Редко используемый метод модернизации старых линий электропередачи может сыграть большую роль в устранении одного из крупнейших препятствий, стоящих на пути чистой энергетики, говорится в двух отчетах.
Одним из самых больших препятствий на пути развития экологически чистой энергетики в Соединенных Штатах является отсутствие линий электропередачи. Строительство новых линий электропередачи может занять десятилетие или более из-за задержек с выдачей разрешений и противодействия местных властей. Но, согласно двум отчетам, опубликованным во вторник, может быть более быстрое и дешевое решение.
Замена существующих линий электропередачи кабелями, изготовленными из самых современных материалов, может примерно удвоить пропускную способность электросетей во многих частях страны, освободив место для гораздо большего количества энергии ветра и солнца.
Этот метод, известный как “усовершенствованное восстановление электропроводки”, широко используется в других странах. Но многие коммунальные предприятия США не спешат внедрять его из-за незнания технологии, а также нормативных и бюрократических препятствий, выяснили исследователи.
“Мы были весьма удивлены тем, насколько значительного увеличения мощности можно добиться за счет восстановления электропроводки”, - сказал Амол Фадке, старший научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли, который внес свой вклад в один из отчетов, опубликованных во вторник. Работая с консалтинговой фирмой GridLab, исследователи из Беркли рассмотрели, что произойдет, если передовые технологии восстановления получат широкое распространение.
“Это не единственное, что нам нужно сделать для модернизации сети, но это может стать важной частью решения”, - сказал доктор Фадке.
Сегодня большинство линий электропередачи состоят из стальных жил, окруженных алюминиевыми жилками, и эта конструкция существует уже столетие. В 2000-х годах несколько компаний разработали кабели, в которых использовались жилы меньшего размера и легче, такие как углеродное волокно, и которые могли вмещать больше алюминия. Эти усовершенствованные кабели могут пропускать до двух раз больший ток, чем старые модели.
Замену старых линий можно произвести относительно быстро. В 2011 году AEP, коммунальной компании в Техасе, срочно потребовалось увеличить подачу электроэнергии в нижнюю часть долины Рио-Гранде, чтобы удовлетворить стремительный рост населения. Потребовалось бы слишком много времени на приобретение земли, получение разрешений и строительство вышек для новой линии электропередачи. Вместо этого AEP заменила 240 миль проводов на существующей линии на современные, что заняло менее трех лет и увеличило пропускную способность линий на 40 процентов.
Исследователи обнаружили, что во многих местах модернизация линий электропередачи с использованием современных проводников может почти удвоить пропускную способность существующих коридоров электропередачи при затратах менее половины стоимости строительства новых линий. Если коммунальные службы начнут внедрять современные электропроводки в общенациональном масштабе — заменяя тысячи миль проводов, — они могли бы увеличить пропускную способность в четыре раза к 2035 году по сравнению с нынешними темпами.
Это позволило бы использовать гораздо больше солнечной и ветровой энергии из тысяч проектов, которые были предложены, но не могут продвигаться вперед, потому что местные сети слишком забиты, чтобы их обслуживать.
Установка современных проводов - многообещающая идея, но остаются вопросы, в том числе о том, сколько дополнительной ветровой и солнечной энергии можно построить вблизи существующих линий, сказал Синджини Менон, вице-президент по управлению активами и безопасности от лесных пожаров в Южной Калифорнии Edison, одной из крупнейших коммунальных компаний страны. Энергетическим компаниям, вероятно, все равно потребуется построить множество новых линий, чтобы добраться до более отдаленных ветреных и солнечных районов, сказала она.
“Мы согласны с тем, что усовершенствованные проводники будут очень, очень полезны”, - сказала г-жа Менон, чья компания уже приступила к нескольким проектам по восстановлению электропроводки в Калифорнии. “Но как далеко мы можем зайти в этом? Суд присяжных все еще не определился.”
Эксперты в целом согласны с тем, что медленное наращивание электросетей является ахиллесовой пятой перехода к более чистой энергии. По оценкам Министерства энергетики, возможно, потребуется расширить национальную сеть линий электропередачи на две трети или более к 2035 году, чтобы достичь целей президента Байдена по обеспечению страны экологически чистой энергией.
Но строительство линий электропередачи превратилось в тяжелую работу, и разработчикам может потребоваться десятилетие или больше, чтобы проложить новую линию через несколько округов, получить разрешения от множества различных агентств и подать иски по поводу испорченных видов или ущерба экосистемам. В прошлом году Соединенные Штаты добавили всего 251 милю высоковольтных линий электропередачи, и это число сокращалось в течение десятилетия.
Ставки на климат высоки. В 2022 году Конгресс одобрил выделение сотен миллиардов долларов на солнечные панели, ветряные турбины, электромобили и другие экологически чистые технологии для борьбы с глобальным потеплением в рамках Закона о сокращении инфляции. Но если Соединенные Штаты не смогут увеличить пропускную способность быстрее, примерно половина сокращений выбросов, ожидаемых от этого закона, может не осуществиться, обнаружили исследователи из проекта REPEAT, возглавляемого Принстоном.
Сложность строительства новых линий побудила многих экспертов в области энергетики и представителей отрасли изучить способы выжать больше из существующей энергосистемы. Это включает в себя “технологии, улучшающие работу сети”, такие как датчики, которые позволяют коммунальным предприятиям передавать больше энергии по существующим линиям без их перегрузки, и усовершенствованные средства управления, позволяющие операторам снизить перегрузку сети. Исследования показали, что эти методы могут увеличить пропускную способность сети на 10-30 процентов при низких затратах.
Такие страны, как Бельгия и Нидерланды, широко внедряют передовые проводники, чтобы интегрировать больше энергии ветра и солнца, сказала Эмилия Чойкевич, один из авторов отчета Berkeley.
“Мы поговорили с тамошними специалистами по планированию систем передачи, и все они сказали, что это несложно”, - сказала г-жа Чойкевич. “Часто бывает трудно получить новые права проезда для линий, а реконструкция происходит намного быстрее”.
Если восстановление электропроводки настолько эффективно, почему этим не занимаются другие коммунальные предприятия в Соединенных Штатах? Этот вопрос был в центре внимания второго отчета, опубликованного во вторник некоммерческой организацией GridLab и Energy Innovation.
Одной из проблем является фрагментированный характер электроэнергетической системы Америки, которая фактически представляет собой три сети, управляемые 3200 различными коммунальными предприятиями, и сложное лоскутное одеяло региональных планировщиков и регулирующих органов. Это означает, что новые технологии, требующие тщательного изучения и переподготовки работников, иногда распространяются медленнее, чем в странах с небольшим количеством сетевых операторов.
“Многие коммунальные предприятия не склонны к риску”, - сказал Дейв Брайант, технический директор CTC Global, ведущего производителя современных проводников, у которого есть проекты более чем в 60 странах.
В отчете также отмечается несоответствие стимулов. Из-за способа компенсации коммунальным предприятиям у них часто больше финансовых стимулов для строительства новых линий, чем для модернизации существующего оборудования. И наоборот, некоторые регулирующие органы опасаются более высокой первоначальной стоимости передовых проводников, даже если они окупаются в долгосрочной перспективе. У многих коммунальных предприятий также мало мотивации сотрудничать друг с другом в долгосрочном планировании передачи.
“Самым большим препятствием является то, что отрасль и регулирующие органы все еще находятся в плену краткосрочного, реактивного мышления”, - сказал Кейси Бейкер, старший программный менеджер GridLab. “Но сейчас мы живем в эпоху, когда нам нужно, чтобы сеть росла очень быстро, а наши существующие процессы не соответствуют этой реальности”.
Возможно, в некоторых местах ситуация начинает меняться. В Монтане компания Northwestern Energy недавно заменила часть устаревшей линии электропередачи на усовершенствованные провода, чтобы снизить риск возникновения лесных пожаров — новая линия меньше прогибалась в жару, что снижает вероятность ее соприкосновения с деревьями. Довольные результатами, законодатели Монтаны приняли законопроект, который предоставит коммунальным предприятиям финансовые стимулы для установки современных проводников. Законопроект в Вирджинии потребует от коммунальных служб рассмотрения технологии.
В связи с тем, что спрос на электроэнергию начинает расти впервые за два десятилетия из-за новых центров обработки данных, заводов и электромобилей, создающих узкие места в электросети, многие коммунальные предприятия перестают опасаться новых технологий.
“Мы наблюдаем гораздо больший интерес к технологиям, улучшающим электросеть, будь то восстановление электропроводки или другие варианты”, - сказал Педро Писарро, президент и исполнительный директор Edison International, калифорнийской энергетической компании, и председатель Edison Electric Institute, торговой организации коммунальных услуг. “Чувствуется срочность”.