Avantages des lignes de transmission à courant continu haute tension par rapport aux lignes à courant alternatif

Devenues des lignes de transmission à haute tension traditionnelles, elles fonctionnent aujourd'hui invariablement en courant alternatif. Mais avez-vous déjà pensé aux avantages qu'une ligne de transmission CC haute tension peut offrir par rapport à une ligne CA ? Oui, nous parlons de lignes de transmission à courant continu haute tension (transmission d'énergie HVDC).

Bien sûr, pour la formation d'une ligne de courant continu à haute tension, en premier lieu, convertisseurs, qui ferait du courant continu à partir du courant alternatif et du courant alternatif à partir du courant continu. De tels onduleurs et convertisseurs sont coûteux, ainsi que leurs pièces de rechange, ont des limitations de surcharge, de plus, pour chaque ligne, l'appareil doit être unique sans exagération. Sur de courtes distances, les pertes de puissance dans les convertisseurs rendent une telle ligne de transmission généralement peu économique.

Mais dans quelles applications sera-t-il préférable de l'utiliser DC? Pourquoi la haute tension alternative n'est-elle parfois pas assez efficace ? Enfin, des lignes de transmission à courant continu à haute tension sont-elles déjà utilisées ? Nous allons essayer d'obtenir des réponses à ces questions.

Vous n'avez pas besoin d'aller loin pour trouver des exemples. Un câble électrique posé au fond de la mer Baltique entre deux pays voisins, l'Allemagne et la Suède, mesure 250 mètres de long, et si le courant était alternatif, la résistance capacitive entraînerait des pertes importantes. Ou lors de l'alimentation en électricité de zones reculées lorsqu'il n'est pas possible d'installer des équipements intermédiaires. Ici aussi, le courant continu haute tension entraînera moins de pertes.

Que faire si vous avez besoin d'augmenter la capacité d'une ligne existante sans en installer une supplémentaire ? Et dans le cas de l'alimentation de systèmes de distribution AC qui ne sont pas synchronisés entre eux ?

Pendant ce temps, pour une puissance spécifique transmise pour le courant continu, à haute tension, une plus petite section du fil est requise et les tours peuvent être plus basses. Par exemple, la ligne de transmission Canadian Bipole Nelson River relie le réseau de distribution et la centrale électrique éloignée.

Les réseaux électriques en courant alternatif peuvent être stabilisés sans augmenter le risque de courts-circuits. Les décharges corona, qui provoquent des pertes dans les lignes AC en raison des pics de tension ultra-élevés, sont beaucoup moins importantes avec le DC, ce qui libère moins d'ozone nocif. Encore une fois, réduire le coût de construction des lignes électriques, par exemple trois fils sont nécessaires pour les trois phases et seulement deux pour le HVDC. Encore une fois, les avantages maximaux des câbles sous-marins sont non seulement moins de matière, mais aussi moins de pertes capacitives.

Depuis 1997AAB installe des lignes HVDC Light d'une puissance allant jusqu'à 1,2 GW à des tensions allant jusqu'à 500 kV. Ainsi, une liaison de puissance nominale de 500 MW a été construite entre les réseaux de Grande-Bretagne et d'Irlande.

Cette connexion améliore la sécurité et la fiabilité de l'alimentation électrique entre les réseaux. Courant d'ouest en est, l'un des câbles du réseau mesure 262 kilomètres de long, avec 71% du câble sur le fond marin.

Encore une fois, rappelez-vous que si le courant alternatif était utilisé pour recharger la capacité du câble, il y aurait des pertes de puissance inutiles, et comme le courant est appliqué en permanence, les pertes sont négligeables. De plus, les pertes diélectriques AC ne doivent pas non plus être négligées.

En général, avec le courant continu, plus de puissance peut être transmise à travers le même fil, car les pics de tension à la même puissance, mais avec le courant alternatif, sont plus élevés, de plus, l'isolation doit être plus épaisse, la section est plus grande , le la distance entre les conducteurs est plus grande, etc. Compte tenu de tous ces facteurs, le couloir de la ligne de transmission à courant continu permet une transmission plus dense de l'énergie électrique.

Des lignes à haute tension permanentes ne sont pas créées autour d'eux champ magnétique alternatif basse fréquencecomme cela est typique des lignes de transmission AC. Certains scientifiques parlent des méfaits de ce champ magnétique variable pour la santé humaine, les plantes, les animaux. Le courant continu, à son tour, ne crée qu'un gradient de champ électrique constant (non variable) dans l'espace entre le conducteur et le sol, ce qui est sans danger pour la santé des personnes, des animaux et des plantes.

La stabilité des systèmes à courant alternatif est facilitée par le courant continu.En raison de la haute tension et du courant continu, il est possible de transférer de l'énergie entre des systèmes CA qui ne sont pas synchronisés les uns avec les autres. Cela empêche les dommages en cascade de se propager. En cas de pannes non critiques, l'énergie est simplement déplacée vers ou hors du système.

Cela renforce encore l'adoption des réseaux CC haute tension, donnant lieu à de nouvelles fondations.

Station de conversion Siemens pour une ligne de transmission à courant continu haute tension (HVDC) entre la France et l'Espagne

Schéma d'une ligne HVDC moderne

Le flux d'énergie est régulé par un système de contrôle ou une station de conversion. Le débit n'est pas lié au mode de fonctionnement des systèmes raccordés à la ligne.

Les interconnexions sur les lignes CC ont une capacité de transmission arbitrairement petite par rapport aux lignes CA, et le problème des liaisons faibles est éliminé. Les lignes elles-mêmes peuvent être conçues en tenant compte de l'optimisation des flux d'énergie.

De plus, les difficultés de synchronisation de plusieurs systèmes de contrôle différents pour le fonctionnement de systèmes énergétiques individuels disparaissent. Contrôleurs d'urgence rapides inclus Fils électriques à courant continu augmenter la fiabilité et la stabilité de l'ensemble du réseau. Le contrôle du flux de puissance peut réduire les oscillations dans les lignes parallèles.

Ces avantages faciliteront l'adoption plus rapide de l'interaction du courant continu à haute tension afin de diviser les grands systèmes électriques en plusieurs parties synchronisées les unes avec les autres.

Par exemple, plusieurs systèmes régionaux ont été construits en Inde qui sont interconnectés par des lignes à courant continu à haute tension.Il existe également une chaîne de convertisseurs contrôlés par un centre spécial.

C'est pareil en Chine. En 2010, ABB a construit en Chine la première ligne de courant continu ultra haute tension de 800 kV au monde en Chine.La ligne UHV DC 1100 kV Zhongdong — Wannan d'une longueur de 3400 km et d'une capacité de 12 GW a été achevée en 2018.

Au moins treize chantiers de construction ont été achevés en 2020. Lignes CC THT en Chine. Les lignes HVDC transmettent de grandes quantités d'énergie sur des distances importantes, avec plusieurs fournisseurs d'énergie connectés à chaque ligne.

En règle générale, les développeurs de lignes de transmission à courant continu à haute tension ne fournissent pas au grand public d'informations sur le coût de leurs projets, car il s'agit d'un secret commercial. Cependant, les spécificités des projets font leurs propres ajustements, et le prix varie en fonction de : la puissance, la longueur du câble, le mode d'installation, le coût du terrain, etc.

En comparant économiquement tous les aspects, une décision est prise quant à la faisabilité de la construction d'une ligne HVDC. Par exemple, la construction d'une ligne de transmission à quatre lignes entre la France et l'Angleterre, d'une capacité de 8 GW, ainsi que des travaux à terre, ont nécessité environ un milliard de livres.

Liste des projets importants de courant continu haute tension (HVDC) du passé

Dans les années 1880 il y a eu une soi-disant guerre des courants entre les partisans du DC tels que Thomas Edison et les partisans du CA tels que Nikola Tesla et George Westinghouse. Le courant continu a duré 10 ans, mais le développement rapide des transformateurs de puissance, nécessaires pour augmenter la tension et ainsi limiter les pertes, a conduit à la multiplication des réseaux à courant alternatif. Ce n'est qu'avec le développement de l'électronique de puissance que l'utilisation du courant continu haute tension est devenue possible.

Technologie CCHT apparu dans les années 1930. Il a été développé par ASEA en Suède et en Allemagne. La première ligne HVDC a été construite en Union soviétique en 1951 entre Moscou et Kashira. Puis, en 1954, une autre ligne a été construite entre l'île de Gotland et la Suède continentale.

Moscou — Kashira (URSS) — longueur 112 km, tension — 200 kV, puissance — 30 MW, année de construction — 1951. Il est considéré comme le premier courant continu haute tension électronique entièrement statique au monde, mis en service. La ligne n'existe pas actuellement.

Gotland 1 (Suède) — longueur 98 km, tension — 200 kV, puissance — 20 MW, année de construction — 1954. La première liaison HVDC commerciale au monde. Agrandi par ABB en 1970, mis hors service en 1986.

Volgograd — Donbass (URSS) - longueur 400 km, tension - 800 kV, puissance - 750 MW, année de construction - 1965. La première étape de la ligne électrique 800 kV DC Volgograd - Donbass a été mise en service en 1961, ce qui a été noté dans la presse à l'époque comme un étape très importante dans le développement technique de l'électrotechnique soviétique. La ligne est actuellement démantelée.

Essais de redresseurs haute tension pour une ligne de courant continu au laboratoire VEI, 1961.

Schéma de ligne du courant continu haute tension Volgograd - Donbass

Regarder: Photographies d'installations électriques et d'équipements électriques en URSS 1959-1962

HVDC entre les îles de Nouvelle-Zélande — longueur 611 km, tension — 270 kV, puissance — 600 MW, année de construction — 1965. Depuis 1992, reconstruit АBB… Tension 350 kV.

Depuis 1977jusqu'à présent, tous les systèmes HVDC ont été construits à l'aide de composants à semi-conducteurs, dans la plupart des cas des thyristors, depuis la fin des années 1990, des convertisseurs IGBT ont été utilisés.

Onduleurs IGBT à la station de conversion Siemens pour la ligne de transmission à courant continu haute tension (HVDC) entre la France et l'Espagne

Cahora Bassa (Mozambique - Afrique du Sud) — longueur 1420 km, tension 533 kV, puissance — 1920 MW, année de construction 1979. Premier HVDC avec une tension supérieure à 500 kV. Réparation ABB 2013-2014

Ekibastuz — Tambov (URSS) — longueur 2414 km, tension — 750 kV, puissance — 6000 MW. Le projet a débuté en 1981. Lorsqu'il sera mis en service, ce sera la plus longue ligne de transmission au monde. Les chantiers ont été abandonnés vers 1990 en raison de l'effondrement de l'Union soviétique et la ligne n'a jamais été achevée.

Interconnexion France Angleterre (France — Grande-Bretagne) — longueur 72 km, tension 270 kV, puissance — 2000 MW, année de construction 1986.

Gezhouba — Shanghai (Chine) — 1046 km, 500 kV, puissance 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (Inde) — longueur 814 km, tension — 500 kV, puissance — 1500 MW, année de construction — 1990.

Câble Baltique (Allemagne - Suède) — longueur 252 km, tension — 450 kV, puissance — 600 MW, année de construction — 1994.

Tien Guan (Chine) — longueur 960 km, tension — 500 kV, puissance — 1800 MW, année de construction — 2001.

Talcher Kolar (Inde) — longueur 1450 km, tension — 500 kV, puissance — 2500 MW, année de construction — 2003.

Trois Gorges — Changzhou (Chine) — longueur 890 km, tension — 500 kV, puissance — 3000 MW, année de construction — 2003. En 2004 et 2006.2 autres lignes ont été construites à partir de la centrale hydroélectrique HVDC "Three Gorges" vers Huizhou et Shanghai pour 940 et 1060 km.

La plus grande centrale hydroélectrique du monde, les Trois Gorges, est reliée à Changzhou, Guangdong et Shanghai par des lignes à courant continu à haute tension

Xiangjiaba-Shanghai (Chine) — la ligne de Fulong à Fengxia. La longueur est de 1480 km, la tension est de 800 kV, la puissance est de 6400 MW, l'année de construction est 2010.

Yunnan — Guangdong (Chine) — longueur 1418 km, tension — 800 kV, puissance — 5000 MW, année de construction — 2010.