HVDC ile HVAC Güç İletim Sistemlerinin Karşılaştırılması

Elektrik gücü üretici merkezlerden alınarak, tüketicileri besleyen dağıtım sistemine dahil edilmek üzere uzak mesafelerde bulunan trafo merkezlerine aktarılmalıdır. Doğru akım sistemler her ne kadar tarihsel olarak daha erken dönemlerde kullanılmış ise de yerini çok geçmeden alternatif akım sistemine bırakmıştır .  İlk doğru akım sistemler Edison’un firması tarafından geliştirilmiş ve  elektriksel gücün iletilmesi/aktarılması birkaç kilometreyi aşmayan bir mesafeyle sınırlı kalmıştır.  Bu yüzden sadece böylesi kısa bir menzil içerisinde kalan tüketiciler  elektriksel güce kavuşmuştur. İletim mesafesi arttıkça bakır kayıplarından kaynaklı olarak gerilim düşümleri oluşmaktadır. Bu durumun üstesinden gelebilmek için  doğru akım sistemine ait gerilim seviyesi yükseltilmiştir.  Ne var ki doğru akım sistemlerde gerilim seviyesini  kolay bir şekilde yükseltmek mümkün değildi.  Sonrasında alternatif akım sistemlerin geliştirilmesi sonucu transformatör (trafo) kullanarak bu gerilim seviyelerini yükseltmek oldukça kolay hale gelmiştir.  Elektriksel güç gerilimin yükseltici trafo merkezlerinde yükseltilmesi, bu seviyeyle iletilmesi ve dağıtım yapılacak bölgede indirici trafo merkezlerinin bu gerilim seviyesini düşürmesi ile gayet kolay bir şekilde tüketiciye ulaştırılmaktadır. Güç elektroniğinin gelişimi, bu dönemlerde doğru akım iletim sistemlerini tekrar düşünmemiz için bizleri zorlamaktadır. Doğru akım ile alternatif akım sistemlerin bu savaşımı halen devam etmektedir.

HVDC Sistemlerin HVAC ile Kıyaslanması: Başabaş Mesafesinin Tespiti

Doğru Akım Sistemlerde Sözkonusu Olan Gelişmeler

Edison’un üstesinden gelemediği sorun,  d.c sistemlerin gerilim seviyesini yükseltmek ve böylece elektriksel gücü uzun mesafelere iletmek olmuştu.  Civa buharlı valf (doğrultucu)’lerin  bulunması , alternatif ve doğru akımlar  arasındaki geçişi kolaylaştırmıştır.  Şimdi , alternatif akımın gerilim seviyesi  bir trafoda yükseltildikten sonra bu akım doğru akıma ve  iletim hattının sonunda bu gerilim seviyesi tekrar düşürüldükten sonra tekrar alternatif akıma dönüştürülmekte ve güç bu yönde aktarılmaktadır.  Böyle bir teknik Yüksek Gerilimli Doğru Akım İletim Sistemlerini uygulanabilir kılmaktadır. ABB firması bu teknolojiyi kullanarak 50’li yılların sonlarında bir HVDC iletim hattı kurmuştur.  Dönüştürücü yani a.c/d.c dönüşümü yapan valflerin bulunduğu kısım çok büyük ve pahalı, ayrıca bakım maliyetleri yüksekti. Çok geçmeden katı hal tristör valfleri geliştirildi. Bu aygıtlar daha küçük ve maliyet etkin anahtarlar  idi. 

HVDC Elektrik Güç İletim Sistemleri 

Bugün HVDC sistemlerdeki ciddi ilerlemelerin arkasında güç elektroniğindeki gelişmeler bulunmaktadır. Artık HVDC teknolojisi pek çok elektrik iletim hatları ve farklı frekanstaki güç şebekelerinin kendi aralarında birleştirilmesi noktasında çok önemli bir yerde bulunmaktadır.

  

HVDC ile HVAC Sistemlerin Karşılaştırılması

Yatırım Maliyeti:

D.C iletimi A.C iletimine göre daha az iletken gerektirmektedir. D.C sistemlerde her bir devre için iki iletken gerekliyken, üç faz A.C için üç iletken gereklidir.  HVDC iletkenlerini taşıyan direkler daha küçük seçilebilir ve bu daha küçük açıklıklar ve alanlar demektir.  Genel olarak bu sistemin HVAC ye göre daha az bir maliyeti olacağı anlamına gelir.  Buna karşılık HVDC hatlarının uçlarında konumlandırılan dönüştürücü (konvertör)lerin maliyetleri böyle bir dönüştürücüye ihtiyaç duymayan HVAC ‘lerin yanında maliyeti ciddi şekilde artıran bir unsur haline gelmektedir.  Belirli bir mesafeden sonra ki bu mesafeye başabaş mesafesi adını verebiliriz HVDC sistemler HVAC sistemlerden daha uygun maliyete sahip olmaktadır.  Genel olarak bu başabaş mesafesi  havai hatlarda 600 km iken denizaltı hatlarda 50 km  kadardır.

Kayıplar

Deri olayı D.C sistemlerde söz konusu değildir. Ayrıca Korona olayı da A.C sistemlerde göre daha azdır.  Kayıplar daha az olduğundan uzun mesafelerde HVDC sistemler daha üstün sistemler haline gelmektedir.

Denetlenebilirlik

D.C sistemlerde endüktans bulunmadığundan bu sistemlerde gerilim regülasyonu daha kolaydır.  HVAC sistemlere göre daha iyi denetlenebilir sistemlerdir.

Farklı Frekanstaki Şebekelerin Kendi Aralarında Bağlanması

A.C güç şebekeleri bazı ülkelerde 50 hz bazı ülkelerde 60 hz olarak sabitlenmiştir. Bu farklı frekanstaki sistemleri kendi aralarında birleştirmek A.C olarak neredeyse  imkansızdır. HVDC sistemler buna imkan verebilmektedir. (d.c akımda frekans gibi bir zorunluluk olmadığından iki sistem sıfır frekansta bağlanmış olurlar )

Yakınlardaki İletişim Hatları İle Girişim

HVDC sistemlerde frekans sıfır olduğundan A.C sistemler gibi iletişim hatları üzerinde girişim yani bozulma yaratmazlar.

Kısa Devre Akımı

Uzun mesafelere yayılmış bir HVAC sistemde  alıcı taraftaki kısa devre akımı yüksektir. HVDC sistem birbirine bağlanmış iki A.C şebekenin kısa devre akımlarını  artırıcı bir etkide bulunmaz.

Sonuç

Yüksek gerilimli doğru  akım (HVDC ) iletim  sistemleri yüksek gerilimli alternatif akım (HVAC )sistemlere nazaran, kararlılık, denetlenebilirlik vb bir takım üstünlüklere sahiptir.  Başabaş mesafesini aşan mesafelerde HVDC sistemler daha karlı hale gelmektedir. Özellikle denizaltı HVDC irtibat  (link )hatları  açık denizlerde rüzgar santrallerini birbirine irtibatlandırmada maliyet yönüyle çok  uygundurlar. Bu sayede bu sistemlere olan ilgi giderek artmaktadır. HVAC sistemler daha uzun süre kullanılmaya devam edecektir.  HVDC sistemlere HVAC sistemlerin rakibi değil tamamlayıcısı bir durumundadır.