Článek
Úvodní varování pro odborníky-elektrotechniky
Tento článek je blog určený široké veřejnosti, snažící se vysvětlit problematiku přenosu elektrické energie a HVDC spojení obecně srozumitelným jazykem a přiměřeně zjednodušeně. Snaha o jeho vnímání myslí elektrotechnika může mít netušené zdravotní následky. Výjimkou je moje žena Pavla, vzděláním energetička a profesí redaktorka.
Střídavý, střídavý…
V přenosové síti (to jsou ty dráty – ve skutečnosti lana – na vysokých stožárech, působících dojmem vesmírných staveb) proudí vysoké střídavé napětí 400 nebo 220 kilovoltů, které rozvádí elektřinu z elektráren do rozvoden, aby se nakonec v podobě nízkého napětí dostala až k nám do zásuvky. Střídavý, střídavý…jak praví známá píseň, je ten proud proto, že se s ním lépe hospodaří – dá se transformovat na různá napětí a také zařízení používající střídavý proud jsou jednodušší, a tím i ekonomičtější, při výrobě, rozvodu i vlastním použití elektřiny.
A jak se, zpropadeně, ten střídavý proud vlastně střídá? Ajaj, školní fyzika… To napětí zde není stále stejné, ale po sinusové křivce se vlní od nuly po maximální kladnou hodnotu, zpět na nulu, dál na minimální zápornou hodnotu a zase zpět a tak pořád. Takhle se nám vlní náš jednofázový proud doma v zásuvce.
Stejně se vlní i třífázový proud, který má k tomu ovšem tři dráty (pardon, vodiče). V každém z nich je ta vlna, tedy ta sinusová křivka, posunuta oproti druhé o takzvanou fázi. A jak se ty tři fáze společně vlní, každá trochu jinak, nikdy nedosáhnou naráz maxima. Tím pádem jednorázově nepřetíží elektrickou síť, i když přenáší velké množství energie (tedy schopnosti vykonat práci).
Jak patrno, pro nízké napětí a malý výkon (což je ta zmíněná práce za jednotku času) si vystačíme s jednofázovým vedením. U těžkých zařízení už potřebujeme třífázové, a třífázový je pak taky střídavý přenos elektřiny na dálku.
A proč tedy ten stejnosměrný přenos?
Obecně platí, že přenos elektrické energie je výhodný při použití vysokého napětí, protože s vyšším napětím klesají ztráty v elektrickém vedení. Použití stejnosměrného elektrického vedení je přitom oproti střídavému ekonomičtější, a to především proto, že není potřeba přenášet zmíněné tři fáze, lze použít tenčí vodiče a stejnosměrný proud má obecně menší ztráty ve vedení.
Jenže: Měnit napětí pomocí transformátoru lze jen u střídavého proudu. Pokud bychom tedy chtěli pro přenos elektřiny na dálku použít ekonomičtější stejnosměrné vedení, musíme na jednom konci ten velmi praktický střídavý proud usměrnit, stejnosměrný jej přenést a na druhém konci zase vystřídat.
Stejnosměrný přenos elektřiny na dálku je tedy, jak vidíme, oproti střídavému ekonomičtější na vlastním vedení a méně ekonomický v koncových bodech, kde hraje důležitou roli nákladnost, účinnost a spolehlivost příslušných zařízení. Jeho praktické využití je proto úzce spojeno s rozvojem účinných konvertorových zařízení, obsahujících usměrňovače a střídače, v uplynulých desetiletích.
Na scénu tak přichází HVDC (z anglického „high voltage direct current“), tedy vysokonapěťový stejnosměrný přenos elektrické energie jako efektivní alternativa zažitému střídavému přenosovému systému v určitých konkrétních případech.
Je výhodný zejména při přenosu na velmi dlouhé vzdálenosti mezi dvěma koncovými body. Uplatní se také tam, kde na obou koncích jsou sice střídavé přenosové soustavy, ale s odlišnými parametry.
Přes kontinent i pod mořem
Když jsem začal o této technologii psát, nejdelší vysokonapěťové stejnosměrné spojení na světě zahájilo provoz v Jižní Americe. Má jméno Rio Madeira HVDC Link a používá stejnosměrné napětí 600 kilovoltů. Vede elektrickou energii na vzdálenost skoro 2 400 km ze dvou nově vybudovaných vodních elektráren o celkovém výkonu 6300 MW u Porto Velho na severozápadě Brazílie na jihovýchod země do hustě osídlené oblasti velkoměsta São Paula.
Jeho rekordní vzdálenost o několik let později překonal čínský projekt, fungující se stejnosměrným napětím 1 100 kilovoltů (tedy 1,1 miliónu voltů!) a přenášející takto elektřinu na vzdálenost téměř 3 300 km. Kromě vzdálenosti tak projekt zdolal rekord i v hodnotě napětí. Toto spojení přenáší elektřinu mezi severem a severovýchodem, kde jsou soustředěny její zdroje, a regiony na východě země, kde je po ní hlavní poptávka.
Jak jsem už předeslal, další doménou HVDC je podmořské přenosové spojení. To nejdelší máme (aspoň podle mých informací) v Evropě. Jmenuje se NordLink a už čtyři roky jím proudí stejnosměrný proud o napětí 525 kilovoltů mezi Norskem a Německem. Celé toto propojení měří 623 km, z čehož asi čtyři pětiny tvoří podmořský kabel. Toto propojení umožňuje přenos větrné a solární energie vyrobené v Německu do Norska, z Norska naopak do Německa proudí elektřina vyrobená v norských vodních elektrárnách.
Když dvě energetiky spolupracují „zády k sobě“
Elektrické přenosové soustavy Polska a Litvy měly donedávna historicky daná odlišná napětí a frekvenci (tedy průběh onoho „vlnění“). V Polsku bylo stejné jako jinde v kontinentální Evropě, zatímco v Litvě bylo poplatné parametrům bývalého Sovětského svazu. Tato situace neumožňovala vzájemné propojení se všemi jeho technickými a hospodářskými výhodami.
V projektu nazvaném LitPol Link, uvedeném do provozu v roce 2015, bylo proto jako technologie zvoleno právě vysokonapěťové stejnosměrné propojení nakrátko („back-to-back“, tedy doslova „zády k sobě“) v konvertorové stanici. Elektřina o vysokém střídavém napětí jedné země se v takovéto stanici usměrní a vzápětí převede na vysoké střídavé napětí druhé země.
Pro úplnost dodejme, že na začátku letošního února se pobaltské země definitivně odpojily od ruského energetického systému a fungují nyní na stejné frekvenci s ostatní kontinentální Evropou.
Chytré české hlavičky
Chytré hlavičky, zlaté ručičky, to jsou čeští inženýři… abych se odkázal na jiný zpěv mých oblíbených klasiků. Nu, něco na tom bude.
Na konci letošního ledna byl uveden do plného provozu Greenlink Interconnector – HVDC propojení mezi Velkou Británií a Irskem. V kabelech vedených pod mořem na vzdálenost 160 km zde proudí 320 kilovoltů stejnosměrných. Jako partner irského provozovatele přenosové soustavy se na něm v podobě týmu informatiků pro řešení specifických problémů podílel i známý český dodavatel informačních systémů.
Jak vidět, nejen tedy střídavý, střídavý, ale také stejnosměrný – tam, kde je to výhodné. I s těmi českými hlavičkami.
