به گزارش بی‌بی‌سی، در دهکده‌ای آرام در نزدیکی شانگهای یک ساختمان عظیم سبز رنگ قرار دارد که با کلافی پیچ در پیچ از سیم‌ها و تیرهای برق احاطه شده و در تضاد کامل با مناظر اطراف خود است.
این ساختمان عجیب، ایستگاه مبدل فنگشیان است: مرکزی برای دریافت برق از فاصله تقریبا ۱۹۰۰ کیلومتری، یعنی از نیروگاه برق آبی سد شیانگجیابا در جنوب غربی چین، و انتقال آن به خانه‌ها، ادارات و کارخانه‌های شانگهای.
خط انتقال شیانگجیابا- شانگهای که در سال ۲۰۱۰ به بهره‌برداری رسید، یکی از اولین پروژه‌های ولتاژ فرابالا (UHV) در چین بود. فناوری UHV برای انتقال برق در فواصل بسیار طولانی طراحی شده است. چین شبکه گسترده‌ای از زیرساخت‌های UHV را در دست احداث دارد تا بتواند برقی که در مناطق دورافتاده تولید می‌شود را به شهرهای پرجمعیت برساند.
برخی کشورهای دیگر مانند انگلیس، هند و برزیل هم راهبرد مشابهی را در پیش گرفته‌اند.
قطار سریع‌السیر برق
اساس کار خطوط انتقال UHV، یک اصل ساده فیزیکی است: هر چه ولتاژ بالاتر باشد شدت جریان الکتریکی کمتری برای انتقال مقدار مشخصی از توان لازم خواهد بود، و شدت جریان پایین‌تر به معنای اتلاف گرمایی کمتر و بهبود کارایی یا بازده انتقال برق در مسافت‌های طولانی است.
بسیاری از کشورها استفاده از UHV را در دستور کار خود قرار داده‌اند، ولی چین از نظر ظرفیت نصب شده UHV پیشتاز است
چینی‌ها خطوط UHV را «شینکانسِن انتقال برق» می‌نامند. شینکانسن نام قطارهای سریع‌السیر در زبان ژاپنی، و نمادی از سرعت و کارایی است.
کشورهای مختلف تعاریف متفاوتی برای UHV دارند. در چین خطوطی که جریان مستقیم (DC) را با ولتاژ ۸۰۰ کیلو ولت یا بالاتر و جریان متناوب (AC) را با ولتاژ ۱۰۰۰ کیلو ولت یا بالاتر منتقل می‌کنند از نوع UHV به شمار می‌روند.
خطوط DC می‌توانند برق بیشتری را با تلفات کمتر نسبت به AC انتقال دهند و اغلب برای فواصل طولانی به کار می‌روند، اما هزینه ساخت‌شان بیشتر است.
خطوط AC را می‌توان به شبکه‌های محلی متصل کرد و در نتیجه انعطاف‌پذیرتری بیشتری دارند، ولی در فواصل بالای ۱۵۰۰ کیلومتر مقرون به صرفه نیستند. چین ترکیبی از خطوط DC و AC را دارد.
پکن امروزه انتقال برق به روش UHV را بخشی کلیدی از برنامه انرژی بادی و خورشیدی خود می‌داند، ولی این روش در ابتدا یعنی در سال ۲۰۰۴ برای انتقال برق نیروگاه‌های آبی و زغال‌سنگی به قطب‌های اقتصادی به دولت پیشنهاد شد.
در مجموع بیشتر منابع طبیعی چین در شمال، شمال غرب و جنوب غرب قرار دارند، در حالی که بخش اعظم جمعیت و بیشترین تقاضای برق مربوط به سواحل جنوبی و شرقی است.
در اوایل دهه ۲۰۰۰ چین مرتبا با مشکل کمبود برق مواجه می‌شد. با وجود آن که سه چهارم ظرفیت حمل و نقل کالا در این کشور به حمل مواد خام و به‌ویژه زغال‌سنگ اختصاص داشت، این مواد و منابع با سرعت کافی به مقصد نمی‌رسید. دولت مرکزی در آن مقطع به دنبال راه‌هایی برای توسعه مناطق پهناور غرب کشور نیز بود.
ساخت و نگهداری زیرساخت‌های UHV می‌تواند بسیار هزینه‌بر باشد
مدیر وقت شبکه برق چین که در رسانه‌های این کشور به پدر خطوط UHV معروف است، ایده یک ابرشبکه انتقال برق سرتاسری را مطرح کرد که به خاموشی‌ها پایان می‌دهد و چین را به یکی از رهبران فناوری انتقال برق در جهان تبدیل می‌کند.
ایده او با مخالفت‌های شدیدی در بین مقامات دولتی و دانشمندان برجسته روبرو شد و در سال‌های بعد هم مخالفان بارها نگرانی‌های خود از جمله قابلیت اطمینان این فناوری و تاثیرات آن بر محیط‌زیست را به دولت گوشزد کردند.
اما در نهایت پیشنهاد وی مورد حمایت سیاست‌گذاران قرار گرفت و در سال ۲۰۰۶ موضوع UHV به برنامه پنج ساله راه یافت.
ساخت اولین پروژه که شامل یک خط ۶۴۰ کیلومتری AC بین شانشی در شمال به استان مرکزی هوبئی بود در همان سال آغاز گردید و در اوایل سال ۲۰۰۹ به بهره‌برداری رسید؛ و به دنبال آن پروژه‌های بلندپروازانه‌تری یکی پس از دیگری کلید خوردند.
خط انتقال DC شیانگجیابا- شانگهای که در سال ۲۰۱۰ تکمیل شد، طولانی‌ترین و قدرتمندترین خط انتقالی بود که تا آن روز در دنیا ساخته می‌شد. این خط با ۳۹۳۹ دکل و کابل‌هایی که از روی دره‌ها و رودخانه‌های متعدد در هشت استان مختلف عبور کرده‌اند، برق آبی حاصل از رود جینشا را مستقیما با حداکثر ظرفیت ۴/۶ گیگاوات به شانگهای می‌فرستد و تا ۴۰ درصد از کل برق مورد نیاز این شهر را تامین می‌کند.
تا ماه آوریل ۲۰۲۴ چین ۳۸ خط UHV را راه‌اندازی نموده است که برق آبی، زغال‌سنگی، بادی و خورشیدی را انتقال می‌دهند و ۱۸ مورد آنها AC و بقیه DC هستند.
به قول یکی از کارشناسان اندیشکده رند (RAND)، چین انتقال انرژی‌های تجدیدپذیر با فناوری UHV را اختراع نکرده، اما چنین پروژه‌هایی را به «مساله‌ای کاملا عادی و فراگیر» تبدیل نموده، و البته این کار را در مورد بسیاری از فناوری‌های دیگر مرتبط با گذار انرژی هم انجام داده است.
کشورهایی مثل هند و برزیل نیز برخی از طولانی‌ترین خطوط UHV جهان را ساخته‌اند، اما از لحاظ مقیاس و مجموع طول خطوط یا ولتاژ آنها با چین قابل مقایسه نیستند.
چین از نظر مجموع طول خطوط UHV با اختلاف رتبه اول دنیا را در اختیار دارد
به گزارش چاینا انرژی نیوز، طول خطوط انتقال UHV مشغول کار در چین در انتهای سال ۲۰۲۰ در مجموع به ۴۸ هزار کیلومتر رسید که از محیط کره زمین طولانی‌تر است.
امروزه با شتاب گرفتن تولید انرژی‌های تجدیدپذیر در چین، ماموریت خطوط UHV تغییر کرده است. در سال ۲۰۲۲ اداره ملی انرژی اعلام کرد که نیروگاه‌های بادی و خورشیدی مناطق بیابانی باید برای احداث خطوط انتقال و رساندن برق خود به شهرهای آن سوی کشور برنامه‌ریزی کنند. در سال ۲۰۲۳ ساخت اولین خط اختصاصی از این دست آغاز شد که از منطقه خودمختار نینگ‌شیا در شمال غربی به استان جنوبی هونان می‌رسد.
فناوری UHV یکی از اجزای کلیدی پیشنهاد پکن مبنی بر ایجاد یک شبکه برق بین‌المللی موسوم به پیوند جهانی انرژی (Global Energy Interconnection) است. شی جین پینگ در نشست سران سازمان ملل در سال ۲۰۱۵ ایده اتصال شبکه‌های ملی برق به یکدیگر طی سه دهه آینده را مطرح کرد.
برخی از کارشناسان معتقدند که در بین تمام فناوری‌های موجود، فقط UHV می‌تواند انرژی بادی و خورشیدی را از مناطق دوردست چین به مراکز بزرگ مصرف برق برساند.
چالش‌ها
خطوط UHV هنوز سهم زیادی در انتقال انرژی بادی و خورشیدی چین ندارند که یکی از دلایل اصلی آن بالا بودن هزینه‌هاست. در این کشور، دو اپراتور شبکه برق سرمایه‌گذاری بر روی خطوط UHV را انجام می‌دهند. نهادهای رسمی هیچ گزارشی درباره حجم این سرمایه‌گذاری‌ها منتشر نکرده‌اند، اما یک وبگاه صنعتی چینی در ماه اوت ۲۰۲۳ گزارش داد که ۶/۱ تریلیون یوآن (۲۲۲ میلیارد دلار) برای ساخت خطوط UHV هزینه شده که شامل ۳۳ خط عملیاتی و فعال و ۳۸ خط در دست احداث است.
به عنوان یک نمونه، خط شیانگجیابا- شانگهای طبق آمارهای رسمی با هزینه ۲۳ میلیارد یوآن (۲/۳ میلیارد دلار) ساخته شد.
بازگشت چنین سرمایه‌گذاری‌های عظیمی مستلزم آن است که خط انتقال در طول سال فعالیت کافی داشته باشد. بنابر این هر زمان که انرژی بادی و خورشیدی به اندازه کافی وجود ندارد، از خطوط UHV برای انتقال برق تولید شده با زغال‌سنگ استفاده می‌شود.
از آنجا که انرژی بادی و خورشیدی ماهیتی ناپایدار و متغیر دارند، خطوط UHV کماکان به نیروگاه‌های زغال‌سنگی یا گازی متکی هستند چون در غیر این صورت مدت زیادی بلااستفاده می‌مانند.
در سال ۲۰۲۲ سهم برق تجدیدپذیر از کل برق منتقل شده با این خطوط به ۲/۵۶ درصد رسید که با هدف‌گذاری دولت یعنی «حداقل ۵۰ درصد» مطابقت داشت؛ ولی بیشتر آن مربوط به انرژی آبی بود که اگرچه منبعی تجدیدپذیر و پاک است، اما معایب زیست‌محیطی دیگری (مانند آسیب زدن به سلامت رودخانه‌ها و انتشار متان) دارد. بر اساس تحلیل‌های یک اندیشکده چینی، سهم انرژی بادی و خورشیدی در کل برق منتقل شده با خطوط UHV بسیار کمتر از ۵۰ درصد و به طور میانگین تنها ۲۵/۲۷ درصد بوده است.
خطوط UHV علاوه بر هزینه‌های ساخت، به نگهداری دقیق هم نیاز دارند
کمبود برق دو سال پیش و تابستان امسال در سیچوآن یک ضعف دیگر را نیز آشکار کرد: مدیریت «انعطاف‌ناپذیر» خطوط UHV در چین.
سیچوآن قطب انرژی آبی چین است، اما بیشتر نیروگاه‌های برق آبی جدیدالاحداث آن به نحوی طراحی شده‌اند که برق تولیدی را مستقیما از طریق خطوط UHV به مناطق شرقی و مرکزی ارسال کنند. در نتیجه صنایع نوظهور و مهم منطقه از قبیل صنعت باتری‌های لیتیومی نمی‌توانستند از انرژی آبی خود این منطقه استفاده کنند، چون خطوط UHV به شبکه محلی متصل نبودند.
با توجه به هزینه بالای ساخت خطوط UHV، تولید برق به شکل محلی ممکن است در برخی موارد مقرون به صرفه‌تر باشد. به‌علاوه استان‌های ساحلی چین هم مشغول برنامه‌ریزی برای ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای و نیروگاه‌های بادی دریایی هستند و شاید در آینده نیازی به واردات برق از مناطق دیگر نداشته باشند.
فناوری UHV در سایر کشورهای جهان
برزیل دو خط ۸۰۰ کیلوولتی DC دارد که برق آبی را از منطقه آمازون در شمال به مناطق پرجمعیت جنوب شرقی از جمله سائوپائولو و ریودوژانیرو می‌فرستند. هر دو این خطوط را شرکت دولتی برق چین (استیت گرید) ساخته است و یک خط UHV دیگر را هم در دست ساخت دارد.
در هند، دولت از سال ۲۰۱۵ طرح «کریدور انرژی سبز» را آغاز کرده که شامل خطوط اختصاصی ۷۶۵ کیلو ولت برای انتقال انرژی‌های تجدیدپذیر تولید شده در ایالت‌های سرشار از منابع این نوع انرژی (مانند آندرا پرادش در جنوب و گجرات در غرب) است.
پروژه‌های ولتاژ بالای بین قاره‌ای (با سطوح ولتاژی پایین‌تر از UHV) نیز در نقاط مختلف جهان در حال اجرا هستند. اروپا مشغول نصب کابل‌های زیردریایی برای واردات انرژی خورشیدی و بادی از شمال آفریقاست. پروژه ۴ هزار کیلومتری اکس‌لینکس (Xlinks) مراکش را به انگلیس و پروژه ۹۵۰ کیلومتری گریجی (GREGY) مصر را به یونان متصل خواهد کرد.
در منطقه آسیا و اقیانوسیه، پیشنهاد اجرای ابرپروژه‌ای با نام کابل خورشید (Sun Cable) برای صادرات انرژی خورشیدی از شمال استرالیا به سنگاپور (در فاصله ۴۳۰۰ کیلومتری) از مسیر اندونزی مطرح شده است.
البته انتقال برق بین کشورهای مختلف یا حتی بین ایالت‌های مختلف آمریکا با چالش‌هایی هم روبرو خواهد بود. مساله اول مقررات، مجوزها و سایر کارهای اداری و بوروکراتیک است و بسیاری از مردم نیز تمایلی به عبور خطوط ولتاژ فرابالا از کنار خانه‌هایشان ندارند.
مانع بزرگ دیگر، مخصوصا در آمریکا، مساله هزینه است. احداث یک خط انتقال از راه دور نه تنها نیازمند موافقت تمام ذینفعان است، بلکه سازمان‌های انتقال برق منطقه‌ای (RTOها) هم باید بخشی از هزینه را بر عهده بگیرند. به همین خاطر است که آمریکا هنوز خطوط UHV ندارد.
یک نقطه ضعف دیگر ابر شبکه‌ها، ریسک خاموشی مناطقی بسیار وسیع در صورت از کار افتادن بخشی از شبکه است. قطع برق گسترده‌ای که در سال ۲۰۰۳ در بخش‌هایی از کانادا و آمریکا اتفاق افتاد عمدتا ناشی از نقصی در سامانه یک شرکت برق در اوهایو بود که کل شبکه را تحت تاثیر قرار داد. شبکه هرچه بزرگ‌تر شود، به تدابیر ایمنی بیشتری برای جلوگیری از وقوع چنین اتفاقاتی احتیاج خواهد داشت.
در نهایت همان‌طور که بسیاری از کارشناسان می‌گویند، راه رسیدن به آینده‌ای سبز به کار گرفتن ترکیبی از روش‌های مختلف به جای اتکا به یک فناوری انتقال نیرو است. گزینه دیگری که در سمت مقابل این طیف قرار می‌گیرد ریزشبکه‌ها (به معنای تولید، ذخیره‌سازی و مصرف انرژی به شکل محلی) هستند که به دلیل سبکی و چابکی و مقرون به صرفه بودن، در برخی از کشورهای در حال توسعه محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند.
از سوی دیگر نصب پنل‌های خورشیدی خانگی و توربین‌های بادی تحت مالکیت جوامع محلی و مواردی از این قبیل، علاوه بر بهبود امنیت انرژی باعث آموزش و درگیر کردن عموم مردم می‌شود.
یکی از کارشناسان این حوزه می‌گوید خطوط انتقال UHV می‌توانند بخشی کلیدی از مجموعه گزینه‌هایی باشند که کشورها باید مد نظر قرار دهند. او شبکه سراسری را شبیه ستون فقرات می‌داند که باید به نحوی به آن متصل شویم، ولی برای مواقع از کار افتادن احتمالی شبکه بهتر است جایگزین‌هایی هم داشته باشیم.
منبع: bbc
