В этой части поговорим о том, как развивались и в каком состоянии сейчас передачи ультравысоких классов напряжений в Китае, который сейчас впереди планеты всей в этом деле.
Начало статьи здесь: Линии ультравысокого класса напряжения (часть 1)
Напомню, что эти публикации по сути реферат статьи "Освоение ультравысокого напряжения - как основа для глобализации электроснабжения" из журнала "Энергополитика", ссылка на полный текст в конце. Сама по себе статья хорошая, но, к сожалению, журнал явно не отличается таким обширным охватом аудитории, как Яндекс.Дзен, но материал интересный, и считаю, что им обязательно нужно поделиться.
Напомню также, что считается напряжением высоким, сверхвысоким и ультравысоким:
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.
Опыт Китая в освоении УВН
Сейчас Китай безусловный мировой лидер в применении линий постоянного тока ультравысокого напряжения. Как так получилось, зачем им такие линии и какое в этом отношении положение дел описано ниже.
Освоение УВН в Китае было обусловлено экономической необходимостью. Бурное развитие экономики требовало дополнительной электроэнергии. Страна богата углем и гидроэнергией, однако имеет место огромный дисбаланс между территориальным размещением энергоресурсов и центров энергопотребления. Около 76% запасов каменного угля находится на севере и северо-западе страны, 80% гидроресурсов – на юго-западе. Основные континентальные ресурсы ветровой энергии размещены в северной части страны. В то же время свыше 70% энергопотребления сосредоточено в Восточном и Центральном Китае. Расстояние между крупными базами энергоресурсов и центрами энергопотребления составляет около 1000-3000 км и более.
Основным используемым топливом в Китае является каменный уголь, добыча которого в стране достигла фантастических 3,4 млрд т в год. На Китай сейчас приходится почти 45% от всей добычи угля в мире. Кроме того, страна ежегодно импортирует более 260 млн т угля, в том числе из России [на 2019 год - прим. JB]. Неудивительно, что в Китае возникали жесткие инфраструктурные ограничения на перевозку огромных объемов угля и во многих городах сложилась крайне неблагоприятная экологическая обстановка. Количество дней с превышением природоохранных нормативов переваливало в них за 50%. Поэтому покрытие роста электропотребления за счет строительства в этих районах новых угольных электростанций стало просто невозможным. Выход был найден в производстве электроэнергии в отдаленных районах – в местах концентрации крупных гидроресурсов и вблизи угольных месторождений с передачей электроэнергии потребителям по ЛЭП ультравысокого напряжения.
В Китае первая ЛЭП переменного тока на напряжение 500 кВ была введена в строй в 1981 г., на напряжение 750 кВ – в 2005 г. и на 1000 кВ – в 2009 году. В 1989 г. была построена ЛЭП постоянного тока Гэчжоуба – Шанхай напряжением ±500 кВ, а в 2010 г. ЛЭП Сяньцзяба – Шанхай на ±800 кВ с передаваемой мощностью 6,4 ГВт. Все эти ЛЭП базировались на импортном оборудовании (в основном ABB и Siemens), проектировались и сооружались зарубежными компаниями. Правительством страны была поставлены задачи освоения УВН и перехода на отечественное оборудование, которые были успешно выполнены.
Основными составляющими успеха Китая в освоении ультравысокого напряжения стали развитие отечественной науки и техники в совокупности с трансфером зарубежных знаний и технологий и активным научно-техническим и технологическим заимствованием. Ключевую роль в этом сыграла мощная Государственная электросетевая корпорация (ГЭК). Она объединила разрозненные силы различных исследовательских групп и инженеров и приступила к разработке отечественного оборудования. Были созданы соответствующие научно-исследовательские организации и научно-производственные предприятия, проведены многочисленные научные конференции и научно-практические семинары с участием ведущих мировых разработчиков и производителей техники сверхвысоких и ультравысоких напряжений (ABB, Siemens, Areva, Toshiba, Mitsubishi и др.), организованы посещения китайскими специалистами зарубежных электротехнических центров и компаний. Очень эффективным оказалось привлечение к сотрудничеству по разработке новой китайской техники ведущих мировых специалистов, которым были созданы привлекательные условия.
В результате китайцам удалось в короткое время перенять накопленные в мире знания и имеющийся передовой опыт по передаче электроэнергии высоким и ультравысоким напряжением. Можно констатировать, что Китай выиграл в данной области глобальную «битву за мозги» и сейчас по праву гордится полученными результатами. Выдвинутый Китаем в свое время принцип «рынок в обмен на технологии» успешно сработал, и это дало такой поразительный результат. Было освоено производство электротехнического оборудования УВН, проектирование, сооружение и эксплуатация ЛЭП на его основе.
На базе китайского оборудования в 2009 г. была введена в строй экспериментальная ЛЭП УВН Шаньси – Неньян – Цзинмэнь на переменном токе и напряжении 1000 кВ протяженностью 640 км. Она обеспечила стабильную пропускную способность 5 ГВт и в 2011 г. была принята в промышленную эксплуатацию. Полученный опыт открыл путь для сооружения в Китае ЛЭП переменного тока на УВН на базе отечественного оборудования.
Еще более впечатляющим является китайский опыт создания ЛЭП постоянного тока на УВН. В 2003, 2004 и 2007 годах в Китае с помощью зарубежных компаний и на основе самых передовых в мире технологий были построены три ЛЭП напряжением ±500 кВ и мощностью 3 ГВт каждая из Санься в Чанчжоу, Гуадун и Шанхай. Однако зарубежным компаниям было поставлено жесткое требование по локализации производства основного оборудования на китайских предприятиях и привлечении китайских специалистов к проектированию и сооружению ЛЭП. Поэтому уже при строительстве ЛЭП Санься – Шанхай степень локализации производства основного оборудования достигла 100% и управление проектом осуществляли китайские компании.
На основе полученного опыта Китаем была самостоятельно спроектирована, разработана и построена экспериментальная ЛЭП постоянного тока на напряжение ±660 кВ Ниндун – Шаньдун. В 2010 г. была введена в эксплуатацию ЛЭП Сянцзяба – Шанхай длиной 1891 км с самым высоким в мире уровнем напряжения ±800 кВ, самым передовым техническим оснащением и самым большим уровнем передаваемой мощности (6,4 ГВт). С этого времени в Китае начинается эра сооружения ЛЭП постоянного тока на УВН с использованием собственного оборудования.
При освоении УВН китайскими специалистами реализованы многие технические нововведения. Так, в 2010 г. в Китае был успешно разработан первый повышающий трансформатор переменного тока, позволяющий генераторы мощностью 1 ГВт напряжением 27 кВ включать непосредственно в сеть УВН 1000 кВ. Прежде подключения осуществлялись путем двухступенчатой трансформации (27/500 и 500/1000 кВ), что требовало промежуточного трансформатора и усложнения схемы. Прорывом стало освоение производства мощных высоковольтных тиристоров – высокотехнологичных элементов силовой электроники с большой пропускной способностью, выдерживающих ультравысокое напряжение, достаточно простых и безопасных в эксплуатации и ремонте. В ЛЭП ±800 кВ сила тока достигает 4,5 кА и более, поэтому используются 6-дюймовые тиристоры с развитой системой охлаждения. Применение 12-пульсных преобразователей позволило существенно улучшить гармонические характеристики как на стороне постоянного, так и переменного тока, упростить фильтры, уменьшить площадь, занимаемую оборудованием и, как следствие, уменьшить стоимость строительства преобразовательных подстанций. В итоге Китай стал мировым лидером в разработке, производстве и использовании электросетевого оборудования на УВН, что открывает для него хорошие перспективы для крупномасштабного развития «зеленой» энергетики и выхода на мировые рынки с конкурентоспособной высокотехнологичной продукцией.
Ближайшей перспективой технологического развития в области передачи электроэнергии в Китае является промышленное освоение постоянного тока напряжением ±1100 кВ. Опыт сооружения и эксплуатации ЛЭП ±800 кВ показал, что для этого не существует непреодолимых технических препятствий. Уже начато строительство ЛЭП ±1100 кВ Zhundong – Southen Anhui протяженностью 3324 км. Целевые ориентиры технологического развития дальнего транспорта электроэнергии в Китае видят в освоении напряжения 1500 кВ на переменном и постоянном токе.
В КНР в настоящее время [статья опубликована в 2019 г. - прим. JB] сооружены 8 ЛЭП на переменном токе напряжением 1000 кВ общей протяженностью около 5310 км и длиной отдельных линий от 240 до 1050 км при средней величине примерно 660 км. Кроме них в Китае сооружены 13 ЛЭП на постоянном токе напряжением ±800 кВ общей протяженностью около 22130 км. Средняя их длина составляет примерно 1700 км, а протяженность отдельных ЛЭП – от 1120 до 2410 км. Введется строительство еще четырех ЛЭП переменного тока на напряжение 1000 кВ общей протяженностью 970 км, а также двух ЛЭП постоянного тока, одна из которых на напряжение ±800 кВ длиной 1490 км, а вторая – ЛЭП ±1100 кВ, о которой говорилось выше. Планируется довести протяженность ЛЭП УВН в стране до 400 тыс. км, а передаваемую с их помощью мощность до 400 ГВт, в том числе около 150 ГВт ЛЭП постоянного тока для трансрегиональной передачи электрической мощности с запада Китая на восток и с севера на юг.
О том, где ещё в мире применяется УВН, поговорим уже в следующей части, так что оставайтесь на линии, тема очень интересная.
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/
