HVDC( ※1)系統(tǒng)的市場規(guī)模將在未來幾年強勁增長。在2018年僅高于70億美元的市場規(guī)模,預計將在2025年將增長60%以上,達到115億美元。
預期增長的主要原因不僅是電動汽車和數(shù)據(jù)中心的電力需求增加,還有可再生能源的增長。由于大型風電場和太陽能發(fā)電廠通常距離消費人群很遠,因此它們需要的傳輸鏈路比傳統(tǒng)的交流傳輸技術(※2)具有更低的損耗。這些高壓直流傳輸系統(tǒng)(HVDC)中的變流器提供恒定的DC電壓,因此被稱為電壓源變流器(VSC)。在長距離上,VSC HVDC系統(tǒng)具有比AC傳輸系統(tǒng)低得多的損耗,這使之能夠通過海底電纜和長距離陸地鏈路從遠程發(fā)電設施有效地傳輸電能。 VSC HVDC輸電技術(國內稱柔性直流傳輸)特別適用于海上風電場等可再生能源,因為其換流站足夠緊湊,可輕松安裝在海上平臺上。此外,該技術能夠實現(xiàn)電壓不同的多個子電網(wǎng)的互連,并且比AC系統(tǒng)更易于控制。此外,VSC HVDC(柔性直流傳輸)系統(tǒng)還具有降低電纜敷設和其他安裝工作成本的優(yōu)點。
HVDC系統(tǒng)面臨的一個關鍵挑戰(zhàn)是實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓。 在長距離傳輸電力期間電壓容易變得不穩(wěn)定,從而產(chǎn)生諸如配電系統(tǒng)和用戶設備容易損壞等問題的可能性。解決這些問題需要具有高電流能力的電力電容器,使其能夠承受大的電壓波動。此外,由于這種電力電容器用于工業(yè)電力基礎設施和鐵路運輸應用,因此它們還需要具有高水平的耐用性和可靠性。
TDK的電力電容器是位于HVDC鏈路兩端的換流站中的關鍵部件,它將交流電轉換為直流電流進行傳輸,然后在另一端再轉換回交流電,以便將電能反饋到電網(wǎng)中。在為長距離傳輸準備電源的升壓站中,電容器組用于穩(wěn)定變流器的DC電壓。在HVDC鏈路末端的站中,它們確保交流輸出電壓適合饋入電網(wǎng)。隨著可再生能源在全世界的使用持續(xù)增長,這些電容器同樣將繼續(xù)有助于降低傳輸功率損耗并達到節(jié)省能源的目的。
在技術特性方面,采用TDK專有扁平繞卷技術(※3)的電力電容器可實現(xiàn)約95%的體積填充系數(shù)(※4)。同時,電容器的最大電容值超過10,000μF(※5)。這類電力電容器具有非常高的電流密度,尺寸緊湊(350×600×160mm)它們能夠在海上變流站的密閉空間展示出卓越的性能,控制電壓波動。此外,它們具有自愈的功能,即使過壓導致電容器內部發(fā)生電氣故障,絕緣層也會在幾微秒內恢復,防止短路。其溫度和電氣特性的長期穩(wěn)定性,它們可提供長達 40 年的極其可靠的工作壽命。
TDK電容器已經(jīng)安裝在歐洲、美國、中國等多個HVDC項目中,TDK作為HVDC系統(tǒng)的主要電力電容供應商,已經(jīng)確立了穩(wěn)固的市場地位,例如,應用于北京與張家口之間的HVDC項目(張家口位于中國首都西北約250公里處)。該新電網(wǎng)由中國國家電網(wǎng)公司(SGCC)設計,該公司是全球領先的電力公司之一。它將在為2022年北京冬季奧運會提供遠程風能、光伏和水力發(fā)電清潔能源方面發(fā)揮關鍵作用。高壓直流電網(wǎng)具有世界上最高電壓水平(550千伏)和最大的傳輸能力。電容器是轉換器站的關鍵組件,可將每個HVDC鏈路在開始饋入的交流電流轉換為直流電流,為長距離傳輸做好準備。它們還安裝在變流站中,將直流電流轉換回另一端的交流電。
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