Продолжаем тему линий электропередачи и классов напряжения. Уже говорили, зачем нужно повышать напряжение, какие бывают линии - одна и вторая статьи, говорили и о том, что в Сибири нет ЛЭП 330 и 750 кВ. Ну и, конечно, о том, что около ЛЭП нужно быть осторожными, говорили тоже.
Сегодня хочу поговорить о линиях ультравысоких напряжений. По большому счёту, это выжимка из статьи в журнале "Энергополитика". Статья замечательная, беда только в том, что журнал не ориентируется на широкие народные массы. Интересующиеся люди, специалисты с экспертами да профессионалами, туда заглядывают, а в широкое вещание знания не уходят. А жаль!
Автор статьи - Сергей Петрович Филиппов, директор Института энергетических исследований (ИНЭИ) РАН, академик РАН, доктор технических наук.
Полное название "Освоение ультравысокого напряжения – как основа для глобализации электроснабжения", опубликована 31 октября 2019 г. Ссылка будет в конце этой публикации.
О чём вообще статья, то бишь аннотация к ней:
Обобщен опыт освоения сверх- и ультравысокого напряжения в СССР, Китае и других странах мира. Показано, что технологическое лидерство в данной области перешло к Китаю. Рассмотрены перспективы дальнейшего развития технологий передачи электроэнергии на дальние расстояния. Сделан вывод о том, что в основном создана технологическая основа для формирования глобальной электроэнергетической системы.
Введение
Формирование систем централизованного электроснабжения стало одним из важнейших результатов технологического развития энергетики в индустриальный период. Их создание было обусловлено прежде всего концентрацией производства электроэнергии на крупных электростанциях (тепловых, атомных, гидравлических), расположенных вдали от центров энергопотребления. Сооружение таких электростанций было вызвано процессом укрупнения энергетического оборудования, в основе которого лежали экономические соображения. Единичная электрическая мощность энергоблоков тепловых и атомных электростанций достигла 1200-1500 МВт. В России была создана одна из крупнейших в мире Единая электроэнергетическая система страны (ЕЭС России), общая установленная мощность электростанций в которой на начало 2019 г. достигла 243,2 ГВт. Доля крупных электростанций (мощностью 1 ГВт и более) составляет в ней 63,7% в установленной мощности и 74,7% в производстве электроэнергии.
Переход экономики и общества в постиндустриальную фазу своего развития под воздействием новой технологической революции, по всей видимости, будет сопровождаться децентрализацией энергопотребления и смещением структуры спроса на энергию в сторону роста доли электроэнергии. Это, в свою очередь, в совокупности с освоением повсеместно доступных возобновляемых источников энергии (ВИЭ), будет благоприятствовать развитию распределенной генерации.
В то же время имеются факторы, которые не только оставляют востребованными сложившиеся системы централизованного электроснабжения, но и могут потребовать их дальнейшего развития [4, 5]. В их числе можно отметить, во-первых, продолжение процессов урбанизации с быстрым ростом населения в мегаполисах, что ведет к концентрации электрических нагрузок в городах, во-вторых, сохранение в значительных объемах крупной промышленности и, в-третьих, освоение огромных высококачественных ресурсов ВИЭ в отдаленных районах (пустыни, побережья северных и дальневосточных морей и т.д.). Причем роль последнего фактора неуклонно возрастает по мере совершенствования технологий электрогенерации на базе ВИЭ. Все это формирует спрос на технологии передачи электроэнергии на дальние расстояния и создает экономически привлекательные условия для глобализации электроснабжения на их основе. В таком случае электроэнергия получает шанс стать новым глобальным энергетическим продуктом и при определенных условиях занять нынешнее место нефти. Реальностью станет формирование глобального рынка электроэнергии. Ключевой технологией для создания глобальной электроэнергетической сети, видимо, станет передача электроэнергии постоянным током на ультравысоком напряжении (УВН).
Передача электроэнергии на ультравысоком напряжении
В международной практике к системообразующим сетям ультравысокого напряжения (ultra high voltage, UHV) относят линии электропередачи (ЛЭП) переменного тока напряжением 1000 кВ и выше и ЛЭП постоянного тока напряжением ±800 кВ и выше. Напряжение переменного тока от 330 до 1000 кВ и постоянного тока от ±400 до ±800 кВ считается сверхвысоким (extra high voltage, EHV). Более низкие уровни напряжения вплоть до 35 кВ относятся к классу высокого напряжения (high voltage, HV) [6]. Некоторые страны отступают от этой классификации.
ЛЭП переменного тока напряжением 500 кВ позволяют передавать около 1 ГВт электрической мощности. Их оптимальная протяженность по техническим и экономическим причинам не превышает 500 км. При повышении напряжения до 1000 кВт предаваемая мощность увеличивается до 4-5 ГВт, а протяженность – до 1000-1500 км. У ЛЭП постоянного тока возможности выше. Посредством ЛЭП на напряжении ±500 кВ можно передать около 3 ГВт электрической мощности на расстояние около 1000 км, ЛЭП ±800 кВ – уже 6-9 ГВт на 2000-3000 км, а ЛЭП ±1100 кВ – вообще 12-15 ГВт на 5000-6000 км.
Кроме того, существует закономерность - при переходе на более высокое напряжение снижаются удельные капзатраты на 1 кВт передаваемой мощности. Поэтому вполне резонно ожидать более широкого применения ЛЭП ±1100 кВ.
Очень важный момент о сферах применения постоянного и переменного тока. Прошу обратить на это внимание, поскольку находятся любители видеть панацею только в чём-то одном, так не стоит делать, у каждой технологии своя оптимальная ниша, поэтому их и комбинируют в системах, чтобы добиться максимального эффекта:
Основным назначением ЛЭП постоянного тока на УВН является передача больших объемов электроэнергии на дальние расстояния, а ЛЭП переменного тока на УВН – распределение полученной электроэнергии на большой площади. ЛЭП постоянного тока с напряжением ±800 кВ позволяют организовать трансрегиональные и трансграничные электрические связи, а ЛЭП с напряжением ±1100 кВ могут использоваться для создания континентальных и трансконтинентальных связей.
Освоение ультравысокого напряжения в СССР
Эту часть статьи я приведу полностью, даёт хорошую, цельную картинку для понимания.
Следует отметить, что еще относительно недавно в числе мировых лидеров по разработке электротехнического оборудования на сверх- и ультравысокое напряжение был СССР. В стране в 1956 г. была введена в эксплуатацию ЛЭП переменного тока Куйбышевская ГЭС – Москва напряжением 400 кВ и протяженностью 815 км, которая в 1959 г. впервые в мире была переведена на напряжение 500 кВ. В 1961 г. завершилось сооружение второй длинной ЛЭП-500 кВ Сталинградская ГЭС – Москва. Уже к середине 1960-х годов общая протяженность ЛЭП-500 в стране превысила 8 тыс. км. В 1967 г. была введена в строй тестовая ЛЭП переменного тока напряжением 750 кВ Конаково – Москва длиной 87,7 км. В 1975 г. была сдана в промышленную эксплуатацию ЛЭП 750 кВ Ленинград – Конаково протяженностью 525 км. После чего началось их практическое применение, в основном для целей выдачи мощности крупных атомных электростанций. Тем не менее в России системообразующие функции и межсистемные связи до сих пор выполняют преимущественно ЛЭП 500 кВ. Их суммарная протяженность превышает 40 тыс. км (в одноцепном исполнении), тогда как протяженность ЛЭП 750 кВ составляет около 4 тыс. км.
В 1977 г. было принято правительственное решение о сооружении уникальной ЛЭП переменного тока на напряжение 1150 кВ Сибирь – Казахстан – Урал (от Итата через Экибастуз до Челябинска) протяженностью 2344 км. Это была первая в мире ЛЭП УВН. К 1991 г. было завершено строительство основной части ЛЭП (от Барнаула до Челябинска), а к 1998 г. – оставшейся части (от Барнаула до Итата). Правда, на проектном напряжении 1150 кВ работали только участки Экибастуз – Кокчетав (с 1985 г.) и Кокчетав – Кустанай (с 1988 г.). При этом была обеспечена выдача мощности до 5,5 ГВт. Однако после 1991 г. вся ЛЭП была переведена на напряжение 500 кВ, прежде всего из-за возникших сложных технических проблем (в частности обеспечения грозозащиты линий), вызывающих частое отключение оборудования, а также резкого снижения спроса на электроэнергию. Только развал СССР не позволил их решить и лишил страну лидерства в данной области. Как отмечается в [4], в настоящее время оборудование класса 1150 кВ пришло в негодность, а производственная база для его выпуска утеряна. Во многом утеряна и научно-технологическая база.
Не менее впечатляющие успехи были в СССР и в освоении постоянного тока сверхвысокого напряжения. В 1950 г. была построена опытно-промышленная кабельная линия постоянного тока высокого напряжения Кашира – Москва. Это была передовая в то время ЛЭП мощностью до 30 МВт, напряжением 200 кВ и длиной около 100 км. ЛЭП в разное время эксплуатировалась как биполярная при ±100 кВ и как монополярная при 200 кВ с обратным током в земле. ЛЭП была реализована на базе оборудования, предназначавшегося для немецкого проекта «Эльба» в Берлине и вывезенного из Германии в СССР после окончания Второй мировой войны в качестве репарации. Накопленный опыт был использован при разработке отечественного оборудования, проектировании и сооружении более мощных ЛЭП.
В 1962 г. была построена ЛЭП постоянного тока напряжением ±400 кВт Волгоградская ГЭС – Донбасс мощностью 720 МВт и длиной 473 км на основе ртутных выпрямителей полностью советского производства. Техническая сложность ртутных выпрямителей и неудобство в обслуживании, высокая стоимость, высокая аварийность из-за обратной дуги, низкая надежность – сдерживали развитие в СССР систем передачи электроэнергии постоянным током на высоком напряжении. Но уже в 1969 г. были созданы первые отечественные тиристорные преобразователи. В 1978 г. на базе отечественного оборудования было начато строительство ЛЭП постоянного тока Экибастуз – Центр (до Тамбова) на рекордном напряжении ±750 кВ. Она должна была стать самой протяженной (2414 км) и самой мощной в мире (6 ГВт) на тот момент. Из-за распада СССР строительство завершено не было.
К настоящему времени все ЛЭП постоянного тока на территории России выведены из эксплуатации. Действующей осталась только вставка постоянного тока напряжением ±85 кВ и длиной около 200 м на подстанции в Выборге, объединяющая несинхронизированные электроэнергетические системы переменного тока России и Финляндии. В работе находятся 4 теристорных преобразователя мощностью 355 МВт каждый. Первый был введен в эксплуатацию в 1981 г., последний – в 2001 г. Суммарная мощность вставки составляет 1420 МВт.
С сожалением приходится констатировать, что Россия во многом потеряла научно-технические и производственные компетенции в разработке технологий передачи электроэнергии на ультравысоком напряжении и выпуске соответствующего электросетевого оборудования. Между тем в СССР еще в 80-х годах прошлого века ставилась задача разработки электротехнического оборудования для ЛЭП напряжением 1500 кВ. Учитывая перспективы развития систем централизованного электроснабжения, настоятельно требуется восстановление в стране в максимально короткие сроки соответствующих компетенций и производственной базы.
Про сожаления и утраченные компетенции добавлю от себя, что, когда в 2006 году я была после третьего курса на практике в Москве (в МОЭСКе проходила), на ВДНХ ещё стояла оборудование 1150 кВ. Опора точно была, если ничего не путаю, то был ещё то ли полюс разъединителя, то ли ТТ, и, кажется, однофазный автотрансформатор тоже был. В общем, опора 1150 кВ точно была. Теперь там ничего этого нет, когда убрали и куда, мне неизвестно. А что происходит у нас со сверхвысоковольтной электротехникой, в этом мне ещё предстоит разобраться.
На этой не очень позитивной ноте мы, пожалуй, прервёмся, текст и так получился достаточно большой. В следующей части поговорим, как развивались передачи ультравысокого напряжения в мире, что там у Китая и куда всё это движется. Оставайтесь на связи, всех рада видеть на канале, пишите комментарии, делитесь с другими.
Всем тепла и света!
Полный текст статьи "Освоение ультравысокого напряжения - как основа для глобализации электроснабжения" по ссылке:
https://energypolicy.ru/osvoenie-ultravysokogo-napryazheniya/neft/2019/20/31/
