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高電圧直流電流はどのようにして数千キロメートル離れた場所に電気を送るのでしょうか？その背後にある技術的な秘密をご存知ですか？
世界の電力需要が増加し続ける中、従来の高電圧交流（AC）送電方式に比べて、高電圧直流（HVDC）技術は、大規模な送電ニーズを解決するための重要な選択肢となってきています。 HVDC システムは、長距離にわたる電力の伝送や、異なる周波数の AC 電力システム間の相互運用に特に適しています。では、これらの技術はどのようにして実現されるのでしょうか?
HVDC テクノロジーの利点
HVDC 技術には、従来の AC 電力伝送に比べて多くの重要な利点があります。まず、HVDC 送電では送電損失が低くなります。これにより、電力供給業者は水力発電所や風力発電所などの遠隔地から需要の高い都市部まで電力を効率的に供給できるようになります。さらに、HVDC システムは AC システムよりも安定性と柔軟性に優れており、再生可能エネルギー源からの電力をより簡単に統合できます。
高電圧直流技術は数千キロメートルに及ぶ可能性があり、電力伝送の効率を向上させるだけでなく、スマートグリッドの将来にとって重要な基礎となります。
高電圧DCコンバータの動作原理
HVDC コンバータは HVDC システムのコア コンポーネントであり、高電圧 AC を高電圧 DC に、またはその逆に変換する役割を果たします。これらのコンバータは通常双方向であり、AC から DC と DC から AC の両方を変換できます。完全な HVDC システムには、DC 整流用のコンバータが少なくとも 1 つと、DC 反転用のコンバータが少なくとも 1 つ必要です。
ある場所から別の場所に電気を送電する必要がある場合、コンバーターは交流電圧を直流に整流し、次にインバーターを介して電流を再び交流に変換することで、長距離にわたって電気を送電することを可能にします。このプロセスでは、電流の変換は動的に行われ、電力網のニーズに応じて調整できます。
各種HVDCコンバータの技術進化
HVDC コンバータは、技術の進歩に伴い、何度も進化してきました。初期のコンバーターでは回転コンバーター設計が採用されていましたが、1940 年代から、電子式静的コンバーターが徐々にこれらの従来の技術に取って代わりました。現在、HVDC コンバータには、他線整流コンバータ (LCC) と電圧源コンバータ (VSC) の 2 つの主なタイプがあります。
他励式コンバータ（LCC）
LCC コンバータは最も広く使用されている HVDC コンバータであり、AC システムの電圧を利用してスイッチング プロセスを駆動します。動作原理は、変換を実現するために DC 側の制御要素を使用することに基づいており、サイリスタなどのこれらの要素は高電圧電流で機能します。
ライン整流コンバータは実際には電流源コンバータと見なされ、電流の方向は変更されません。つまり、DC 電圧の極性を調整するだけで電力の流れの方向を変えることができます。
電圧源コンバータ (VSC)
電圧源コンバータ（VSC）は 1997 年以来広く使用されています。このようなコンバータは、オンとオフの切り替えを制御できる点で LCC とは異なります。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ (IGBT) を使用することで、VSC はネットワーク需要に基づいて柔軟性を高めることができ、AC システム上の同期機に依存しなくなるため、受動負荷で構成されるグリッドに接続できるようになります。
再生可能エネルギーの成長に伴い、VSC の需要が急速に増加しています。マルチポート HVDC システムに拡張することで、複数の電源システムを接続できるようになり、よりバランスの取れたエネルギー配分が可能になります。
将来のHVDC技術に期待
再生可能エネルギーと長距離送電の世界的な需要が高まるにつれて、HVDC システムの適用がより一般的になるでしょう。各国は、将来的にさらに持続可能なエネルギーシステムをサポートするために、HVDC インフラに積極的に投資しています。洋上風力発電であれ、国境を越えた電力取引であれ、HVDC 技術は将来の電力送電の重要な基礎となることは間違いありません。
HVDC 技術の開発は電力業界のトレンドであるだけでなく、グリーン グリッドに向けた必要なステップでもあります。
しかし、技術が進歩し続けるにつれて、私たちは高電圧直流の究極の可能性を目の当たりにしたのでしょうか、それとも、まだ開拓されていない可能性が残っていて、それを活用できるのでしょうか。
