مطالبی در مورد برق HVDC
آینده بازار HVDC بیش از یکصد سال است که تولید ، انتقال ، توزیع و استفاده از انرژی الکتریکی بر اساس جریان متناوب (AC) است ولی اکنون به استفاده از DC می اندیشیم. HVDC چهل سال پیش به خاطر ترکیبی از ملاحظات فنی و اقتصادی به وجود آمد. سال های نخست HVDC افزایش قیمت نسبت به فاصله با انتقال DC در فاصله ای معین در مقایسه با AC کمتر است. زیرا در انتقال DC حداکثر دو سیم و در AC سه سیم لازم است. مشکل اصلی نیاز به تجهیزات تبدیلی در پایانه ارسال و دریافت است که ACتولیدی را با DC منتقل و سپس در محل مصرف دوباره به AC تبدیل کند. این تجهیزات تبدیلی در مقایسه با تجهیزات انتقال AC گران ترند. ولی اگر فاصله انتقال به اندازه کافی طولانی باشند ، صرفه جوئی حاصل از سیم کشی سر انجام بر هزینه تبدیل غلبه می کند. در خط انتقال هوایی ، این فاصله سر به سر در حدود 800 تا 1000 کیلومتر است ، در حالی که در کابل انتقال زیرزمینی و زیردریایی به دلیل قیمت نسبتاً بیشتر کابل ، فاصله سر به سر به 50km کاهش می یابد. علاوه بر آن در توان و جریان یکسان ، تلفات انتقال DC و درنتیجه هزینه آن دو سوم انتقال AC است ، زیرا تعداد هادی های آن کاهش می یابد. HVDC مشکل کابل کشی در مسافت های طولانی دریا و خشکی را حل کرده است. زیرا ظرفیت گرمایی کاملاً صرف جریان شارژ می شود. همچنین مشکل پایداری انتقال AC در فواصل زیاد نیز حل می شود. به همین دلیل است که از این فن آوری در سیستم کابل کشی گتلند و ساردینا و خطوط طولانی انتقال در اقیانوس آرام و رودخانه نلسون استفاده شده است. عامل مهم و پیوند دهنده در افزایش کاربرد این فن اوری نسبت به سال های اولیه گسترش HVDC ، این است که این سیستم می تواند انرژی را بدون نیاز به همزمان سازی مبادله کند. اتصال HVDC رودخانه ایل بین کبک و نیوبرانسویک کانادا در 1970 فناوری عمده بود. مثال هایی از افزایش نصب سیستم های پشت به پشت HVDC را در آمریکای شمالی می بینیم. به دلیل گستردگی این قاره و تعداد سیستم های قدرت نصب شده با ظرفیت های متفاوت ، ایجاد سیستم به هم پیوسته منفرد و همزمان میسر نیست. در نتیجه چهار سیستم اصلی و مستقل قدرت به وجود آمده است : سیستم ساحل غربی ، سیستم شرقی و مرکزی نواحی ساحلی ، کبک در شمال و تگزاس در جنوب. این چهار سیستم مستقل با دروازه اتصال پشت به پشت HVDC به هم وصل می شوند. متشابه این وضعیت نیز در اروپا وجود دارد که در آن از اتصالات پشت به پشت برای ارتباط غیر همزمان سیستم اروپای غربی UCPTE با سیستم CENTERAL استفاده شده است. این دو سیستم اگرچه با فرکانس 50Hz کار می کنند ، ولی نمی توانند آن ها را به طور همزمان به هم وصل کرد ، زیرا حالت کنترل فرکانسی آن ها واگرا است. وجود تمایل پیوسته در اروپای شرقی و مرکزی برای اتصال با غرب و اصلاح روش کنترل فرکانسی آن ها امکان همزمان سازی CENTERAL با UCPTE را فراهم کرده است. مرز غیر همزمان سازی این اتصال به سمت شرث پیشروی می کند که در آن امکان ایجاد دو اتصال پشت به پشت اضافی وجود دارد. احتمال کاربرد این فناوری خاص در ایجاد ارتباط منطقه ای در کشورهای در حال توسعه مثل هند و چین نیز وجود دارد. در هند سه اتصال پشت به پشت HVDC در حال بهره برداری است : یکی در ویندیاجال ، دو تا در چاندارپور و چهارمی نیز در ویساکاپانتام که در ابتدای مرحله بهره برداری قرار دارد و تعدای نیز برای آینده در نظر گرفته شده اند. پیشرفت های انتقال AC در خلال استفاده از HVDC ، انتقال AC پیشرفت های زیادی کرده است که عامل متعادل کننده فنی و اقتصادی بین AC و DC بوده است. جبران سازی استاتیک VAR از الکترونیک قدرت که برایDC توسعه یافته است می توان به خوبی در SVC (جبران ساز استاتیک VAR) استفاده کرد. در حال حاضر بیش از 300 عدد از این دستگاه ها در سیستم های انتقال در حال بهره برداری اند. جبران ساز سری استفاده از سیستم های میرا کننده تشدید نیمه همزمان (SSR) برای برطرف کردن نوسانات ناخواسته نیمه همزمان و کاهش خطر خرابی ژنراتورها و توربین ها مؤثر بوده است. این کارقابلیت اعتماد جبران سازی سری را بالا برده است. بعدها خازن های سری کنترل شونده با تایریستور (TCSC) امکان کنترل شارش توان و میرایی سیستم را فراهم کرد. پیشرفت های مرسوم از روش های مرسوم دیگری با مقدار نامی بالاتر نیز استفاده شده است ، ترانسفورماتورهای بزرگ تر و فزاینده چهارگانه quad-booster برای کاهش توان و رساندن آن به مدار مربوط و استفاده مجدد از خطوط در ولتاژ بالا یا رأکتانس کم. FACTS ظهور سیستم های انتقال انعطاف پذیر بر AC (FACTS) ، که مفاهیم جدیدی چون استات کام یا SVC پیشرفته به جبران سازی سری استاتیک و همزمان (SSSC) و کنترل کننده متحد شارش و توان (UPFC) را به دنبال داشت ، ابعاد جدیدی را به کنترل و توسعه انتقال AC افزوده است. فناوری کابل پیشرفت های کابل های XLPE ، حداقل برای ولتاژهای متوسط ، این مکان را فراهم کرد که ظرفیت کابل فقط نصف جریان شارژ کننده در هر کیلومتر افزایش یابد و به طور مؤثری فاصله استفاده در انتقال AC دو برابر شود. پیشرفت های HVDC در همین فاصله ، HVDC نیز پیشرفت های چشمگیری داشته است. گذز از لامپ های جیوه ای به حالت جامد در قالب فناوری HVDC لامپ های مبدلی قرار دارند که کار یکسوسازی و روانه سازی را انجام می دهند. قدیمی ترین مبدل های HVDC از یکسوسازی های جیوه ای کنترل شونده در صنایع به کار می رفت استفاده می کردند. این طرح های صنعتی اولیه سرانجام به صورت محصولات خاصی با ولتاژ و جریان بالا در سیستم انتقال به کار رفت. مثلاً در 1972 لامپ های جیوه ای چند آندی 150kv و 1800A در تجهیزات رودخانه نلسون به کار رفت. ولی پیشرفت قابل ملاحظه ای که باعث پیشبرد HVDC شد کاربرد افزاره های نیمه رسانا به جای لامپ های خلاء بود. مثلاً تایریستور فناوری جدید حالت جامد باعث شد که حجم مبدل ها و در نتیجه اندازه فیزیکی ایستگاه های مبدل کوچکتر شود. مبدل های تریستوری قدیمی با هوا خنک می شدن ولی از اواسط دهه 1980 خنک کردن با آب باعث کاهش بیشتر حجم این ادوات شد. در مبدل های Selindage برای اتصال انگلستان – فرانسه (1985) از دو ردیف موازی تایریستور به قطر 56mm استفاده شد که جریان 1850A را تحمل می کردند و در هر ردیف از هر 125 تایریستور سری استفاده شد که ولتاژ 3000 ولت را برای قطب 500MW تحمل می کردند. در خط چاندراپور در هندوستان (1997) از تایریتور 100mm قابلت تحمل 2450A را به کمک اتصال سری 54 تایی می رساند. افزاره های 100mm قابلیت تحمل ولتاژ معکوس 6kv را دارند و حداکثر جریان پیوسته قابل تحمل آن ها 4000A است. ولی این حد کنونی ، توسعه فناوری تایریستور را نشان نمی دهد. اکنون افزاره هایی با قطر 150mm که ولتاژ آن ها 8kv است در دسترس اند. ترجیح بر آن است که تعداد این سطوح سری و در نتیجه قیمت آن ها کاهش یابد ، ولی بین این کاهش قیمت و قیمت افزاره های ولتاژ بالاتر از موازنه برقرار است. ولتاژهای بالاتر DC هرجا که هدف انتقال HVDC انتقال توان در مسافت طولانی باشد از ولتاژ DC بالا برای کاهش تلفات استفاده می شود. با این حال بین هزینه ناشی از تلفات و هزینه نصب تأسیسات ولتاژ بالا موازنه وجود دارد. سال ها از خطوط هوایی با ولتاژ ±500kv استفاده می شد. در ایتایپور برزیل که بزرگترین تأسیسات HVDC دنیا را داراست ، ولتاژ خط انتقال kv600± است و 6300MW توان را در مسافت 800km منتقل می کند. در سال های اخیر در بخش فناوری کابل های زیردریایی نیز تمایل تدریجی به افزایش ولتاژ وجود دارد. در حال حاضر بیشترین ولتاژ در حال استفاده 450kv است. حال آنکه به ولتاژهای بالاتری نیاز داریم. برخی طرح های کابل کشی زیردریایی با ولتاژ 500kv در دست اخداث است. ولتاژ مطالعه برای حل مشکلات 600kv ادامه دارد. پیش بینی می شود که تا 10 سال آینده همه این طرح ها عملی شوند ، با این همه در شرایط فعلی 500kv بهترین راه حل فنی ولتاژ اقتصادی است. کنترل در اواسط دهه 1960 معلوم شد که کنترل آتش لامپ های یکسو کننده در مبدل هایی که به سیستم های AC ضعیف توان می رسانند مشکلاتی دارند. این مسئله به پیدایش روش نوسانگر قفل فاز (PLO) انجامید که در عین همزمانی با مشکل موج AC ، سیستم پالس های آتش با فاصله برابر برای لامپ های مبدل فراهم می آورد. این سیستم کنترل بلافاصله استاندارد صنعتی شده ولتاژ هم مبنای بسیاری از سیستم های کنترل HVDC است. بسیاری از تغییرات ولتاژ اصلاحات درسی سال گذشته انجام شده است ولی موفق ترین آن ها طرح هایی بودند که سادگی را بیشتر کرده اند تا پیچیدگی را. با چنین سیستم های کنترلی اکنون می توان مانند ده سال گذشته سیستم HVDC را برای سیستم فوق العاده ضعیف AC با نسبت برابر اتصال کوتاه استفاده کرد (مک نیل ، کانادا ، 1989 ، 150MW ). روش های پیاده سازی چنین سیستم های کنترلی فوق العاده پیشرفت کرده است. ابتدا سیستم های کنترل کاملاً آنالوگ بودند. امروز همه عملیات کنترلی را می توان در سیستم دیجیتال قابل برنامه ریزی پیاده کرد تا بتوان ویژگی های بهینه سازی بهره برداری را ساده کرد. استفاده از سیستم اضافی ولتاژ کمکی کنترل نیز اکنون رایج است ولتاژ قابلیت اعتماد ولتاژ دسترس پذیری سیستم HVDC را افزایش می دهد. فیلترهای فعال DC قابل ملاحظه ترین پیشرفت ، ظهور فیلترهای فعال برای استفده در مدارهای الکترونیک قدرت است که به کمک آن می توان هارمونی ها را روی طیف گسترده ای از فرکانس حذف کرد ، بدون اینکه به حذف یا کاهش عناصر غیر فعال نیاز باشد که در فیلترهای مرسوم لازم است. تایریستورهای تریگر شونده با نور پشرفت قابل ملاحظه دیگر در فناوری تایریستور ظهور تایریستورهایرتریگر شونده با نور است (LTT). تایریستورهای عادی ولتاژ تریگر شونده به صورت الکتریکی (ETT) به واحد الکترونیکی محلی برای تولید پالس های تریگر ولتاژ لوازم حفاظت ولتاژ لوازم حفاظت ولتاژ نظارت سطح ولتاژ هر تایریستور نیاز دارند. هدایت سیگنال های الکترنیکی در سطح زمین را می توان با عایق بندی الکتریکی بیشتر با تعداد عناصر زیاد ولتاژ مشکلات نگهداری ولتاژ تعمیر آن ها مدت ها هدف طراحان HVDC بوده است. چنین حذفی به فشرده شدن لامپ های خلاء ، کوچک و سبک شدن بسته های آن ها برای نصب در خارج از تأسیسات عایق سازی و کاهش کارهای عمرانی مربوط به آن انجامید. تایریستورها می توانند مستقیماً با نور تریگر کار کنند. ولی عملیات پایش (مانیتورینگ) و محافظت مشکل را بیشتر می کند. ساخت LTT ساده نسبتاً آسان است. اظافه کردن عملیات حفاظتی لازم به تایریستور پیچیدگی و هزینه سیستم را افزایش می دهد. در حال حاضر استفاده از LTT های خود حفاظتی رایج شده است. به هر حال باید دید که کدام یک از این دو نمونه در آینده نزدیک با ETT رقابت می کنند. توپولوژی های جدید در کل تاریخ انتقال HVDC اصلی ترین توپولوژی مداری پل جا به جا شونده 12پالسی است. درسال های اخیر ، پژوهشگران عملکرد تعداد توپولوژی های دیگر را نیز بررسی کرده اند ، با این دید که جنبه رقابت انتقال HVDC را نسبت به سایر راه حل ها بهبود بخشند. دو راه حلی که به نظر می رسد آینده بهتری نسبت به سایر راه حل ها دارند به شرح زیر است : جابجایی سری جبران شده : با قرار دادن خازن بین ترانسفورماتور مبدل و لامپ می توان امپدانس مدار را کاهش داد. در نتیجه با کاهش مصرف توان غیر فعال مبدل و در نتیجه حذف نیاز به بانک های بزرگ برای جبران سازی موازی بازده جابجایی بیشتر می شود. مطالعات نشان داده که بهبود حساسیت مبدل به جابجایی جواب اغتشاش سیستم در حالت وارونگر از میان می رود. مزیت کاهش نیاز به جبران سازی ممکن است بر اثر تنش های افزوده شده به لامپ ها در ترانسفورماتورها و در نتیجه رأکتانس جاجایی کمتر که ناشی از محدودیت قیمت است از بین رود. اگر خازن ها در بیرون اضافه شوند ، فضای بیشتری برای سالن لامپ های تخلیه لازم است. هنوز هیچ سیستم سری جبران شده ای به مرحله بهره برداری تجاری نرسیده است. ولی در ترکیب فیلترهای فعال AC ، پتانسیل بالقوه ی خود را در آینده نشان خواهند داد و باعث حذف نیاز به جبران سازی موازی می شوند. مبدل های ولتاژی (VDC) : با تایریستورهای معمولی می توان جریان را برای روشن کردن کنترل کرد ، ولیخاموش کردن فقط در جریان طبیعی صفر انجام می شود. تایریستورهای خاموش شونده از گِیت (GTO) جریان را هم در حالت خاموش و هم در حالت روشن کنترل می کنند و به این ترتیب درجه آزادی در کنترل مبدل HVDC افزایش می یابد. با استفاده از GTO ها و IGBT ها یا سایر افزاره های دو حالته در مبدل های ولتاژی VSC ، مصرف یا تولید توان غیر فعال کاملاً با مبدل کنترل پذیر است و مانند مبدل های جبران شده به طور سری ، نیاز به بانک خازنی موازی برای جبران سازی بر طرف می شود. در حال حاضر کاربرد چنین مدارهایی به تلفات سوئیچ کردن و مقادیر مجاز جریان-ولتاژ محدود است. ولی پیش بینی می شود که در 5 سال آینده افزاره های جدید با خصوصیات بهتر در انتقال HVDC تأثیر عمده ای بگذارند. امروزه VSC ها را می توان در جاهیی به کار برد که : 1- دارای چند نقطه تغذیه و بالا باشند. 2- بار نیروگاه مولد یا در حال گردش نداشته باشند. 3- مقادیر توان در حدود 10 تا 100 مگا وات باشد. کاربرد های آینده همه کاربردهای سنتی HVDC در آینده نیز برقرارند : 1- انتقال توده ای توان در مسافت های طولانی. 2- اتصال های طولانی زیر دریا. 3- اتصال غیر همزمان (مثل : اسکاندیناوی ، اروپای شرقی ، هند و چین). 4- مبدل های فرکانس (مثال : آمیریکای لاتین و ژاپن). 5- بهبود پایداری. 6- بهبود مسیر عبور. به عنوان مثال ، تنها یکی از موارد این فهرست را در نظر بگیرید. طرح های کابل زیر دریایی همواره در افزایش انتقال HVDC نقش مهمی دارند. تا کنون طولانی ترین فاصله کابل زیر دریایی 100km بوده است. طرح کابل بالتیک که سوئد را به آلمان وصل می کند ، مسافتی معادل 250km دارد و نمایانگر گامی اساسی در این زمینه است. حتی فواصل طولانی تری نیز با مسافت تقریبی 600km اکنون در دست بررسی است که نروژ را به قاره اروپا متصل می کند. طرح کابل نُرند در هلند طرح یوروکابل وایکینگ در آلمان همگی توانی در حدود 600 تا 800 مگا ولت دارند. این طرح ها و بسیاری از طرح های دیگر در آینده دورتر مشکلات و فرصت بزرگی را برای صنایع فراهم می کنند. با ورود سرمایه گذاری خصوصی در عرصه تجارت الکتریسیته، HVDC هم فرصت خوبی است برای سرمایه گذاری در محیط بی دردسر اتصال به منابع انرژی، یا بازاری فراهم می آورد که در آن جنبه اقتصادی اوقات روز ، سیستم های رودخانه ای مختلف ،آبی و حرارتی یا فعالیت های مختلف برای سرمایه گذاران سود آور است. چنین طرح های انتقال مستقلی (ITP) دارای این جاذبه اند که منبع و بازار را به نفع سرمایه گذار از هم جدا می کنند. خطر ورود مسائلی مثل پایداری ، کنترل فرکانس یا نوسانات تقاضا را کاهش می دهند. از بدو تأسیس صنعت HVDC در 40 سال پیش ، فناوری و کاربرد آن گذرهای غم انگیز را تحمل کرده است. ادامه روند پیشرفت از گذشته تا کنون منجر به تثبیت نقش و حضور HVDC در دنیای انتقال قدرت شده است. در طول این مدت HVDC پیوسته رشد کرده است به طوری که امروزه در هر قاره ای وجود دارد و به طور کلی تعداد آن در دنیا به 70 ایستگاه با ظرفیت کلی بیش از 60GW می رسد. ظرفیت هر یک از این سیستم ها به تنهایی بین 20 تا 6300 مگا وات است. پیشرفت های حال و آینده نشان داده اند که موقعیت HVDC همچنان رقابتی ترین انتخاب توسعه دهندگان و بهره برداران سیستم های انرژی در آینده خواهد بود. در پایان به این جمله مارک تواین اشاره می کنیم که : (شایعات مرگ HVDC بی اساس است). انتخاب اصلی در شبکه های برق :HVDC فناوری HVDC تقریباً پنجاه سال است که به طور تجاری در دسترس است و امروز در زمینه های کاربردی خاصی به خوبی جا افتاده است. از نظر عملکرد ، این فناوری هنوز هم از پیشرفت سریع افزاره های نیمه رسانای قدرت ، ریزپردازنده ها و مواد نارسانای جدید سود می برد. از نظر بازار دهه پایانی این قرن تغییرات سریعی به دنبال داشت که اثر گذاری آن بر بازار HVDC در قرن بیست و یکم هم ادامه خواهد یافت. در این بخش از مقاله به بحث درباره محرک های بازار انتقال HVDC و نقش آن در دهه آینده و دهه های بعد از آن می پردازیم. نتیجه کلی این بحث این است که قرن بیست و یکم رویدادهای مثبتی برای HVDC شرف وقوع است. انتظار می رود که با رفع موانع عملی و مفهومی در توسعه ، تقویت و صلاح شبکه ، این فناوری انتخاب اصلی برنامه ریزان و بهره برداران سیستم باشد. محرک های اقتصادی مسائل فنی هم مثل مسائل غیر فنی محرک های اقتصادی قوی در انتقال HVDC اند. از زمره مسائل غیر فنی ، راهبردهای ملی انرژی ، اصلاحات دولتی در بخش الکتریسیته ، جهانی شدن تجارت و غیر همگی در انتخاب راه حل برای عرضه امن ، قابل اعتماد و اقتصادی انرژی به بازار مؤثرند. نفوذ الکتریسیته پیش بینی می شود مصرف انرژی جهان در سال 2015 ، 33% بیشتر از سال 1995 باشد. در این بازه زمانی میزان انرژی مصرفی تولید الکتریسیته 54% افزاش داشته است. به عبارت دیگر در قرن بیست و یکم ، سهم الکتریسیته در کل انرژی مصرفی جهان به شدت افزایش می یابد ، بهویژه در مناطقی که از رشد اقتصادی سریع برخوردارند (کشورهای غیر OECD). دلیل این قضیه به وضوح در سخنان یک مقام بلند پایه چینی عنوان شده است : «تا انجا که ممکن است باید انرژی اولیه را به انرژی الکتریکی تبدیل کنیم ، زیرا هر چه سهم انرژی الکتریکی در آخرین مرحله مصرف بیشتر باشد ، میزان انرژی مصرفی به ازای هر واحد خروجی کاهش می یابد». این بدان معنی است که تأسیسات زیربنایی و الکتریکی عظیمی برای عرضه انرژی الکتریکی به مناطق صنعتی ، مسکونی و روستایی ایجاد خواهد شد. در گستره زمانی 1995 تا 2010 در کشورهای غیر OECD ، بیش از 1000GWظرفیت جدید تولید برای مصرف کنندگان به کار گرفته خواهد شد، در حالی که مقدار آن در کل جهان 1700GW است. در دهه آینده 2010 تا 2020 شاهد 1800GW افزایش در کل ظرفیت خواهیم بود. بخش بزرگی از این انرژی لازم است از محل تولید مراکز مصرف منتقل شود. سیاست های ملی انرژی پروتوکل کیوتو در کنوانسیون سازمان ملل درباره تغییرات آب و هوای کره زمین ، در تعیین رویه های داخلی کشورها در مورد انرژی نقش مهمی دارد. برای مثال در اتحادیه اروپا (EU) ، رویه این است که از منابع انرژی متنوع تری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای استفاده کنند. در این زمینه منابع انرژی نجدید پذیر مؤثرترین راه در پیاده سازی این هدف اند. مدیریت انرژی EU در اولین نسخه از « راهکارهای تجدید پذیر » اهداف ویژه ای را تعیین کرده است. کشورهای عضو اتحادیه اروپا باید تا پایان سال 2005 مطمئن باشند که الکتریسیته بدست آمده از منابع تجدیدپذیر حداقل 5% از متوسط سالانه کل انرژی الکتریکی را تشکیل می دهد و حداقل 3% بیشتر از سهم الکتریسیته منابع تجدیدپذیر در کل مصرف انرژی ملی در سال 1996 باشد. برق آبی ، برق زمین گرمایی ، برق بادی و بیوگاز مثال هایی از منابع تجدیدپذیرند که به طور مؤثری در تولید الکتریسیته به کار گرفته می شوند. شکل 9 مسیر گذشته و آینده و سهم منابع تجدیدپذیر در کل انرژی مصرفی جهان را نشان می دهد. علاوه بر آن طبق نظر آژانس اطلاعات انرژی در وزارت انژی ایالات متحده ، تا سال 2020 تولید الکتریسیته با منابع تجدیدپذیر بین 11 تا 22 درصد از بازار تولید انرژی در ایالات متحده را به خود اختصاص خواهد داد. پیش بینیی شود که استفاده از منابع انرژی بادی ، زمین گرمایی و بیوگاز بیشتر از سایر موارد باشد. اهمیت این روند پیش بینی شده ، وقتی بیشتر می شود که ، چند سازمان پیشتاز مثل میزگرد بین دولتی تغییرات آب و هوا ، شورای انرژی و غیره تخمین می زنند که فناوری های تجدیدپذیر انرژی بخش عمده ای از تقاضای جهانی انرژی را در نیمه اول قرن اخیر تشکیل می دهند. تأثیر این رویه های انرژی چند گانه است : استفاده روز افزون از انرژی آبی و زمین گرمایی نیاز به انتقال الکتریسیته تولید شده را افزایش می دهد. سیستم های بزرگ انتقال انرژی الکتریکی با عملیات جمع آوری و انتقال انرژی تولید شده از نیروگاه های کوچک و پراکنده محلی (آبی ، بادی و ... ) تکامل می یابند. در بسیاری از حالات ، انتقال را می توان راه حل دیگری در کنار تولید محلی انگاشت. اصلاحات بخش الکتریسیته در بسیاری از کشورها اصلاحات عمده و نظارتی در بخش الکتریسیته انجام شده یا در حال انجام است. تأثیر این روند آشکار است. خصوصی سازی بخش الکتریسیته مشوق بازدهی بیشتر ، ترکیب انعطاف پذیرتر منابع انعطاف پذیرتر منابع انرژی و افزایش مشارکت مردمی است. در نتیجه کاربردهای جدیدی در قرن 21 به وجود می آیند و به راه حل های جدیدتری برای انتقال و توزیع الکتریسیته به بازار نیازمندیم. برخی از دلایل این تغییرات به شرح زیر است : رقابت : به کاهش قیمت الکتریسیته و حذف یارانه می انجامد. تعیین دقیق قیمت ها مصرف کننده را نسبت به اهمیت صرف جویی در مصرف انرژی و صرفه جویی اقتصادی آگاه می کند. سرمایه گذاری خصوصی : اهمیت این مسئله در سرمایه گذاری برای تأسیسات بنیادی بر هزینه بسیار زیاد است. بسیاری از دولت ها از این راه برای افزایش بازدهی فنی و مالی در الکتریسیته خود استفاده می کنند. در نتیجه اصلاحات مذکور ، در بخش الکتریسیته تحولات ساختاری رخ می دهد ، به طوری که خدمات را به سه گروه مجزا تقسیم می کند : تولید ، انتقال و توزیع. تولید کنندگان انرژی در بازار آزاد الکتریسیته با هم رقابت می کنند. علاوه بر آن تغییر مالکیت بر اثر خصوصی سازی و مبادله داخلی و خارجی باعث جهانی شدن بخش الکتریسیته می شود. در حال حاضر شرکت ها و کنسرسیوم های بین المللی در حال ساخت و بهره برداری از نیروگاه ها و سیستم های انتقال مشترک در سراسر جهان اند. این روند در قرن آینده نیز با رشد شرکت های بزرگ تولید انرژی به طور فرامرزی ادامه خواهد داشت. مسائل سیستم گرا به طور کلی خصوصی سازی و اصلاح بخش انرژی الکتریکی باعث افزایش شارش انرژی بین بخش های مختلف شبکه ها و سیستم های قدرت می شود. مثالی از این مورد ، افزایش ظرفیت ارتباطی بین سیستم اسکاندیناویایی (Nordel) و سیستم اروپای غربی (UCPTE) است که پیش بینی می شود در پنج سال آینده دو برابر شود. در آینده شبکه های بسیار بزرگ الکتریسیته پدیدار خواهند شد که تا مسافت های طولانی گسترش یافته اند ، بنابراین از مزایای منابع انرژی دور از دسترس استفاده می کنند و امکان استفاده اقتصادی از سوخت های مختلف و تفاوت زمان پرباری ناشی از اختلاف ساعت مناطق مختلف را فراهم می کنند. آزاد سازی بازار ، الگوهای تولید و انتقال توان را نیز تغییر می دهد. بر هم کنش بین تولید غیر متمرکز و انتقال توان را نیز به این روند کمک کرده و می کند ، زیرا مسائلی که در توسعه شبکه ها به دلیل اقتصادی وجود دارد. در نیروگاه های توربین گازی جدید وجود ندارد ، بخصوص فشار به سمت منابع تجدید پذیر انرژی منجر به ایجاد نیروگاه های نسبتاً کوچک و پراکنده شده است. در آینده می توان افزایش تقاضا برای انعطاف پذیری در عملکرد سیستم انتقال را نیز پیش بینی کرد. تأثیر این امر واضح است : چنین روندی به نفع HVDC تمام می شود که هم قابلیت ذاتی کنترل شارش توان را داراست و هم ماهیت غیر همزمان دارد. با این حال معلوم شد که عناصر کنترل پذیر در شبکه های AC (FACTS) نیز کاربرد دارند. پیشرفت های فناوری بخش الکتریسیته کاملاً از پیشرفت های حاصل در ریز الکترونیک ، پردازنده های سیگنال دیجیتال ، تارهای نوری ، نیمه رسانای قدرت و فناوری و مواد بهره می گیرد و موقعیت امروز آن آمادگی مواجهه با پویایی محیط تجاری و رویایی با مشکلات مربوط به آن را در قرن بیست و یکم داراست. فناوری های زیر در انتقال HVDC نقش کلیدی دارند : - فناوری مبدل ها : شرکت ABB اخیراً مبدل های ولتاژی (VSC) با استفاده از نیمکه رساناهای قدرت و با ولتاژ کار بالا درست کرده است که می توان آن ها را هم در حالت روشن و هم در حالت خاموش کنترل کرد. این مبدل ها امکان می دهند که توان فعال و غیر فعال را جداگانه کنترل کرد. برخلاف مبدل ها پل تایریستور قدیمی ، VSC را می توان در شبکه ای فاقد مولد الکتریکی و ماشین های گردان مثل کندانسوهای سنکرون نیز به کار برد ، که وقتی پای تغذیه بارهای دوردست در میان باشد مزیت بزرگی است. علاوه بر آن این فناوری در گستره ای از توان ها یعنی چند تا صد مگاوات ، استفاده از HVDC را مقرون به صرفه می کند. نیروگاه 50MW مساحتی به اندازه m 45×18 دارد که این بخش قابل جابجا شدن و توسعه پذیر برای نیازهای بیشتر است. پیشرفت های موردانتظار در فناوری نیمه رساناهای قدرت در بهبود اقتصاد و سرمایه گذاری و بهره برداری از نیروگاه های مبدل نقش مؤثری دارد ، به طوری که در سالهای آینده برای شبکه های الکتریکی بهترین انتخاب خواهند بود. - توسعه کابل های فشار قوی : به موازات پیشرفت های فناوری VSC ، فعالیت هماهنگی از سال ها پیش درشرکت ABB برای درک بهتر محدودیت های فناوری کابل های DC شکل داده شده صورت گرفته است. این فعالیت اخیراً به مفقیت رسیده است و الآن امکان ساخت کابل های پلیمری DC شکل داده شده فراهم شده است که در ABB به آن کابل HVDC سبک گویند. این کابل قابلیت تحمل ولتاژهای بالا ، وزن کم بر واحد طول ، همچنین قابلیت اعتماد بالا ، قابلیت انعطاف و قدرت مکانیکی را دارد. در حال حاضر کابل های DC به وزن 1km/m و مشخصات نامی 30MW و 100kV قابل ساختند و با روش های مرسوم حفاری در زیر زمین نصب می شوند. از نظر قیمت این کابل های DC نسبت به کابل های هوایی AC در شرایط یکسان شانس بیشتری برای رقابت دارند. مزایای کابل های DC زیرزمینی مثل پنهان ماندن از دید ، کاهش آلودگی صوتی و تأثیر الکترومغناطیسی نسبت به کابل های هوایی AC ، نصب این کابل ها را امن و آسان می کند. انتقال به مسافت های طولانی از راه خشکی و آب با این کابل ها ساده تر است. برای مثال چرخ های لازم برای ایجاد شیار و نصب کابل زیرزمینی kV80 ± پلیمری با توان MW 50 را در مسافت 70km نشان می دهد. تأثیر این پیشرفت های فنی در مورد انتظار در آینده روشن است. ترکیب مبدل های VSC با کابل های DC پلیمری شکل داده شده است. در بسیاری حالت ها توازن را به نفع فناوری HVDC در انتقال و توزیع تغییر می دهد. نقش HVDC نقش HVDC در قرن 21 با رجوع به نقش های جدید و اضافی ای که این فناوری قرار است در نتیجه محرک های گفته شده اقتصادی ایفا کند مشخص می شود. اصولاً HVDC در بهبود اقتصاد استفاده از منابع انرژی مفید واقع خواهد شد. همچنین کمک می کند تا تأثیر زیست محیطی این تبدیلات انرژی کاهش یابد و نیز محرک یکدست سازی اقتصادی بین کشورهاست. نقش سنتی افزایش چشمگیر ظرفیت تولید در قرن 21 بدون شک ایجاب می کند حجم زیادی از انرژی الکتریکی از طریق خشکی و دریا انتقال یابد. خصوصی سازی بخش الکتریسیته با باز کردن بازار انرژی و سرمایه گذاری خصوصی بخش الکتریسیته با باز کردن بازار انرژی و سرمایه گذاری خصوصی به افزایش اتصال اتصال بین شبکه ها و استفاده اقتصادی از تبادل انرژی می انجامد. در این زمینه ، کنترل شارش انرژی از نظر فنی و اقتصادی مزایایی را به دنبال خواهد داشت. برای مثال اتصال HVDC سبک به ظرفیت MW 180 که کوییزلند و نیوساوت ولز را به هم متصل می کند ، امکان تجارت انرژی الکتریکی را بین این دو ایالت استرالیا فراهم کرده است. پیش بینی می شود که بازار جدید و فناوری جدید در دو برابر بازار HVDC در دهه آینده مؤثر واقع شود. نقش های جدید HVDC محرک های سیاسی برای تقویت نفوذ منابع تجدید پذیر ، در کنار آزاد شدن بازار رقابت برای تولید انرژی باعث می شود که نیروگاه های تولیدی کوچک و متوسط در فواصل نزدیک و دور از مراکز مصرف ایجاد شوند. در هر دو حالت بر هم کنش بین شبکه های تولید و توزیع/انتقال نیاز به قابلیت های پیشرفته کنترل را روی اجزای این شبکه ایجاب می کند. این مسئله به طور خاص در تولید برق از انرژی بادی مهم است ، زیرا شرایط کاری این نیروگاهها به سرعت با زمان تغییر می کند. فناوری HVDC به طور مؤثری از تزویج بین نیروگاه های تولید شبکه می کاهد ، بنابراین عملکرد سیستم را ساده می کند و اجازه می دهد که قراردادهای همکاری انرژی بدون ملاحظه امنیت و کیفیت شبکه بسته شود. به علاوه فناوری HVDC به سرمایه گذاران و کاربران سیستم امکان می دهد که نسبت به آنچه تاکنون بوده و شرایط دشوار دولتی ، مالی و مهندسی (فنی ،زیست محیطی و اقتصادی) را به روش مؤثرتری برآورده سازد که این امر به وضوح در توسعه بیشتر بازار HVDC مؤثر است. بنابراین نقش های زیر را میتوان برای HVDC برشمرد : 1. گردهم آورنده تولید در مقیاس کوچک تا متوسط در شبکه بزرگ قدرت. 2. راه حل اقتصادی و محیط زیستی برای تولید محلی انرژی. 3. راه حلی برای تأمین انرژی در مراکز شهری پراکنده. گردهم آوردن نیروگاه های کوچک و پراکنده انرژی الکتریکی در شبکه های بزرگ : یک مثال از این حالت ، استفاده از فن آوری HVDC برای اتصال نیروگاه بادی 60MW به شبکه اصلی جزیره گتلند در سوئد است. به کمک کنترل مستقل و توان غیر فعال و فعال با VSC ، شرایط کاری متغیر واحد های بادی بر سطح کیفیت توان شبکه تأثیر منفی نمی گذارند. شکل 13 روند توسعه در گذشته و آینده انرژی بادی را در اتحادیه اروپا نشان می دهد. از آنجا که سطح ظرفیت تخمین شده سال 2010 تقریباً سه برابر سطح فعلی است و در دهه بعدی هم دو برابر می شود ، رشد کاربرد منابع تجدید پذیر اجتناب ناپذیر است. استفاده از کابل زیر زمینی آثار مخرب محیطی مثل رعد و برق ، آلودگی هوا و غیره را بر قابلیت اعتماد سیستم انتقال کاهش می دهد و در عین منظره دید بهتری نسبت به سیم کشی هوایی دارد. علاوه بر آن فناوری VSC امکان می دهد که فرکانس متغیر برای مولد بادی به کار رود تا نیروگاه در سرعتی کار کند که توان حداکثر بدهد. شرایط سرعت کاری متفاوت قابلیت عرضه انرژی نیروگاه بادی را 5 تا 10 درصد افزایش می دهد و نصب آن را از نظر اقتصادی موجه می سازد. واضح است که فن آوری HVDC سبک برای جمع آوری ، انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته از نیروگاه های آبی کوچک روی رودخانه ها و نیروگاه های بادی دور و نزدیک ساحل نیز مناسب است. راه حل جانبی برای تولید محلی : شهرهای کوچک ، مناطق معدنی ، روستاها و مکان های دیگری که از همه شبکه های الکتریکی دورند را می توان با استفاده از اتصال HVDC سبک به شبکه های بزرگ تر وصل کرد. در این روش مزایای استفاده از شبکه بزرگ الکتریکی به ویژه برای نواحی دوردست مثل جزیره ها فراهم می شود. در گذشته اگر توان درخواستی بار زیر 100MV بود و فاصله آن تا شبکه الکتریکی به اندازه ای بود که اتصال آن را با استفاده از فن آوری AC مقرون به صرفه نبود ، از نیروگاه محلی استفاده می کردند. فناوری جدید DC امکان می دهد که این فواصل را با کمترین اتلاف انرژی و به روشی اقتصادی به هم مرتبط کرد. هزینه نسبتاً بالای حمل و نقل سوخت دیزل به جزایر و بازدهی کم دیگر ژنراتورهای محلی با فن آوری HVDC از بین می رود. کاربردهای ممکن دیگر عبارتند از تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های استخراج نفت و گاز که در آن ها فضا و وزن تجهیزات اهمیت فوق العاده دارد یا با استفاده از گاز اضافی در تأسیسات نفتی برای تولید و انتقال الکتریسیته به مناطق اصلی در حال حاضر طرح های با ظرفیت 1 تا 60mw با کابل های به ولتاژ ±100KV در دست اجراست. در آینده انتظار می رود که هم ولتاژ و هم توان برای بیشتر کردن ظرفیت انتقال افزایش یابد. توزیع انرژی الکتریکی در شهرهای بزرگ به سرعت در حال رشد است. با افزایش اندازه بارها (مراکز مصرف) به دلیل توسعه شهرنشینی ، شبکه های قدرت شهری نیز باید برای برآورده شدن تقاضا توسعه یابند. با کمبود و گران شدن شدن زمین مشکلات عمده ای برای افزایش توزیع انرژی بروز می یابد. علاوه بر آن ، با افزایش مقدار انرژیمصرفی ، خطر اتصال کوتاه شدن تجهیزات سوئیچ و سایر مؤلفه های شبکه نیز افزایش می یابد. در نتیجه راه حل های جدیدی برای توزیع توان در این نواحی مصرفی لازم است. فن آوری HVDC جدید دو نوع تقاضا را برآورده می کند : کابل هایی که بتوان آن ها را در زیر زمین نصب کرد یا با استفاده از حق عبورهای موجود آن ها را به طور هوایی آویزان کرد. ایستگاه های مبدل فشرده اند و با کنترل آن ها می توان از حالت های اتصال کوتاه جلوگیری کرد. بنابراین ظرفیت در شبکه های موجود افزایش می یابد. به علاوه مزین جالب این فن آوری حالت چند پایانه های آن است که امکان نصب و راه اندازی آن را ساده می کند و استحکام آن را تحت تأثیر شبکه خارجی تضمین می کند. سهم بازار انتقال HVDC بدون توجه به این حقیقت که پیشرفت های قابل توجهی در گذشته کرده است و در آینده نیز بقای خود را حفظ خواهد کرد ، سهم فزاینده ای از بازار انتقال در قرن 21 را به خود اختصاص می دهد. پشتوانه این تفکر به شدت به محیط تجاری و بازار جدید وابسته است به طوری که اصلاحات بخش الکتریسیته ، رویه های جدید انرژی و پتانسیل موجود در پیشرفت فناوری نیمه رسانا و فناوری مواد تعیین آن نقش مهمی دارند. کاربردهای جدید HVDC در گستره کوچک تا متوسط مکمل طبیعی HVDCهای سنتی است. بنابراین ، HVDC انتخاب اصلی کاربران و برنامه ریزان سیستم انرژی در قرن 21 است ، به ویژه که مسائل مفهومی و عملی در توسعه ، تقویت و اصلاح شبکه حل شوند. نقش HVDC در طرح های مشتقل انتقال (ITP) با ایجاد رقابت در بازارهای الکتریسیته ، نقش اصلی انتقال هم به طور قابل ملاحظه ای تغییر کرده است. بسیاری از مشکلات بازار رقابتی الکتریسیته از نیاز به شناخت ، تغییر و شکل دهی مجدد ساختار دولتی و بازرگانی انتقال انرژی برای متناسب ساختن آن با این نقش جدید ناشی می شود. در این بخش از مقاله نقش الکتریسیته را در بازارهای رقابتی و اینکه چگونه طرح های مستقل در بازارهای رقابتی گسترش می یابند ، همچنین نقش هایی را که انتقال HVDC در توسعه انتقال در بازارهای رقابتی ایفا خواهد کرد بررسی می کنیم. طرح های مستقل انتقال در بازارهای رقابتی ITP طرحی انتقالی است که عرضه کنندگان خدمات انتقال به شیوه رقابتی و بر مبنای تجاری مطرح کرده اند. ITP از خیلی جهات شبیه به طرح مستقل قدرت (IPP) است. هر دو نوع طرح را عرضه کنندگان خدمات رقابتی مطرح کرده اند و قیمت فرآورده آن (تولید انرژی یا انتقال آن) را رقابت تعیین می کند. با در نظر گرفتن نقش دوگانه انتقال در بازارهای رقابتی الکتریسیته (قابلیت اعتماد و انتقال تجاری انرژی) ، دو نوع ITP داریم : 1. طرح های انتقال بالا به پایین (TOP-DOWN = TD) که به طور متمرکز تمام مصرف کنندگان منطقه آن را طرح می کنند. 2. طرح های انتقال پایین به بالا (Botton-UP = BU) که در پاسخ به قیمت های غیر متمرکز انرژی به وجود می آید و به کاربران مشخص و تعیین شده ای سئد می رساند. طرح های بالا به پایین این طرح ها باید با طرح های رایج که بر اساس نیاز به قابلیت اعتماد و بر پایه تأسیسات تک قطبی به وجود می آیند همانندی زیاد داشته باشند. طرح های TD را یک سازمان منطقه ای انتقال برای مصرف کنندگان انرژی و با تأکید به دستیابی به سطح مطلوب قابلیت اعتماد و رقابت در بازارهای منطقه ای انرژی طراحی کرده است. مثال هایی از طرح های TD عبارتند از : 1. بهبود کنترل شبکه و سیستم مدیریتی. 2. افزایش پست های فرعی مولد انرژی به صورت توده ای در چهار راه های اصلی انرژی. 3. طرح های جدید انتقال که به طور ویژه ای برای بهبود قابلیت اعتماد طرح شده اند تا کاهش ترافیک و شلوغی. 4. طرح های انتقال برای افزایش رقابت در بازارهای معین الکتریسیته (مثلاً کشیدن خطوط انتقال به نواحی شلوغ شهری که در حال حاظر وابسته به واحدهای تولیدی تحت فشار هستند.) از آن جا که طرح های TD به مشتری های زیادی سود می رسانند ، هزینه های این بهینه سازی در انتقال را مشتریان باید بپردازند به همان شکلی که هزینه های تجهیزات نیروگاهی را می پردازند. تفاوت کلیدی بین طرح های قدیمی انتقال و طرح های مستقل انتقال TD ، رقابت برای طراحی ، سرمایه گذاری و کسب مالکیت سرمایه های انتقال است. همین که برنامه ریز انتقال منطقه ای (که برای همه مصرف کنندگان فعالیت می کند) نیاز انتقال را مشخص کرد ، طرح های TD مطرح می شود. روی آن ها سرمایه گذاری می شود و هر عرضه کننده خدمات انتقالی که ذیصلاح باشد مالکیت آن را به عهده می گیرد. سازمان منطقه ای انتقال با مناقصه ارزانترین مجری را برای عرضه خدمات انتقال پیدا کند. طراحی جزئی ، سرمایه گذاری و مالکیت تجهیزات انتقال (شامل تجهیزات شبکه ای که همه کاربران از آن سود می برند) انحصاری طبیعی نیست و رقابت در این عرصه هزینه انتقال را کاهش می دهد در حالی که مزایای برنامه ریزی متمرکز برای همه کاربران شبکه به قوت خود باقی است. طرح های پایین به بالا بر خلاف برنامه ریزی متمرکز که ویژگی طرح های TD است ، طرح های BU را عرضه کنندگان انتقال به صورت مستقل و رقابتی و در پاسخ به قیمت غیرمتمرکز انرژی ایجاد می کنند. هزینه های طرح BU با فروش خدمات انتقال با نرخ بازار رقابتی تأمین می شود. مخاطرات و سود مالی طرح BU را مالکان طرح ها تعیین می کنند نه خریداران محصور خدمات شبکه محلی انتقال. بنابراین مالکان طرح بنا بنا به منافع تجاری اشتیاق دارند که هزینه را کاهش و کیفیت خدمات انتقالی را که فراهم می کنند افزایش دهند. متعاقب آن فن آوری های پیشرفته انتقال به سرعت در بازار انتقال نفوذ می کنند ، زیرا منافع اقتصادی این فن اوری ها در انحصار مالکان طرح هاست. طرح های BU را بر حسب وابستگی به قیمت رقابتی و غیر متمرکز انرژی برای تعیین کارایی تجاری طرح توصیف می کنند. ارزش این طرح ها با ارزش تجاری الکتریسیته منتقل شده از بازار دیگر معین می شود. بنابراین مثال هایی از طرح BU عبارتند از : 1. تجهیزات انتقال که طرح مولد را به شبکه وصل می کنند. 2. اتصالات انتقال بین بازارهای مجزای منطقه. 3. تجهیزات انتقال که تراکم انتقال را در بازار منطقه ای کاهش می دهند. در بازار سود برندگان این توسعه به راحتی مشخص می شوند. یک ویژگی طرح های BU این است که کاربران و سودبران طرح کاملاً مشخص اند. از آن جا که سود طرح را می توان به کاربران اختصاص داد. به این ترتیب تطبیق بین هزینه و سود که برای توسعه طرح های غیر متمرکز ضروری است میسر می شود. مثال هایی از ITP برای آن که ساز و کار طرح های انتقال BU و TD و مزایای آن ها را بهتر به تصویر بکشیم ، چند نمونه از این ITP ها را شرح می دهیم : طرح های مستقل انتقال TD در ویکتوریای استرالیا : برنامه ریزی انتقال منطقه ای در ویکتوریا را ISO منطقه ای انجام داد. این سازمان مبادله انرژی ویکتوریا (VPX) نام دارد. در 1997 ، VPX نیاز به افزایش ظرفیت انتقال در منطقه ویکتوریا را اعلام کرد. این ظرفیت اضافی برای عرضه قابل اعتماد توان در ساعت های اوج مصرف در تابستان برای شهر ملبورن در نظر گرفته شد. بعد از ارزیابی راه های دیگر ، VPX از مقدار بارهای تلف شده (VOLL) برای تأمین ظرفیت اضافی انتقال استفاده از روش VOLL معادل 5000 دلار استرالیا (تقریباً معادل 3300 دلار آمریکا) به ازای هر مگا وات ساعت ، VPX تعیین کرد که بر اساس هزینه پیش بینی شده خدمات لن که بر مبنای قیمت دولتی به دست می آید. افزایش ظرفیت خطوط انتقالی فعلی تا 330KV امکان پذیر است. به منظور برخورداری مصرف کنندگان از مزایای بیشتر و کاهش هزینه طرح انتقال پیشنهادی ، VPX انتخاب شد تا به شیوه رقابتی عرضه خدمات انتقال را به عهده گیرد. در 1997 ، VPX طی فراخوانی ، عرضه کنندگان رقیب ، در خدمات انتقال را برای ساخت ، مالکیت و بهره برداری از خازن های سری لازم به مناقصه دعوت کرد. در این مناقصه ، رقبا قیمت های پیشنهادی سالانه خود را برای تولید چنین تجهیزاتی به همراه مدارک نشان دهنده صلاحیت فنی به VPX ارائه دادند. در این پیشنهادها شرکت کنندگان متعهد شده بودند که مسئولیت خرابی خازن های سری را با پرداخت جریمه های قابل ملاحظه به دلیل ناکارایی عرضه انرژی متقبل شوند. نتیجه این فرآیند مثبت بود. پیشنهاد چند شرکت کننده ذیصلاح در مناقصه پذیرفته شد و هزینه سالانه مشتریان در ویکتوریا را فشار رقابت در بازار تعیین کرد نه مقام دولتی. ITP مختلط TD/BU در آمریکای جنوبی : دومین ITP در حال حاضر در امریکای جنوبی در حال ساخت است. این طرح 1000MW که سیستم 50Hz آرژانتین را به بازارهای سیستم 60Hz برزیل جنوبی وصل می کند ماهیت مختلط TD و BU است. اتصال سیستم های انتقال الکتریکی بین برزیل و آرژانتین طی سال های گذشته مطالعه شده است ، اما انگیزه های اتصال این کشورها در چند سال اخیر افزایش یافته است. رشد مصرف در برزیل بر افزایش تولید برق آبی در این کشور پیشی گرفت و از ظرفیت اضافی الکتریسیته آرژانتین که در نیروگاه های حرارتی تولید می شد بازار رقابتی شدیدی برای صادرات به وجود آمد. همگرایی تقاضای برزیل با عرضه آرژانتین به افزایش علاقه برای برقراری اتصال DC بین شبکه دو کشور انجامید (زیرا برزیل و آرژانتین با فرکانس های متفاوتی کار می کردند و برای ایجاد ارتباط بین سیستم DC لازم است.) در 1997 ، شرکت های ملی تولید و انتقال که مراکز بار در جنوب برزیل را تغذیه می کردند دریافتند که ارزانترین راه برای عرضه انرژی اضافی به جنوب برزیل اتصال به آرژانتین است. شرکت های برزیلی بلافاصله پیشنهادهایی برای چگونگی خرید انرژی و افزایش ظرفیت در جنوب برزیل ارائه دادند. برنده این مناقصه مسئولیت خرید یا تولید انرژی لازم در آرژانتین ، طراحی ، سرمایه گذاری و ساخت تمام تجهیزات انتقال شامل تجهیزات DC پشت به پشت و انتقال انرژی از آرژانتین به قیمت و مقدار مورد نیاز بازار برزیل را متقبل می شد. این طرح که تقاضا برای عرضه (RFP) نام دارد در سال 1998 کامل شد. قرار داد بین برنده مناقصه و شرکت های تولید و انتقال برزیلی شامل بخش TD این طرح می شد و تعریف محصول ، نقاط عرضه و موارد بازرگانی و شرایط را در بر می گرفت. بخش BU این طرح شامل موارد زیر بود : انعطاف پذیری و آزادی مجری طرح در برآوردن ملزومات ملی و فنی RFP. این انعطاف پذیری آزادی در طراحی سیستم انتقال با عوامل اجرایی وسیع را در بر می گرفت که RFP تعیین کرده بود. ITP مختلط BU/TD در شمال شرقی ایالات متحده : سومین ITP در شمال شرقی ایالات متحده در دست اجراست. طرح کابل Cross-Sound یک اتصال HVDC زیردریایی است که بازارهای رقابتی انرژی در نیوانگلند را به بازار نسبتاً منزوی لانگ آیلند وصل می کند. در این طرح عامل TD همان حمایت و هدایت آژانس انتقال و توزیع در لانگ آیلند است. این آژانس که لانگ آیلند پاورآتوریتی (LIPA) نام دارد اخیراً سرمایه های لازم برای انتقال و توزیع در لانگ آیلند را به دست آورده است و اکنون به عنوان شرکت « سیم» های لانگ آیلند کار می کند. بدین ترتیب ، LIPA مسئول برنامه ریزی کلی عرضه در لانگ آیلند نیز هستند و اخیراً در حال یافتن راه هایی دیگر برای برآوردن تقاضای انرژی است. یک راه آن است که اتصال جدید HVDC به نیوانگلند استفاده کند. بازار الکتریسیته نیوانگلند تقریباً 5 برابر بازار لانگ آیلند است. علاوه بر آن تولید کنندگان برق در کبک ، نیوبرانسویک و بخش شمالی نیویورک از طریق نیوانگلند برق خود را منتقل می کنند و به همین ترتیب انرژی از طریق کابل Cross-Sound به لانگ آیلند می رسد. LIPA در حال حاظر سرگرم حکایت از مطالعات فنی و زیست محیطی مربوط به طرح است و شاید برای ارسال بخش از ظرفیت انتقال روی این طرح انتخاب شود. این حمایت TD از طرح ، امنیت فرایند توسعه طرح را تضمین می کند ، به شرطی که LIPA انرژی نیوانگلند را با تولید انرژی اضافی در لانگ آیلند معین کند و ظرفیت انتقال در این طرح را خریداری کند. ولی به نظر نمی رسد LIPA تمام ظرفیت انتقال طرح را در دست گیرد و شکل و اندازه نهایی طرح تحت تأثیر دیگر کاربران بالقوه نیز هست. ظرفیت باقی مانده انتقال طرح نیز به صورت رقابتی در دسترس دیگر تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی قرار می گیرد و تصمیمات غیرمتمرکز ان ها برای استفاده از این ظرفیت دامنه نهایی طرح را معلوم می کند. این همان جنبه BU طرح است که نیاز داردبخش قابل ملاحظه ای از ظرفیت انتقال طرح بر مبنایی کاملاً تجاری توسعه یابد. اندازه و تأخیر فروش آن ها را بازار رقابتی تعیین می کند. طرح مستقل انتقال BU در استرالیا : ITP نهایی طرحی کاملاً BU است که در آن طراحان تمامی خطرات بازار سرمایه گذاری را متقبل می شوند. این طرح که طرح ارتباط دهنده اتصال مستقیم نام دارد ، طرح انتقال HVDC با ظرفیت 180MWA است که بازارهای منطقه ای نیوساوت ویلز و کویینزلند را به هم وصل می کند. خط انتقال این طرح اولین نوع از این خطوط تجاری در دنیاست که قابلیت سرمایه گذاری بازار مبنا در امر انتقال را نشان می دهد. در بازار ملی الکتریسیته (NEM) در استرالیا طرح ارتباط دهنده اتصال مستقیم ، مولد انرژی در پرارزش ترین بازار منطقه ای است و همان حقوق و شدتی را داراست که دیگر تولیدکنندگان دارند. این طرح با مشارکت مستقیم در بازار NEM و D Inc امکان بازگشت سرمایه مالکان را فراهم می کند. این بازگشت شامل مقادیر قابل ملاحظه ای از سرمایه هنگام کمبود در هر یک از نواحی نیوساوت ویلز یا کوییزلند است زیرا NEM قابلیت اعتماد را در هنگام کمبود با استفاده از VOLL تقبل کرده است. ساخت تجهیزات طرح با اولین تاریخ بهره برداری تجاری که فوریه 2000 بود تنظیم شده است. برای ایجاد سهولت در پذیرش طرح از طرف عموم و رعایت جداول زمانی اجرای آن ، تأمین کنندگان بودجه طرح برای پیاده سازی شکل پیشرفته انتقال فناوری DC موسوم به HVDC سبک انتخاب شدند. با کشیدن 65 کیلومتر کابل انتقال DC و استفاده از مسیرهای عبور موجود برای کل طول مسیر ، اتصال اصلی انتقال در کمتر از 12 ماه از شروع ساخت تا بهره برداری تجاری میسر شد. این پاسخ سریع بهشرایط بازار ، نمونه موفقی از طرح بازار مبناست و باید هم باشد. بخشی از ظرفیت انتقال در طرح ارتباط دهنده اتصال مستقیم را می توان به صورت دو طرفه از میان تجهیزات مقرون به صرفه فروخت. این معامله دو طرفه سود و زیان احتمالی را بین مالکان و کاربران پروژه جابجا می کند و اجازه می دهد که این گروه ها قراردادهای مالی خود را بهتر و به صرفه تر کنند. نقش HVDC در ITPها فن اوری های انتقال HVDC در ITPها نقش مهمی دارند. استفاده سنتی از فن آوری HVDC برای اتصال شبکه های الکتریکی غیرهمزمان یا انتقال زیردریایی همچنان با افزایش فرصت های تجاری افزایش می یابد. بسیاری از شبکه های الکتریکی که امروزه از هم جدایند را می توان با خطوط انتقال HVDC که به صورت ITP پیشنهادی ای است که جزیره تاسمانی را به جزیره اصلی استرالیا وصل می کند و مثال خوبی است از کاربرد مرسوم فن آوری HVDC در ساختار بازرگانی جدید. فن آوری HVDC همچنین باید برای نیازهای غیر رایج که در ITP مهم ترند نیز استفاده شود. از آن جا که ملاحظات محیطی و تجاری در ITP ها حیاتی اند. ویژگی های مطلوب فن آوری HVDC در این حوزه ها مهم می شود. بعضی از این ویژگی های فن آوری HVDC در این حوزه ها مهم می شود. بعضی از این ویژگی های فن آوری عبارتند از : 1. کابل های انتقال HVDC را می توان نسبت به کابل های AC تا مسافت های طولانی تری کشید : با افزایش اهمیت ملاحظات زیست محیطی ، قابلیت فن آوری HVDC با انتقال زیرزمینی در رعایت مسائل زیبایی شناختی بسیار ارزشمند است ، علاوه بر آن به دلیل خطرات محیطی کمتر ، مخاطره آن از نظر تجاری هم کمتر می شود که این ها در طرح های تجاری فوق العاده ارزشمندند. 2. قابلیت افزودنتوربین های بادی به شبکه های فشار ضعیف : از آن جا که بازارهای انرژی روز به روز رقابتی تر می شوند ، مصرف کنندگان برای رسیدن به منابع انرژی تکاپوی بیشتری نشان خواهند داد. «انرژی سبز» ابزاری برای بازاریابی شرکت های مولد انرژی است و تمایل به استفاده از انرژیبادی (مخصوصاً توربین های بادی با سرعت متغیر) در حال افزایش است. ولی طبیعت ناپوسته انرژی بادی و تفاوت در فرکانس هارمونی های حاصل از آن و ملزومات رآکتیوی که برای توربین های بادی لازم است ،استفاده از اتصالات AC سنتی را دشوار می کند. بنابراین فن اوری HVDC برای ارضای تقاضای انرژی بادی سبز مناسب است. 3. کنترل پذیری طرح های انتقال HVDC : در انتقال HVDC شارش انرژی را می توان به دقت تعیین و کنترل کرد. شارش فیزیکی انرژی در سیستم های انتقال DC را می توان با مسیرهای قراردادی برای انتقال انرژی تطبیق داد. بنابراین حقوق لازم برای خدمات انتقال کاملاً تجاری در سیستم DC به آسانی قابل تعریف و اجراست. این کنترل پذیری و خدمات کمکی که تجهیزات انتقال DC می تواند فراهم کند کاربرد فن آوری HVDC را برای ITP های BU افزایش می دهد. 4. مقایس پذیری فن آوری انتقال HVDC ، کنترل با فن آوری HVDC می توان با ابعاد طرح انتقال را با توجه به نیازبازار تغییر داد بدون ان که به صرفه بودن یا نبودن اقتصادی ابعاد طرح بستگی داشته باشد. نظریه اقتصادی در مورد شبکه هایی که از فن آوری مرسوم استفاده می کنند نشان می دهد که ابعاد طرح در سرمایه گذاری در انتقال بازار مبنا مهم است و باعث کاهش سرمایه گذاری می شود زیرا تولید کنندگان انتقال در تطبیق سرمایه گذاری خود با نیاز بازار ناتوان می شوند. مقیاس پذیری فن اوری های انتقال HVDC (به ویژه فن آوری های مدولار HVDC) مسئله کمبود سرمایه گذاری ثابت را جبران می کند. فن آوری HVDC بازار ITP ها را توسعه می دهد طرح های مستقل انتقال با تسهیل نقش جدید انتقال به عنوان ساختار رقابتی خنثی با پاسخ به علائم بازار برای سرمایه گذاری مزایای بسیاری را برای بازارهای رقابتی الکتریسیته به همراه دارد. ITP ها این امکان را فراهم می کند که هزینه های توسعه انتقال با ایجاد رقابت در عرصه این گونه خدمات کاهش یابد و مزایای آن افزایش یابد. طرح هایی که در این بخش از مقاله شرح دادیم نشان دهنده قابلیت و مزایای ITP در ساختارهای مختلف بازار الکتریسیته است. فن آوری انتقال HVDC اگر بتواند به محرک های بازار رقابتی پاسخ گوید ، نقش مهمی در این طرح های جدید ایفا خواهد کرد. فن آوری HVDC از جهات زیر برای ITP ها مناسب است : 1. ITP های HVDC با اجتناب از ایجاد سردرگمی در مورد شارش انرژی رابطه مستقیمی بین سود و هزینه انتقال بر قرار می کنند. 2. به دلیل امکان استفاده از کابل های زیر زمینی می توان زمان اجرای طرح را برای رسیدن به بازار رقابت کوتاه کرد. 3. تطابق سرمایه گذاری و زمان به اندازه طرح در فن آوری HVDC خطرات ذاتی انتقال سنتی به شیوه رقابتی را کاهش هی دهد و مدیریت بهتر ان ها را میسر می کند. توسعه سیستم های قدرت نیروی محرکه توسعه سیتم های قدرت وجود تقاضای روز افزون برای انرژی الکتریکی است. کشورهای کاملاً صنعتی مثل اروپا ، آمریکای شمالی و ژاپن حتی با وجود سطح تقاضای فعلی در آینده با رکود و کاهش تقاضا مواجه خواهند شد. در خاور دور و بخشی از امریکای جنوبی انتظار می رود که رشد بلند مدت آینده سریع باشد. در این نواحی تقاضا برای انرژی در آینده به بیشترین مقدار خود می رسد. این رشد قابل انتظار در تقاضای انرژی به نوبه خود باعث توسعه سریع تر سیستم های انرژی الکتریکی می شود. روند صنایع قدرت روند های جهانی قدرت که شاهد آنیم و تأثیر بسیاری بر پیشرفت های آینده دارند را می توان به صورت زیر خلاصه کرد : 1. آزاد سازی. 2. جهانی سازی. 3. خصوصی سازی. هدف آزاد سازی ، باز کردن بازار و فراهم کردن فرصت برای مشتری هاست به طوری که بتوانند انرژی را با قیمت دلخواه خود تهیه کنند. این مسئله بر توسعه سیستم های قدرت تأثیر زیادی دارد. در کشورهای مختلف ، مدل های مختلفی از خصوصی سازی بازار وجود دارد. دربرخی از کشورها پیشرفت های قابل ملاحظه ای حاصل شده است ، ولی درکشورهای دیگر تا رسیدن به راه حلی قابل قبول سال های زیادی مانده است. جهانی کردن بازارها با کاهش موانع بین کشورهایی که در گذشته جلوی داد و ستد کالا و سرمایه را می گرفتند ، به نفع اقتصاد جهانی تمام می شود. به این ترتیب عرضه کنندگان انرژی و سازندگان اگر بخواهند در آینده باقی بمانند باید در عرصه جهانی نقش مهمی ایفا کنند. تأسیسات زیربنایی انرژی شامل تولید و انتقال انرژی سرمایه زیادی را می طلبد. به ویژه در کشورهایی که تقاظای انرژی رو به افزایش است. خصوصی سازی با فراهم آوردن سرمایه گذاری خصوصی این امر را ممکن می کند ، مشروط بر اینکه ثبات سیاسی کافی در منطقه حاکم باشد. با در نظر گرفتن این روندهای متفاوت و بعضاً متضاد مسلم است که سیستم های به هم پیوسته به رشد خود ادامه می دهند. هدف آن ها این است که رد و بدل تولید اقتصادی انرژی بیشتر بین مرزهای مختلف فراهم می شود. به دلایل اقتصادی ، انتقال HVDC بهترین سیستم انتقال انرژی برای مسافت های طولانی بین نیروگاه آبی تا مراکز مصرف است. از طرفی گرایش شدیدی به سمت تولید غیرمتمرکز توان (تولید گسترده) با اتصال مستقیم به شبکه های توزیع و درنتیجه رفع نیاز به شبکه های ولتاژ بالا به چشم می خورد. این تمایل هم نتیجه عدم تمرکز کردن ساختارهای سیاسی است و هم حاصل پیشرفت های فن آوری به شکل نیروگاه های جدیدتر و اقتصادی تر. سیستم های به هم پیوسته قدرت در چند دهه گذشته از مزایای اتصال بین شبکه ها به طور گسترده ای استفاده شده است و حتی اهمیت آن تحت شرایط آماده سازی بیش از پیش روشن می شود. مزایای اولیه و فنی و اقتصادی اتصال شبکه ها معمولاً عبارتند از : 1. قابلیت استفاده از نیروگاه های بزرگتر و اقتصادی تر. 2. کاهش ظرفیت لازم برای ذخیره انرژی در سیستم. 3. استفاده از اقتصادی ترین منابع انرژی. 4. قابلیت انعطاف پذیری برای ساخت نیروگاه های جدید در مکان های دلخواه. 5. افزایش قابلیت اعتماد سیستم. 6. کاهش تلفات با بهینه کردن سیستم را نشان می دهد. اتصال AC اتصال AC رایج ترین نوع اتصال است. ولی برای این اتصال پیش شرط های فنی ویژه ای باید فراهم شود. برای عملکرد همزمان تحت هر شرایط کاری ، سرمایه گذاری روی تجهیزات و تنظیم ساختار سازمانی لازم است. همان طور که می دانید مزایای اتصال متناوب با افزایش اندازه شبکه کاهش می یابد و سرمایه گذاری بر عملکرد همزمان افزایش می یابد. با افزایش اندازه سیستم به هم پیوسته AC از یک حد معین به منظور افزایش شبکه های دیگر به این سیستم مزیت بیشتری به دست نمی آید. دلایل از بین رفتن این مزیت بروز مشکلات فنی است که معمولاً در سیتم های بزرگ رخ می دهد . مثل مسائل شارش بار ، نوسانات محلی که با روش هایی دیگر مثل FACTS قابل حل است. اتصال HVDC مزیت های اقتصادی سیستم های به هم پیوسته بزرگ حتی در هنگام خرابی سیتم ، کمتر نیز هست زیرا در حالت خرابی حمایت ژنراتورهای دوردست بسیار محدود می شود(حالت اول). ولی در چنین حالاتی ، اتصال مختلط یا HVDC مزیت های اقتصادی سیستم بدون نیاز به ارتقای کامل آن افزایش می دهد. امکانات آزادی عمل بیشتری را برای توسعه قسمت های مختلف سیتم فراهم می آورند. مثالی از سیستم بزرگ اتصال مه حد بالای منطقی برای ابعاد سیستم اتصال ac در آن رعایت شده سیستم اروپایی UCPTE است که سیستم CENTERAL با آن مجتمع شده است. مثال دیگر ، استفاده از HVDC برای اتصال به اروپای شمالی است که در آن تعداد بسیار زیادی از اتصال HVDC از قبل ساخته شده اند یا در حال ساختند. از این نوع اتصالات در قاره های دیگر نیز استفاده شده است. برای مثال کشور هند که در آن سیستم قدرت محلی با اتصالات HVDC پشت به پشت یا دو پایانه ای به هم وصل شده اند. اتصال مختلط جهانی وقتی اتصال AC بین قسمت های مختلف سیستم اتصال نسبتاً ضعیف باشد ، مشکلات فنی مثل ناپایداری یا نوسانات توان رخ می دهد. در این حالت ، یک اتصال HVDC اضافی که با اتصال AC موازی باشد با انتقال توان بیشتر تقویت می کند و عملکرد سیستم را به دلیل سرعت کنترل HVDC بهبود می بخشد. مثال هایی از این اتصالات مختلط در پاسی فیک اینترتای در ایالات متحده ، کاهوراباسا در آفریقای جنوبی و تیان – گوانگ چین وجود دارد. مزایای اتصال ac با افزایش ابعاد شبکه اتصال به سرعت کاهش می یابد. ولی در صورت استفاده از اتصال مختلط AC/DC یا HVDC از نظر اقتصادی سودمند است. هدف از این اتصال مختلط مبادله توان بین سیستم های مجاور از طریق مسیرهای کوتاه و با اتصال AC و استفاده از HVDC برای مقادیر بیشتر توان در مسافت های طولانی تر است. افزون بر آن HVDC با قابلیت کنترل سریع ، امکان عملکرد قابل اعتماد برای کل سیستم را فراهم می کند. نقش HVDC در قرن 21 برای آن که دید یهتریاز نقش فن آوری انتقال HVDC در قرن آینده به دست آوریم ، نقش HVDC را از بدو پیدایشآن در 50 سال پیش تا کنون و دلایل تغییر این نقش در طول مدت را بررسی می کنیم. تاریخچه HVDC به طور مرسوم در مناطقی استفاده می شود که مزیت اقتصادی استفاده از آن روش یا اینکه تنها راه حل ممکن بوده است. ملاحظاتی نظیر قیمت ایستگاه های مبدل و محدودیت های مالی و فنی اتصال به خطوط HVDC کاربرد گسترده این فن آوری را محدود کرده است. کاربرد مرسوم انتقال HVDC عبارت بودند از : 1. انتقال مقادیر بزرگ توان به شکل تورده ای در مسافت های طولانی : عمدتاً در مسافت طولانی صرفه جویی اقتصادی ، به دلیل سادگی طراحی خطوط ، هزینه زیاد ایستگاه هایمبدل را جبران می کرد. مطابق با قاعده تجربی این مسافت 600km بود که اکنون افزایش یافته است. 2. انتقال توان با کابل های زیردریایی : چون DC به جریان شارژ کننده نیاز ندارند ، محدودیتی که در طول کابل DC اعمال نمی شود. 3. اتصال غیرهمزمان شبکه ها : سطح توان را در اتصال می توان مستقیماً انتخاب کرد بدون اینکه ملاحظات دیگری مثل پایداری گذرا یا کنترل فرکانس حالت دائمی که در اتصال همزمان مهم اند مد نظر باشد. HVDC برای اتصال نواحی با عملکرد و قابلیت متفاوت به کار می رود. 4. ایجاد مسیر قراردادی و تعریف شده : در حالت DC ، انتقال توان مستقیماً کنترل پذیر است. بنابراین به سادگی مسیر کنترل به دست می آید بدون اینکه اثر حالت دائمی روی سیستم موازی یا AC بگذارد. از سرعت کنترل و قابلیت انعطاف انتقال DC اغلب برای بهبود عملکرد سیستم استفاده می کردند تا به این ترتیب عملکرد بهتری نسبت به اتصال AC به دست آید. 5. برای افزایش چگالی توان در مسیر عبور معلوم : چگالی توان در مسیر عبور معلوم با تبدیل خطوط ACبهDC ، جایگزین خطوط متناوب با مستقیم و یا تقویت با خطوط مستقیم افزایش می یابد. یک ویژگی HVDC که توسعه آن در نیم قرن گذشته میسر کرده است ، تمایل ذاتی آن برای پذیرش تغییرات سریع فن آوری است. صنعت به سرعت از لامپ های جیوه ای تا تایریستورهای کوچک و به دنبال آن تایریستورهایبزرگ پیشرفت کرده است ، به طوری که امروزه تایریستورهای 15 اینچی در طرح های جدید به مزایده گذاشته می شود. ملاحظات فنی مثل آتش کردن (تریگر) لامپ های خلاء برطرف شده است. پیشرفت های مشابهی نیز در تجهیزات دیگر صورت گرفته است : 1. میزان ولتاژ و جریان قابل تحمل کابل ها به طور چشمگیری افزایش یافته است. 2. روش های اندازه گیری سیستمی از الکترومغناطیس به فیبر نوری تغییر کرده است. 3. فیلترهای عملی فعال و قابل تنظیم از نوع متناوب و مستقیم توسعه یافته اند. ساختارهای جدیدی با استفاده از تایریستورهای رایج پیشنهاد و یاده سازی شده اند ، به ویژه مبدل های جفت شده خازن. اخیراً توسعه افزارهای نیمه رسانا و استفاده از GOTO , HGBT منجر به گسترش کاربرد DC شده است. مطالب فوق پیش زمینه ای بود که برای آن که بتوانیم آینده HVDC را حدس بزنیم. توسعه HVDC در آینده استفاده های متداول از HVDC انون به صورت فن آوری حساب شده ، قابل اعتماد و جهانی ادامه دارد. مکان هایی که برای استفاده از HVDC بیشترین امکان بالقوه را دارند عبارتند از : چین ، هند ، آفریقا و آمریکای جنوبی. هنوز هم سرمایه های بالقوه و در حال رشد یا رشد نیافته ای از منابع انرژی آبی را در این قاره ها وجود دارد ، یعنی به طور کلی در مناطقی که بازارهای قابل یش بینی هنوز وجود ندارد و تا پیدایش آن ها زمان های زیادی باقی است. پیشرفت های آینده در فن آوری نور ولتاژی امکان ساخت تأسیسات بزرگ انرژی خورشیدی را د مناطق استوایی فراهم می کند. که خروجی این تأسیسات با استفاده از بازارهای مصرف دورتری منتقل می شود. انتقال زیردریایی توان در مسافت های طولانی هنوز هم به صورت DC انجام می شود. زیرا استفاده از AC برای این نوع کاربرد آسان نیست. پیش بینی می شود که سرعت پیشرفت تایرستور در سال های آینده کند شود ولی فن آوری های جدیدی که از GOTOها و IGBT استفاده می کنند در سطوح پایین تر انتقال توان را به کار گرفته خواهند شد. انگیزه استفاده از این فن آوری ها این است که آن ها را می توان به طور اقتصادی در طرح های مختلف به کار برد. برای نمونه برای استفاده بهینه از مشخصات نامی کابل نسبت به اتصالات AC ، در جاهایی که به دلایل زیست محیطی یا زیبایی شناختی لازم است بار را به جای سیم هوایی با کابل زیرزمینی تغذیه کرد سودمند واقع می شوند. خصوصی/دولتی سازی صنایع قدرت خصوصی سازی صنایع قدرت وقتی که در مصاف با توسعه HVDC قرار گیرد مثل شمشیر دولبه عمل می کند. از یک طرف ، مشوق سرمایه گذاری هر چه بیشتر در طرح هایی است که در آن تفاوت روشن در هزینه انرژی بین نواحی متصل به هم وجود دارد. ولی در جاهایی که چنین ویژگی ای وجود ندارد روند خصوصی سازی به تأخیر در بستن قرارداد چنین طرح هایی انجامیده است ، حتی اگر مزایای دیگری چون کیفیت عرضه خدمات که به طور مستقیم برای مشتری ملموس نیست وجود داشته باشد. در مقیاس وسیع تر، توسعه آینده ابر شبکه های HVDC که کشورها را به هم وصل کند فقط وقتی ممکن است که سه عامل گرد هم آیند : 1. پایداری بلند مدت سیاسی در نواحی که می خواهند به هم وصل شوند. 2. هزینه دیفرانسیل انرژی/ظرفیت به اندازه کافی بالا باشد تا سرمایه گذاران را جذب کند. 3. وجود محیطی پایدار و هماهنگ در نواحی ای که می خواهند به هم وصل شوند ، به طوری که سرمایه گذاران از سرمایه گذاری بلند مدت مطمئن باشند. نقش انتقال HVDC در آینده انتقال HVDC چگونه در قرن 21 به کار می رود و چه نقشی را ایفا خواهد کرد؟ کاربردهای متداول HVDC به سه دسته زیر تقسیم می شوند : 1. انتقال دوربرد حتی فراتر از تقطه سر به سر. 2. انتقال از طریق کابل زیر دریایی ، فراتر از نقطه محدودیت جریان شارژ کننده. 3. اتصالات غیر همزمان ، برای مثال بین مناطق مختلف یا فرکان های مختلف. دو کاربرد اول دارای محرک اقتصادی اند ولی سومی ممکن است عامل فنی یا سیاسی داشته باشد. آیا کاربردهای دیگری را می توان تصور کرد که به عرضه کنندگان این گونه خدمات دلگرمی می دهد ؟ پاسخ منفی است. سیستم های ولتاژ DC پایین تر که مراکز تولید گسترده را به هم وصل می کنند مثال خوبی است. در این سیستم ها از مبدل های ولتاژی (VSC) استفاده می شود که به دلیل تعداد واحدهای مورد نیاز به صرفه اند. ولی آیا کاربرد گسترده ای را برای این نوع سیستم ها می توان پیش بینی کرد ؟ پاسخ منفی است. در 1992 وزارت نیروی ایالات متحده کارگاهی آموزشی درباره HVDC برگزار کرد که به بررسی روش های کاهش قیمت هر کیلووات انرژی DC به نصف مقدار می پرداخت. از من هم خواستند که در برگزاری کارگاه کمک کنم و با آمادگی کامل پذیرفتم و اضافه کردم که هدف ٪50 کاهش قیمت هر کیلووات انرژی دست یافتنی نیست. پاسخ این بود که : « این جوابی نیست که ما می خواهیم بشنویم» موارد کلیدی برای کاهش هزینه که از مباحث کارگاه حاصل شد عبارت بودند از : 1. استفاده بیشتر از ویژگی های تابعی. 2. زراحی ترانسفورماتورهای پیشرفته. 3. وضعیت مدارهای جدید. 4. سوئیچ ها و لامپ های خلاء جدید. 5. استفاده از سیستم های انتقال مختلط(AC+DC). مدت هفتاد سال تنها به یکی از انتقال موارد دست یافتند که آن هم مبدل های IGBT است و مشکل می توان ادعا کرد که کاهش هزینه با این یک مورد میسر شود. آیا داریم به کاهش 50 درصدی هزینه انرژی می رسیم ؟ باز هم جواب منفی است. مطالعه جالبی اخیراً منتشر شده است که مربوط است به استفاده از HVDC برای وقتی است که کاهش 50 درصدی بهای انرژی حاصل شده باشد. گزارش 1997 با عنوان تعیین وضعیت فن آوری انتقال HVDC را آزمایشگاه ملی اوک ریچ(ORNL) با شماره ORNL/SUB/95-SR893/1 منتشر کرده است و شامل تعدادی منحنی قیمت بر حسب فاصله برای طرح های مختلف است. ناسپاسی است که از فرصتی که به من داده شده در مورد آهنگ کاهش اطلاعات درباره HVDC صحبت نکم. (شاید ادیسون همین جمله را وقتی که هم سن من بود گفته باشد.) چهار دهه پیش با دیدن دانشHVDC کارانی که در گروه های کاری HVDC در IEEE PES و کمیته اطلاعات CIGRE برخورد داشتم متحیر شدم. در میان آن ها افرادی خبره از شرکت های تولیدی ، خدماتی ، آزمایشگاهی ، پژوهشی، شرکت های مشاوره ای و دانشگاه ها بودند. در دانشگاه ویسکانسین یک دوره آموزشی یک هفته ای در مورد انتقال HVDC برگزار کردیم که افراد شرکت کننده در آن بعدها از چهره های نامی این رشته شدند و البته دوست من نیز شدند. الآن کجایند؟ و چه کسی جای آن ها را در آن سازمان ها را گرفته است ؟ ویسکانسین هم دیگر دوره کوتاه مدت HVDC را برگزار نمی کند. این دوره آخرین بار در سال 1993 برگزار شد. دوره تحصیلات تکمیلی HVDC الان به درس های گسترده تری مثل FACTS الحاق شده است. بنابراین شاید توجه به آن 3/1 کاهش یافته باشد. با کاهش فرصت های شغلی ، تقاضا برای دوره های تحصیلات تکمیلی کم شده است و آن هایی که اقدام می کنند کامپیوتر بازهایی اند که حتی نمی توانند یک اشکال ساده ارتباطی را از روی اسیلوسکوپ بفهمند. من دلیلی برای خوش بینی به وضعیت آینده HVDC نمی بینم. فعالیت های پیوسته ای را برای کاربرد این فن آوری در سه موردی که ابتدای مقاله گفتم خواهیم دید ولی نه بیشتر از آن. بهتر است نگران پیدا کردن و آموزش دادن نسل بعدی خبرگان HVDC باشیم ؛ البته به شرطی که جایی برای به کار گرفتن آن ها باشد. منبع : http://power-factor.blogfa.com
