energijos. Šis skirtumas yra labai svarbus didelio masto operacijoms. Ateityje tikimasi, kad komponentų, naudojamų šiose aukštos įtampos sistemose, rinka taip pat greitai auga. Pagal pramonės prognozes, iki 2030 m. metinis augimas sieks apie 8,9 %, nes šalys vis labiau stengiasi integruoti atsinaujinančius energijos šaltinius į savo energijos tinklus.

Pagrindinės šiuolaikinės energijos tinklo infrastruktūros taikymo sritys

• Atsinaujinančios energijos koridoriai, jungiantys jūros vėjo elektrines su miestų centrais
• Požeminiai perdavimo tinklai metro zonose, kuriose trūksta vietos
• Tarptautiniai ryšiai, palengvinantys tarptautinį elektros energijos bendravimą

Rinkos tendencijos: Aukštos įtampos jungiamosios įrangos rinkos augimas dėl tinklo plėtros

Aukštos įtampos jungiamosios įrangos segmentas sudaro 62 % visų aukštos įtampos jungiamųjų sistemų (HVCS) pirkimų biudžeto, o GIS montavimai nuo 2020 m. kasmet auga 15 %. Šis augimas atitinka pasaulines investicijas į tinklus, viršijančias 300 mlrd. USD kasmet, siekiant palaikyti atsinaujinančių energijos šaltinių integraciją ir keisti senėjančią infrastruktūrą.

Standartizacija kontra pritaikymas: lankstumo ir efektyvumo balansas diegiant

Komunalinės paslaugų teikėjos vis dažniau naudoja modulinius HVCS projektavimo sprendimus, leidžiančius taikyti 70 % standartinių komponentų, kartu leidžiant regioninį pritaikymą. Toks hibridinis požiūris sutrumpina diegimo laikotarpį 6–8 mėnesiais, palyginti su visiškai individualiais sprendimais, kas yra būtina laikytis atsinaujinančių energijos projektų prijungimo terminams.

Iššūkiai statant aukštos įtampos perdavimo linijas ir pajėgumų apribojimai

Senėjanti infrastruktūra ir patikimumo rizikos JAV perdavimo tinkle

Daugiau nei septyniasdešimt procentų perdavimo linijų visoje Jungtinėse Valstijose jau yra senesnės nei ketvirtis amžiaus, o daugelis būtinų dalių, tokių kaip transformatoriai ir jungtuvai, pasiekia savo veikimo ribas. Pagal 2021 m. Amerikos inžinierių civilinių inžinerijos draugijos ataskaitą, mūsų šalies energijos tinklui buvo suteikta tik D+ pažymėjimas, kas rodo, kiek jis iš tiesų yra pažeidžiamas stipriems orams ir galimiems masiniams elektros tiekimo nutrūkimams. Tokios patikimumo problemos sukelia tikras problemas Aukštos įtampos komplektinių įrenginių gamintojams, nes sena infrastruktūra apsunkina naujesnių technologijų diegimą, kurios galėtų pagerinti tinklo veikimą. Problema dar labiau pablogėja, kai pažvelgiame į skaičius: apribotas perdavimo pajėgumas praėjusiais metais vien prarastai atsinaujinančios energijos gamybai sukėlė beveik dešimties milijardų dolerių nuostolius. Tokio masto finansiniai nuostoliai aiškiai parodo, kodėl investicijos į protingų infrastruktūros patobulinimų tapo tokios svarbios visiems, kurie dirba energetikos sektoriuje.

Sujungimo delsos ir jų poveikis atsinaujinančios energijos integravimui

Vidutinis laikas prijungti prie elektros tinklo daugelyje JAV dalių jau viršijo ketverius metus, dėl ko rimtai vėluoja nauji vėjo elektrinių ir saulės elektrinių projektai. Pagal pramonės ataskaitą praėjusiais metais beveik du trečdaliai visų sustabdytų atsinaujinančios energijos projektų nurodo ribotą perdavimo pajėgumą kaip pagrindinę problemą. Kas nutinka toliau? Projektuotojams dažnai belieka keisti savo pradinius planus taip, kad jie atitiktų esamus tinklus, o ne statyti geriausias galimas aukštos įtampos sistemas, kurias jie iš pradžių numatė. Tai sukuria papildomas išlaidas ir sumažina efektyvumą, ko būtų galima išvengti, jei tinklas būtų pasiruošęs tuo metu, kai šie valymos energijos projektai buvo pirmą kartą pasiūlyti.

Atvejo analizė: ERCOT tinklo stiprinimo technologijos, skirtos sumažinti perdavimo kamštynams Teksase

ERCOT 2023 m. sumažino saulės energijos ribojimą Vakarų Teksase 19 % dėka dinaminių linijų vertinimo sistemų ir pažangių galios srauto valdymo priemonių. Operatorius esamuose koridoriuose pasiekė 800 MW papildomos perdavimo galios – tiek, kiek būtų galima gauti pastatant 320 km naujų perdavimo linijų. Šie patobulinimai rodo, kaip adaptacinės technologijos gali laikinai sušvelninti fizinių infrastruktūros apribojimus.

Didėjantis projektų prijungimo prie tinklo eilių užsikrimtimas visoje Šiaurės Amerikoje

2024 m. pirmojo ketvirčio metu projektais į eilę laukiančių pajungimo prie tinklo paraiškų bendra galia siekė 1,4 TW – tris kartus daugiau nei 2020 m. Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos duomenys rodo, kad tik 21 % siūlomų projektų pasiekia komercinę veiklą, o 78 % atšaukimų susiję su perdavimo tinklų modernizavimo išlaidų paskirstymu. Ši eilė verčia naftos kompanijas teikti pirmenybę palaipsniui vykdomoms plėtrams, o ne visuminiam aukštos įtampos tinklų planavimui.

Ultraaukštos įtampos technologija ir energetikos sistemų transformacija

Kaip ultraaukštos įtampos perdavimas leidžia optimizuoti nacionalinę energetikos struktūrą

Perduodamosios sistemos, veikiančios labai aukštu įtampu (UHV) virš 800 kV, keičia žaidimą, siekiant suderinti energijos poreikius su turima energijos tiekimu didelėse teritorijose. Šios sistemos leidžia šalims perduoti milžiniškus elektros kiekius atstumais, viršijančiais 1500 kilometrų, prarandant mažiau nei 6 procentus kelio metu, kaip nurodyta praėjusiais metais paskelbtame Ponemon instituto tyrime. Kas tai daro įmanoma? Na, pagalvokite – viena UHV linija gali perduoti apie 12 gigavatų galios, kas būtų lyg dvylika branduolinių jėgainių tiesiogiai tiekiančių elektrą miestams. Ir dar viena nauda: tokios linijos užima apie 30 % mažiau vietos žemėje, palyginti su tradicinėmis 500 kV perdavimo koridoriais. Toks pajėgumas yra itin svarbus, nes daugelis šalių stengiasi senas anglies ir dujų jėgaines pakeisti šaresniais energijos šaltiniais, išsidėsčiusiais skirtingose vietovėse. Ateityje ekspertai prognozuoja, kad aukštos įtampos įrangos rinka iki 2030 m. augsi apie 7,2 % kasmet, daugiausia todėl, kad vyriausybės nuolat investuoja į šiuos pažangius tinklus. Geriau sujungus atsinaujinančios energijos gamybos vietas su gyventojų centrais, sumažėja atvejų, kai vėjo jėgainės ar saulės elektrinės turi būti išjungiamos tiesiog todėl, kad nėra kur siųsti jų generuojamos elektros energijos.

NUO ir KINTAMOSIOS SROVĖS LYGINIMAS: Efektyvumo palyginimas ilgų atstumų tinklų plėtimui

Šiuolaikiniai tinklų plėtimo projektai vis dažniau teikia pirmenybę nuolatinei aukštos įtampos srovei (NUO) vietoj kintamosios srovės (KINTAMOSIOS SROVĖS) koridoriams, ilgesniems nei 600 km. NUO sistemos rodo:

• 40 % mažesni linijų energijos nuostoliai per 800 km atstumą
• 25 % sumažintos žemės sklypų reikalavimai
• 200 % didesnė galios perdavimo talpa vienam laidininkui

Nors KINTAMOSIOS SROVĖS lieka ekonomiškai naudingesnė trumpesniems ryšiams, NUO efektyvumo pranašumai tampa akivaizdūs projektuose, apimančiuose visą žemyną. Pietų Kinijos tinklo NUO projektas pasiekė 95,4 % perdavimo efektyvumą per 1 642 km, tiekdamas 5 GW iš hidroelektrinių į kranto makro miestus.

Atvejo analizė: Kinijos ULTRA AUKŠTOS ĮTAMPOS KINTAMOSIOS IR NUOLATINĖS SROVĖS PROJEKTAI kaip šablonas masiniam diegimui

Kinijos 350 mlrd. JAV dolerių investicija į labai aukštos įtampos (UHV) tinklus nuo 2016 m. rodo aukštos įtampos komplektinių sistemų mastelio plėtros galimybes nacionalinėse elektrifikacijos strategijose. ±1 100 kV Changji-Guquan HVDC linija – aukščiausios įtampos projektas pasaulyje – per 3 300 km perneša 12 GW iš Xinjiango dykumos į Anhui provinciją, tiekiant energiją 50 milijonų namų ūkių. Šis diegimo modelis rodo:

Metrinė	Konvencinis tinklas	Labai aukštos įtampos (UHV) tinklas
Atsinaujinančių šaltinių integravimas	4,1 GW (2015)	28,3 GW (2023)
Perdavimo pajėgumas	0,8 GW/km	2,4 GW/km
Statybos laikas	72 mėnesiai	36 MĖNESIŲ

Šie projektai parodo, kaip standartizuotos aukštos įtampos komplektinės sistemos greitina diegimą, kartu išlaikant lankstumą atsižvelgiant į regioninius tinklo reikalavimus, suteikdamos kopijuojamą modelį kitoms G20 šalims.

Atnaujinamosios energijos ir kylančios apkrovos, formuojančios perdavimo paklausą

Aukštos įtampos perdavimo plėtra kaip atnaujinamosios energijos tikslų palaikymas

Jei norime atkurti atsinaujinančios energijos gamybą reikšmingu mastu, šiuolaikinei elektros tinklo sistemai reikia išplėstų aukštos įtampos perdavimo sistemų. Dauguma naujų saulės baterijų ir vėjo jėgainių patenka į nuošalias vietoves, kur yra pakankamai vietos, bet nėra esamos infrastruktūros, todėl mums reikia ilgų elektros linijų, jungiančių kaimo vietoves su miestų rajonais. Tai sukūrė didelį rinkos poreikį specializuotai įrangai transformatorinėse, pvz., grandininėms jungtuvoms ir atjungiamiesiems jungtuvams, kurios geba tvarkyti kintamą vėjo ir saulės energijos išvestį. Skaičiai tai patvirtina: pagal Market Data Forecast, Šiaurės Amerikos įmonės, parduodančios aukštos įtampos įrangą, nuo 2022 metų kasmet augo apie 8,4 % dėl šio žaliosios energijos plėtros impulso. Energijos tiekimo įmonės dabar elgiasi protingai, pasirenkant modulinius projektavimo sprendimus, leidžiančius greičiau diegti įrangą. Šie pokyčiai sumažino laukimo laiką prijungiant naujas saulės ar vėjo elektrines prie tinklo nuo ketvirtadalio iki beveik pusės.

Tinklo stiprinimo technologijos: dinaminis linijų vertinimas ir daugiau

Dinaminio linijų vertinimo arba DLR sistemos iš esmės geriau naudoja jau esamas elektros linijas, keisdamos kiek elektros srovės jos gali praleisti priklausomai nuo dabartinės orų būklės ir faktiškai tuo metu vartojamo kiekio. Šios sistemos veikia ypač gerai derinamos su pažangiomis aukštos įtampos stebėsenos priemonėmis, leidžiančiomis energijos tiekimo įmonėms išgauti apie 30 % daugiau našumo iš jau esamos infrastruktūros nereikiant statyti nieko naujo, kas sutaupo lėšų ir laiko. Pastaruoju metu pramonė taip pat mato įdomių pokyčių, tokių kaip specialūs laidininkai, kurie gali išlaikyti didesnę temperatūrą, bei trumpojo jungimo srovės ribotuvai, kurie padeda apsaugoti tinklą per perkrovos periodus. Visi šie patobulinimai yra labai svarbūs, nes didinant vėjo ir saulės energijos pajėgumus, tinklui reikia greitai prisitaikyti prie tiekimo ir paklausos pokyčių per dieną.

Aukštos įtampos komplektinių skirstomųjų įrenginių strateginis pirkimas, suderintas su atsinaujinančios energijos projektais

Komunalinės paslaugos dabar derina aukštos įtampos komplektinių skirstomųjų įrenginių pirkimą su atsinaujinančios energijos kūrėjų statybos etapais. Ši koordinacija sumažina įrangos pristatymo laiką nuo 18+ mėnesių iki <12 mėnesių, naudojant standartizuotus pastotės brėžinius. Iš anksto suprojektuoti rinkiniai su GIS komponentais vėjo fermų prijungimui parodė, kad jie yra 22 % greitesni paleidžiami, lyginant su individualiais projektavimo sprendimais.

Duomenų centrai kaip pagrindiniai nauji apkrovos šaltiniai: poveikis perdavimo tinklų planavimui

Pagal 2025 m. paskelbtą tyrimą žurnale „Frontiers in Energy Research“, duomenų centrai dabar suvartoją apie 7,2 procento visos elektros energijos maksimalios paklausos JAV. Tai iš tikrųjų palyginama su vidutinio dydžio miestų sunaudojama energija jų užimčiausiomis dienomis. Šios įrangos paprastai reikalauja milžiniškų energijos kiekių, dažnai vienu metu viršijant 100 megavatų, todėl jiems reikalingos specialios perdavimo linijos. Daugiau nei pusė (apie 58 %) neseniai pastatytų didelio masto duomenų centrų prašo tiesioginių prijungimų aukštos įtampos lygyje – 500 kilovoltų. Šių energiją intensyviai naudojančių objektų augantis skaičius kelia realų spaudimą energetikos planuotojams, kurie turi pagreitinti naujų perdavimo infrastruktūros projektų patvirtinimus. Pramonės specialistai praneša, kad beveik trys ketvirtadaliai (72 %) nepriklausomų sistemų operatorių dėl dirbtinio intelekto programų ir duomenų saugojimo poreikių sparčiai plėtimo buvo priversti visiškai peržiūrėti savo apkrovos prognozes.

Aukštos įtampos komplektinių įrenginių integravimas į duomenų centrų elektros tiekimo koridorius

Naujiems duomenų centrų spalvams reikia 345 kV ir aukštesnės įtampos transformatorinių stotelių, esančių ne toliau kaip 8 km, reikalaujančių kompaktiškumo aukštos įtampos komplektinių skirstomųjų įrenginių su dvigubais atsarginiais maitinimo šaltiniais. Šiose įrengtuvėse dabar dominuoja modulinės jungiklių konfigūracijos, pasiekiant 99,999 % prieinamumą dėka lygiagrečių magistralių sistemų. Naujausi projektai parodė, kad naudojant iš anksto išbandytus aukštos įtampos įrangos komplektus energizavimo laikas sutrumpėja 40 %, palyginti su tradiciniu dalinio surinkimo būdu

Vyriausybės parama ir finansavimas aukštos įtampos perdavimo infrastruktūrai

Pagrindiniai teisės aktai: IIJA, IRA ir BIL, skatinantys investicijas į tinklo modernizavimą

Federaliniai įstatymų leidėjai neseniai skirti daugiau nei 80 milijardų dolerių Amerikos elektros tinklo sistemos modernizavimui, o aukštos įtampos įranga bus būtina tam įgyvendinti. Vien Infrastruktūros investicijų ir darbo vietų aktas skiria apie 65 milijardus dolerių įvairioms tinklo patobulinimams, iš kurių apie 2,5 milijardo tiesiogiai skiriama dideliems regioniniams perdavimo projektams, kuriems reikalinga aukštos įtampos technologija. Taip pat padeda ir kitos teisės aktų nuostatos. Inflacijos sumažinimo aktas siūlo mokesčių lengvatas įmonėms, kurios diegia naują perdavimo įrangą, o Dviejų partijų infrastruktūros įstatymas nukreiptas į tai, kad protingi tinklai gerai veiktų su ultra aukštos įtampos sistemomis. Visi šie skirtingi įstatymai kartu atsižvelgia į kažką labai svarbaus – nuo 2020 metų pasiūlytų perdavimo projektų skaičius padidėjo maždaug 60 procentų. Sena infrastruktūra jau nebegali atitikti vis augančio atsinaujinančios energijos pajėgumų bei milžiniško duomenų centrų plėtros šalyje tempų.

Kaip federalinės iniciatyvos greitina perdavimo tinklų modernizavimą ir diegimą

Energijos departamentui priklausanti Tinklo diegimo tarnyba jau pradėjo greitinti leidimų išdavimą projektams, naudojantiems standartinius aukštos įtampos įrangos komplektus. Tai sutrumpina patvirtinimo laiką apie 30–40 procentų, palyginti su atvejais, kai įmonės pateikia individualius projektus. Dėl federalinių paskolų programų, tokių kaip Perdavimo skatinimo iniciatyva, nuo 2022 metų pradžios privatus investuotojai įdėjo 3,2 mlrd. JAV dolerių į aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) perdavimo linijų statybą. Šios pastangos padeda sumontuoti aukštos įtampos jungtukus ir komutacinę įrangą vėjo elektrinėse ir saulės elektrinėse visoje šalyje. Apie keturi iš penkių finansuojamų projektų iš tiesų apima komponentus, veikiančius virš 500 kilovoltų įtampa. Kai energijos tiekimo įmonės suderina savo pirkimų grafikus su neseniai priimto infrastruktūros įstatymo tikslais, jos tampa prašomos vyriausybės dotacijų, kurios gali padengti nuo 15 iki 50 procentų šių brangių aukštos įtampos komponentų kainos.

DUK

Kas yra aukštos įtampos komplektai (HVCS)?

Aukštos įtampos komplektai (HVCS) yra energijos perdavimo sistemos, skirtos įtampoms, viršijančioms 110 kV. Jos apima pagrindinius komponentus, tokius kaip GIS įranga, jungikliai, transformatoriai ir apsauginiai relėjiniai prietaisai, pritaikyti konkrečios energijos tinklo schemos poreikiams.

Kokia yra ultraaukštos įtampos (UHV) perdavimo reikšmė?

UHV perdavimas leidžia per didelius atstumus vežti milžiniškus elektros kiekius su minimaliais nuostoliais. Tai padeda šalims suderinti energijos poreikius su tiekimu, todėl yra idealus būdas pervežti energiją iš atsinaujinančių energijos šaltinių į gyventojų centrus.

Su kokiomis problemomis susiduria perdavimo tinklas JAV?

JAV perdavimo tinklą kamuoja senėjanti infrastruktūra ir patikimumo rizikos, dėl ko kyla problemų, pvz., ribotas pajėgumas ir prijungimo vėlavimai, trukdantys atsinaujinančios energijos integracijai.

Kaip dinaminio linijos vertinimo (DLR) sistemos naudingos tinkle?

DLR sistemos maksimaliai panaudoja esamas elektros linijas, pritaikydamos elektros apkrovą pagal esamas sąlygas, padidina efektyvumą nereikalaujant naujos infrastruktūros.

Koks yra vyriausybės vaidmuo remiant aukštos įtampos perdavimo infrastruktūrą?

Vyriausybės iniciatyvos, tokios kaip Infrastruktūros investicijų ir darbo vietų aktas, suteikia reikšmingą finansavimą ir paramą tinklo modernizavimui bei sumažina patvirtinimo laiką naudojant aukštos įtampos įrangos komplektus.