800 kV UHVDC - ett stort tekniksteg

Grundforskning

Det är mer än 20 år sedan senaste stegring av spänning gjordes för HVDC. Orsaken till att det dröjt så länge ligger i att utvecklingssteget har krävt ytterligare grundutveckling på en rad områden:
  • Utveckling av nya material för isolatorer för utomhusmiljö. Med högre spänning följer också att man måste ha längre avstånd mellan spänning och jord för att isolera spänningsförande delar till jord. Isolatorer för att skapa dessa avstånd i luft har under de senaste 100 åren företrädesvis tillverkats i porslin. Under de senaste 15 åren har dock nya plastmaterial utvecklats vilket gjort det möjligt att överge porslin till förmån för framförallt silikongummi. Detta material har visat sig ha mycket gynnsamma egenskaper för utomhusisolation.
  • Avancerade data-beräkningshjälpmedel för tredimensionella fältberäkningar för framförallt transformatordimensionering.
  • Förfinade mätmetoder med avancerad laserteknik för karaktärisering av isolermaterial och isolationssystem.
  • Avancerade kontrollsystem som styr hela anläggningen. Detta kräver en mycket hög beräkningskapacitet, som till bristningsgränsen utnyttjar den senaste tekniken vad gäller dataprocessorer och IT-teknik. Här används ABB:s egenutvecklade Mach2 system.

Under mitten av 90-talet pågick också utvecklingsprojekt för att höja spänningen till 800 kV men vid det tillfället förelåg inte grundutvecklingen för att nå ända fram. Under det projektets gång sjönk också intresset från marknaden och projektet avbröts därför.

800 kV projektet

Sedan grundutvecklingen ovan genomförts har en omfattande produktutveckling gjorts under de senaste två åren. Merparten av utvecklingen har skett vid ABB:s anläggningar i Ludvika, med stöd från centrala forskningslaboratoriet i Västerås.

Projektets centrala delar
  • Med överföring av upp till 9 000 MW på en linje följer att kraven på tillförlitlighet blir extrema. Därför har en helt ny stationsdesign plockats fram som möjliggör att möta dessa krav. Bortfall av hela linjen får ske mindre än en gång på tjugofem år. Ökad tillgänglighet erhålls genom långt driven sektionering på såväl huvudkrets som hjälpsystem. I tillägg till detta är alla kontroll- och skyddssystem dubblerade liksom även hjälpsystem såsom hjälpkraft och nödbatterisystem.
  • Nya typer av samtliga högspänningsapparater som påkänns med DC har utvecklats och försetts med helt nyutvecklade isolanter i polymermaterial. Exempel på sådana apparater är spänningsdelare, förbigångsbrytare, radiostörkondensator, frånskiljare och stödisolatorer.
  • En av projektets huvuddelar har varit att utveckla en ny transformator och en ny genomföring för 800 kV. Grunden för detta har varit den grundforskning som nämnts ovan. Prototyper för genomföringar har plockats fram och typprovats. För transformator har en mock-up byggts upp för att simulera de delar i transformatorn som påkänns med de höga DC spänningarna. Nedan syns foto på transformator och väggenomföring under prov.
  • Nya beräkningsmodeller för beräkning av isoleravstånd har utvecklats. Omfattande prover har genomförts på extremt höga, aldrig tidigare provade spänningar. På bilden nedan urladdas en blixt med över 2 000 000 V. Blixtarnas längd är över tio meter långa. Nedan syns foto från provning av isoleravstånd vid ett av högspänningslaboratorierna i Ludvika.

  • Kontroll och skyddssystemet, Mach 2, har vidareutvecklats för att möta de extrema kraven på tillförlitlighet.
  • En ny tyristorventil tillsammans med en ny tyristor har utvecklats för att kunna hantera den ökade spänningen och den ökade strömmen.
  • Som avslutning kommer alla kritiska apparater att genomgå ett långtidsprov i en speciell långtidsprovstation som ABB har byggt upp på STRI i Ludvika. Provet utförs vid förhöjd spänning under ca 1 år. Syftet med provet är verifiera långtidsegenskaperna i ingående komponenter.



Ekonomi och inbyggda fördelar

Det är framförallt två tunga drivkrafter som motiverar användandet av 800 kV UHVDC.
  • För det första så blir anläggningen inklusive kraftledningen väsentligt billigare för kunden.
  • För det andra tar denna teknik signifikant mindre utrymme i anspråk. Detta argument är minst lika viktigt som den rena investeringskostnaden.

Ekonomi
Den ekonomiska utvärderingen består av tre huvudkomponenter:
  • Förluster i kraftledningen
  • Investeringskostnaden för linjen
  • Investeringskostnaden för omformarstation respektive tillhörande AC ställverk

På bilden nedan framgår kostnadsskillnaderna för 765 kV AC, 500 kV DC och
800 kV DC. Exemplet gäller en 2 000 km lång linje på 6 000 MW.


Inbyggda miljöfördelar
Smala gator
Vid användande av 800 kV UHVDC får man en minimal kraftledningsgata. Vid användande av alternativa transmissionsätt får man två eller flera linjer vars ledningsgata i de flesta fall var för sig är bredare. I figuren nedan framgår ungefärliga skillnader:



Låga förluster
Som framgår i ekonomiavsnittet ovan är ledningsförlusterna signifikant lägre för HVDC-linjer jämfört med växelströmsledningar.

Låga magnetfält
HVDC har till skillnad från normala växelströmslinjer ett närmast försumbart oscillerande magnetfält. Detta gör att HVDC-ledningar i motsats till AC-ledningar lätt möter de hårdare krav på magnetfält (<0,4μT) som alltmer börjar tillämpas i västvärlden.

Marknad idag och i morgon
I Kina och Indien växer behovet av energi dramatiskt. Kina installerar varje år ny effekt motsvarande mer än den totala installerade effekten i Sverige. För att möta detta behov behövs en kraftig utbyggnad av tillgänglig vattenkraft.

För Kinas del innebär detta utbyggnad av stora vattenkraftreserver i landets västra delar. Behovet av kraft är dock i landets östra och södra delar så den producerade elen måste överföras mellan 150-200 mil. Fram till nu har den långväga eltransmissionen genomförts med 500 kV DC men då på avstånd på maximalt 100 mil.

Med införande av 800 kV DC blir det möjligt att med rimliga överföringsförluster transportera elen upp till 300 mil. Idag planerar Kina att bygga en 800 kV DC linje per år med en kapacitet på mellan 5 000-6 400 MW per linje under de närmaste tio åren.

I Indien planeras vattenkraftsutbyggnad i landets nordvästra hörn. På samma sätt som i Kina ligger kraftbehovet långt ifrån källan, så även här blir det fråga om transmission på upp till 200 mil. Idag planerar Indien att bygga en 800 kV DC linje vartannat år med en kapacitet på 6 000 MW per linje under de närmaste tio åren.

Utöver Kina och Indien finns det planer på att installera 800 kV linjer i södra Afrika och Brasilien.

Man kan således säga att 800 kV DC kommer att utgöra en signifikant del av världens transmissionsutbyggnad under de närmaste tio åren.


För mer information kontakta:
ABB Sverige
Christine Gunnarsson, presschef
Phone: +46 21-32 32 32
press@se.abb.com

Senast uppdaterad 2006-11-14
    •   Avbryt
      • Twitter
      • Facebook
      • LinkedIn
      • Weibo
      • Skriv ut
      • e-post
    •   Avbryt
    seabb364 e7984a6b240eb095c12572260029422e