Изначально эта тема всплыла в рамках переписки по перспективам построенных ещё при СССР (и не только не развивающихся, а и деградировавших до 500 кВ) воздушных линиях 1150 кВ. Тогда я нарисовал несколько вариантов развития сети 1150 кВ, один из которых шёл к Пенжинской приливной электростанции.
После того как Пенжинская ПЭС всплыла ещё и в комментариях в телеграме, я таки решил изложить свои мысли по данному вопросу. А тут ещё случилось и интересное обсуждение печальной судьбы сети 1150 кВ в телеграме Геоэнергетики. В общем – вот что получилось.
Для того, чтобы понять, каковы перспективы трансконтинентальных сетей, необходимо знать, каково сейчас состояние этих самых сетей, ведь и на данный момент имеются энергосистемы, которые хотя бы организационно распространены от океана до океана. Но до этого – неплохо было бы понять в общих чертах историю их образования и роста, особенно историю появления и распространение различных классов напряжений.
Логично посмотреть эту историю не только на самой нам знакомой, но ещё и самой большой (территориально) суперэнергосистеме в мире – постсоветской (UPS/IPS - Unified Power System/Integrated Power System, Единая энергетическая система (собственно Россия)/Интегрированная энергетическая система (работающие синхронно с российской энергосистемы Прибалтики, Белоруссии, Закавказья, Средней Азии (кроме Таджикистана и Туркменистана) и Монголии.
Начиналась она, как и все остальные энергосистемы с небольших электростанций, работавших на один конкретный объект (город и/или некоторое предприятие). Естественно, в виду небольшой мощности и небольшого же напряжения (сначала низкого, а потом высокого) эти электростанции располагались в непосредственной близости от своего потребителя. Это хорошо иллюстрирует Москва, где первые электростанции располагались на Большой Дмитровке и на Болотном острове, одна из которых, ГЭС-1, функционирует до сих пор.
В Москве хватает ГЭС, которые именно гидроэлектростанции, но конкретно ГЭС-1 и ГЭС-2 были тепловыми, а буковка Г расшифровывалась как «государственная».
Понятное дело, что на низком напряжении (до киловольта, наиболее распространённое у нас низкое напряжение – 220/380 (фазное/межфазное (линейное) В) с его эффективным радиусом в несколько сот метров далеко не уедешь, поэтому был сделан следующий шаг – появилось напряжение высокое, выше киловольта.
Самые массовые в нашей стране высокие напряжения – это 6 и 10 кВ. Но ими дело отнюдь не ограничивается: в Подмосковье до сих пор имеются сети 3 кВ, а Калининградской области от немцев досталось 15 кВ.
Однако музыка от появления высокого напряжения играла недолго – прогресс электрооборудования шёл очень быстро, как и рост городов. Соответственно, высокое напряжение в 6-10 кВ с радиусом в несколько десятков километров уже не хватало, например, для той же Москвы. Кроме этого, стало понятно, что расположение крупных тепловых электростанций в черте города – это не самое лучшее решение с точки зрения экологии: с магистральными трубопроводами тогда дело обстояло не очень, поэтому в качестве горючего выступали уголь (каменный или бурый) или торф, да и транспортировка горючего внутрь крупного города тоже была проблемной.
А как же ТЭЦ? Основной задачей теплоэлектроцентралей является теплоснабжение, в качестве теплоносителя же выступают горячая вода или водяной пар. Их рабочие характеристики не обеспечивают передачу более чем на несколько километров (максимум десяток – два), поэтому ТЭЦ располагаются около или в черте крупных городов (или промышленных предприятий).
Соответственно, напряжение стало расти – появилось среднее напряжение.
Такая вот гримаса терминологии: высокое напряжение (выше киловольта) подразделяется на низкое, среднее, высокое, сверхвысокое и ультравысокое напряжения. Границы между ними трактуют по-разному, я предпочитаю использовать систему, основанную на технических и эксплуатационных особенностях:
Низкое – распределительные сети между электрическими и трансформаторными подстанциями: 3-15 кВ. Имеется и такое напряжение как 20 кВ, но пока оно у нас по большей части теоретическое (или генераторное);
Среднее – распределительные сети между электрическими подстанциями, не требующие сплошной грозозащиты, 35 кВ;
Высокое – сплошная грозозащита (грозотрос по всей длине линии), но не без расщеплёния фаз: 60-220 кВ;
Сверхвысокое – расщеплённая фаза ниже мегавольта: 330-750 кВ;
Ультравысокое – выше мегавольта: 1150 кВ.
Естественно, бывают всякие граничные нестыковки, типа расщеплённых фаз на 220 кВ, но это на уровне погрешности.
И именно это напряжение стало первым кирпичиком в грандиозном здании постсоветской суперэнергосистемы – в 1914 году была построена первая ВЛ 30 (ещё обозначают как 33, а сейчас – 35) кВ Электропередача – Большие Дворы.
Сельское население впервые познакомилось с таким постоянным атрибутом современности, как опора высоковольтной линии электропередачи. Надо отметить, что энергетики к этому знакомству отнеслись с опаской – на стволе опоры предусмотрели крепление под колючую проволоку, с целью избежать фатальных попыток познакомиться с новинкой поближе.
Надо отметить, что сейчас наблюдается некий ренессанс подобных мер защиты, особенно в Подмосковье.
Следует отметить, что началом этой линии выступила тепловая электростанция в посёлке Электропередача, будущая ГРЭС-3 имени Классона – первая электростанция, работающая на электроснабжение удалённых потребителей. Топливо – торф. Она же стала родоначальницей следующего класса напряжения, самого массового в энергосистеме – 110 кВ. Изначально, правда, это было 70 кВ, но потом, поразмыслив над размерами хотя бы Московской губернии, напряжение увеличили. Шла эта ВЛ уже в саму Москву.
В общем, развиваться энергосистема начала ещё в Российской империи.
Дальнейшее развитие энергосистемы затормозили революция и гражданская война. Однако ещё до её фактического окончания произошло одно знаменательное событие. Если первая ВЛ – это первый кирпич, то план ГОЭЛРО – это эскизный проект энергосистемы. Можно сколько угодно говорить про то, что кляты большевики украли у бедного царя всё что можно, начиная с продразвёрстки (хотя про это обычно не вспоминают) и заканчивая планами питерского метрополитена, но план строительства единой энергосистемы разработали и утвердили при них.
Сейчас бы это назвали обычным СиПРом - схемой и программой развития. Хотя для СиПРа план ГОЭЛРО слишком уж общий, это скорее набор пожеланий, причём частично несбывшихся до сих пор.
Выполнение плана ГОЭЛРО (в виде роста нагрузки и генерации) поставило вопрос о повышении напряжения сети. Оселком для нового класса, 220 кВ, стала бывшая столица, Ленинград. Если у Москвы на данном этапе не было альтернативы местным горючим ресурсам (торфу и бурому углю), то у Питера эта альтернатива имелась – это реки, сначала Волхов, а потом и более дальняя Свирь. Именно от ГЭС, расположившейся на последней, и были построены первые в России магистральные ВЛ.
Хотя я, если честно, не считаю 220 кВ такими уж магистральными, скорее, они являются потолком распределительных сетей. Давайте посмотрим на таблицу примерных пропускных способностей ВЛ разных классов напряжений. Примем ВЛ 110 кВ (как основного участника распределительных сетей) за единицу. В таком случае:
1) ВЛ 150 кВ (в габаритах 220 кВ) – 2;
2) ВЛ 220 кВ – 3;
3) ВЛ 330 кВ – 9;
4) ВЛ 400 кВ – 12;
5) ВЛ 500 кВ – 18;
6) ВЛ 750 кВ – 45;
7) ВЛ 1150 кВ – 104.
Как видим, если ВЛ 220 кВ превосходит ВЛ 110 кВ всего втрое, то ВЛ 330 кВ – уже в 9 раз, т.е. на порядок. Незначительная разница между напряжениями не очень эффективна – на одну подходящую ВЛ высокого класса напряжения будет приходится две-три ВЛ низкого класса, что для мощных энергоузлов вообще ни о чём. С другой стороны, слишком большая разница тоже неэффективна – в слабых энергоузлах будет избыток мощности по высокой стороне. Поэтому сложившая в России система основных напряжений (35-110-220-500 кВ) очень рациональна и универсальна.
После свирских линий, пришла очередь строительства ВЛ 220 кВ уже в Подмосковье, соединивших Москву с электростанциями, расположенными вне пределов Московской области: Угличской и Рыбинской ГЭС, Сталиногорской (Новомосковской) ГРЭС.
И опять дальнейшее развитие энергосистемы затормозила война, Великая Отечественная. После того, как разрушенное народное хозяйство было более-менее подвосстановлено, стал вопрос что делать дальше с энергосистемой: напряжение 220 кВ на просторах нашей необъятной Родины смотрелось достаточно слабо. Поэтому было решено перенять передовой забугорный опыт и начать развивать реально магистральные сети, на классе 400 кВ. И тут надо отметить, что советские энергетики правильно оценили размеры Европы (даже с соцлагерем) и Союза. Поэтому стандартное европейское напряжение было повышено до 500 кВ, ставшим основным сверхвысоким напряжением на большей части бывшего Союза (правда, следует отметить, что это обеспечивается за счёт России: на Украине, в Прибалтике, Белоруссии и Армении это напряжение отсутствует полностью, в Азербайджане соседствует с 330 кВ).
Казалось бы, всё замечательно и единообразно. В стране поголовная унификация сетей – 35/110/220/500 кВ – с небольшими вкраплениями собственных инноваций в виде напряжения 150 кВ и небольшой островок прусского милитаризма в виде сети 60 кВ.
Немного о сетях странных напряжений. С 60 кВ понятно – оно досталось нам в качестве трофея, правда, не совсем понятно, почему оно до сих пор не переведено на 110 кВ.
А 150 кВ – это родное напряжение ДнепроГЭСа. Собственно, от него оно и расползлось по юго-западной Украины, но дальше не ушло, ибо посчитали, что иметь три класса близких напряжений (110-150-220 кВ) – это уже перебор (у класса 150 кВ даже не имелось своих унифицированных анкерно-угловых опор – использовались либо 110 кВ с соответствующими изменениями, либо 220 кВ). Помимо этого, данное напряжение угнездилось ещё в Мурманской области, где уживается с позднее понаехавшими сетями 110 кВ.
Как по мне, человеку (или коллективу), придумавшему напряжение 330 кВ, нужно поставить памятник за создание серьёзных проблем в деле интеграции бывших союзных стран Восточной Европы в энергосистему Европы. Понятное дело, что его внедрение было обосновано экономическими расчётами (хотя удивительно, что на куда большей части СССР оно вообще не зашло), но факт налицо:
1) плохо вяжется с 220 кВ (фактически эти сети сосуществуют лишь на северо-западе России, в Крыму, на Донбассе, на Украине (местами) и в Белоруссии (где 220 кВ, скорее всего, вытеснялось, но так и не вытеснилось), в остальных местах они граничат);
2) что более важно - отвратительно вяжется (ибо это фактически более эффективные конкуренты) с сетями 400 кВ (Европа) и 500 кВ (Россия). Сети 330 и 500 кВ сосуществуют лишь в Азербайджане, в остальных местах они только граничат.
Ну и насчёт их надёжности в условиях конфликта. Сравним Калужскую область РФ (1,07 млн. человек, 29,7 тыс. кв.км, областной центр – 333,9 тыс. человек) и Черниговскую область Украины (0,96 млн. человек, 31,9 тыс. кв. км, областной центр – 282,7 тыс. человек). При в общим схожих параметрах вторая запитывается от трёх ПС 330 кВ, первая – от одной ПС 500 кВ и семи ПС 220 кВ. Думаю, что разница в надёжности энергоснабжения очевидна (ПС 500 кВ Калужская, если что, больше подпирает Московскую область).
Ещё один минус сетей 330 кВ выявился потом – они плохо стыкуются ещё и с многогигаваттными АЭС (в отличии от тех же 500 кВ, которые переварили, например, Саяно-Шушенскую ГЭС, 6,4 ГВт). Можно, конечно, поступить как белорусы, утыкавшими свою (в перспективе 2,4 ГВт) АЭС уже шестью ВЛ 330 кВ, но в случае, например, Запорожской АЭС (6 ГВт) – это так себе вариант (а на Украине планировалось минимум ещё две АЭС на 6 ГВт). Соответственно, потребовалось ещё одно напряжение, в качестве скелета сети 330 кВ, и им стало напряжение 750 кВ. Естественно, это напряжение прижилось ровно в тех же районах (за исключением всё того же Азербайджана (где уже было 500 кВ) и Северного Кавказа (где нет особо мощной генерации).
Сеть 750 кВ, однако, предприняла попытку вторгнуться в цитадель сети 500 кВ – Подмосковье, но авария на Чернобыльской АЭС поставила на этом крест. Остались только следы в виде трёх ВЛ 500 в габаритах 750 кВ и такое забавное место, как «Каширский тройник» - место примыкания одной из таких ВЛ к ВЛ 500 кВ Михайловская – Чагино.
Однако и 500 кВ вскоре стало мало. Надстраивать над ней 750 кВ, очевидно, бесперспективно, поэтому в Союзе были разработаны и начали внедряться ультравысокие напряжения: 1150 кВ переменного тока и 1500 (+750 кВ) – постоянного.
Если сеть 1150 кВ была интегрирована в ЕЭС посредством ПС 1150/500 кВ, то вот ППТ 1500 кВ Экибастуз – Центр (Тамбов) предназначалась для передачи электроэнергии от Экибастузских ГРЭС без каких-либо промежуточных отборов мощности.
Но Советский Союз развалился: ППТ 1500 кВ так и не достроили, и позднее разобрали, как-то использовав только переход через Волгу (для подвески ВЛ 500 кВ), сеть 1150 кВ в полном объёме тоже не достроили, а действующие ВЛ стали использовать в качестве ВЛ 500 кВ.
Таким образом, в ЕЭС/ИЭС сейчас используются следующие классы напряжения:
1) 35 кВ (кое-где уже вытеснено (например, в Москве) или вообще не применялось);
2) 60 кВ (подарок от Германии, одна ВЛ в районе Балтийска);
3) 110 кВ;
4) 150 кВ (Мурманская область и Таврида);
5) 220 кВ (единственное напряжение, протянувшееся от Атлантического океана до Тихого и от Северного Ледовитого до южных границ бывшего СССР);
6) 330 кВ (северо-запад, запад (включая Белоруссию и Прибалтику) и юг (Северный Кавказ и Азербайджан) Европейской части);
7) 400 кВ (бывший транзит в Финляндию и недострой в Армении);
8) 500 кВ (кроме районов 330 кВ) – основное магистральное напряжение;
9) 750 кВ (северо-запад и запад Европейской части);
10) 500(1150) кВ.
В следующей части будет описано состояние имеющихся на данный момент трансконтинентальных сетей.
