Сверхвысоковольтные линии передачи электроэнергии могут оказаться идеальными для доставки электроэнергии из удаленных районов

Китай намерен использовать энергию таяния снегов на Тибетском плато для питания неоновых светильников, находящихся на удалении более тысячи миль в Шанхае. Для реализации этой задачи планируется использовать сверхвысоковольтные линии передачи электроэнергии. Китайские специалисты уверены в том, что сверхвысоковольтные линии передачи электроэнергии могут решить их серьезные проблемы со снабжением электроэнергией. Большинство национальных энергетических ресурсов, таких как уголь и гидроэнергия, расположены далеко от развивающихся городов, которые более всего нуждаются в электроэнергии. А перевозки угля через всю страну или строительство дополнительных электростанций поблизости городов приведут к еще большему загрязнению окружающей среды в Китае. Весь мир внимательно следит за ходом событий в Китае. Густонаселенные Индия и Бразилия видят в сверхвысоковольтных линиях передачи электроэнергии выход для обеспечения поставок электроэнергии в будущем. Тем временем в США и Европе энергетические компании нуждаются в постройке сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии для доставки электроэнергии из удаленных районов, располагающих большими резервами солнечной и ветровой энергии.

-Я полагаю, что чем больше страны используют возобновляемые источники энергии, тем больше они обращаются к технологии сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии, - говорит Даниэль Ассандри, первый  вице-президент и начальник отдела энергетических систем компании АВВ Ltd. в Китае и северной Азии, которая занята работой по проекту создания сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии в Китае.

Предлагаемая для Китая сеть передачи электроэнергии будет иметь длину порядка 56 000 миль и позволит передавать по каждой линии передачи мощность до 6,4 гигаватт, что равно примерно двум третям всех генерирующих мощностей Сингапура. Компания  State Grid Corp., одна из двух находящихся в собственности государства распределительных компаний, заявила о намерении добиться правового одобрения расходов в размере 14,6 миллиардов долларов США, которые будут израсходованы в течение последующих трех лет для ввода в действие сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии.

Это амбициозный проект, но Китай остро нуждается в модернизации систем электроснабжения. В соответствии с докладом международного агентства по энергетике за 2007 год, Китаю необходимо до 2030 года инвестировать 1,51 триллиона долларов США в развитие своих сетей электроснабжения, с тем, чтобы удовлетворить острую потребность в электроэнергии. А все потенциальные источники энергии находятся далеко от восточных городов, где имеется большой спрос на электроэнергию.

Две трети месторождений угля в Китае сконцентрированы в небольшой группе внутренних провинций, удаленной больше, чем на 620 миль от производственных центров, расположенных в дельте Жемчужной реки. Государственные специалисты по планированию намерены строить электростанции поближе к месторождениям угля и затем транспортировать электроэнергию через сеть линий передачи электроэнергии.

Китай также намерен лучше распорядиться возобновляемыми источниками энергии, особенно гидроэнергетикой, но две трети всех плотин находятся в таких удаленных юго-западных провинциях, как Юнань и Сычуань. В настоящее время гидроэнергетика составляет порядка двух пятых всей энергии, производимой в Китае, но большая ее часть потребляется на месте, а не поставляется в города, т.к. существующие сети передачи электроэнергии не отвечают предъявляемым к ним требованиям.

Задача транспортировки электроэнергии на большие расстояния при использовании более высокого напряжения была поставлена уже несколько десятилетий тому назад. Государства и энергетические компании начали серьезно рассматривать эту проблему сразу же после Второй мировой войны как метод для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию, особенно в городах.

Обычные линии передачи электроэнергии, в которых используется переменный ток, могут передавать электроэнергию напряжением до 500 киловольт от электростанций к подстанциям для ее распределения.  Но они имеют ограничения по дальности передачи электроэнергии, обычно до 530 миль. К тому же потери в таких линиях имеют существенную величину порядка 7% от передаваемой мощности, что вынуждает производить на электростанциях больше электроэнергии, чем ее используют.

В поисках альтернативы инженеры рассматривали различные пути решения проблемы. Одним из решений было использование линий передачи постоянного тока, которые могут передавать электроэнергию на большие расстояния, чем линии переменного тока, и потери в них меньше. Но многие энергетические компании считают, что линии постоянного тока слишком дороги, поскольку они нуждаются в преобразовательных станциях для преобразования постоянного тока в переменный ток, чтобы распределить энергию между энергетическими компаниями и потребителями.

Другое направление исследований – это линии передачи переменного тока сверхвысокого напряжения. Такие линии впервые появились в Канаде в 1965 году, что подстегнуло интерес к этой технологии от Токио до Сан-Пауло. В семидесятые годы в США были построены несколько экспериментальных линий, но наибольший прогресс был достигнут в Советском Союзе. Тем не менее, интерес к этим исследованиям ослаб в девяностых годах, после того, как распался Советский Союз, и потребности в электроэнергии в Японии перестали увеличиваться.

В настоящее время улучшенные технологии сделали более реальным использование сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии. Например, изоляторы для систем сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии обычно изготавливали из керамики. Теперь для этой цели можно использовать такие материалы как кремнийорганический каучук.

Китай в настоящее время располагает только одной действующей сверхвысоковольтной линией передачи электроэнергии переменного тока, напряжением 1000 киловольт, это экспериментальный проект, который представляет собой самую высоковольтную систему передачи электроэнергии в мире, работающую в промышленном масштабе, чего нет нигде в мире. Эта линия соединяет две большие энергетические сети: одна из них находится в провинции Шанси, в северном Китае, который сильно зависит от снабжения от угольных тепловых электростанций, а вторая сеть располагается в центральной провинции Хубей, где в изобилии имеются гидроэнергетические ресурсы, включая самую большую в мире плотину «Три ущелья». Эта линия позволяет передавать электроэнергию между сетями, когда возникает нехватка энергии.

Планируется создать еще сверхвысоковольтные линии передачи электроэнергии, но в Пекине полагают, что технология еще не пригодна для рентабельного промышленного применения. Поставщики не достигли масштабной экономии по основному оборудованию, а сами лини не передают достаточное количество энергии, чтобы можно было показать реальную экономию по сравнению с обычными системами передачи электроэнергии.

Как результат, компании State Grid   и  China Southern Power Grid Co., другой распределитель электроэнергии, принадлежащий государству, более агрессивно проталкивают проект постройки сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии   постоянного тока. Невзирая на необходимость в преобразовательных станциях, подход с использованием постоянного тока в настоящее время более дешев; в соответствии с данными компании АВВ, такие линии примерно на 25 % дешевле сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии переменного тока при дальности передачи электроэнергии от 1240 миль и более.

Компания State Grid   признала компании АВВ, Siemens Ltd.  и местные компании победителями тендеров на постройку линии передачи постоянного тока напряжением 800 киловольт от гидроэлектростанции в юго-западной провинции Китая Сычуань к Шанхаю. Лу Чиян, начальник отдела развития и стратегического планирования компании State Grid, заявил, что их компания планирует иметь порядка 56 000 миль сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии  к 2020 году, этот рост будет достигнут от имеющихся в настоящее время линий длиной в 400 миль.

Китай не одинок в продвижении технологии сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии; Индия также рассматривает сверхвысоковольтные линии электроэнергии постоянного тока для передачи электроэнергии от гидроэлектростанции на реке Брахмапутра, расположенной на большом удалении, на северо-востоке страны. Технология применения сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии привлекательна для Индии не только потому, что она обеспечивает меньшие потери энергии, но и потому, что для нее требуется меньше площадей по сравнению с обычными линиями передачи электроэнергии при обычной напряжении. Это весьма существенно, т.к. сверхвысоковольтная линия передачи электроэнергии от реки Брахмапутра должна будет пройти через Индию по коридору Силигури шириной в  25 миль, который часто называют «Куриное горлышко».

До недавнего времени в Европе и США интерес был сосредоточен, главным образом, на передаче электроэнергии с использованием высокого напряжения – систем в диапазоне от 500 до 750 киловольт – вместо сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии. Это объясняется тем, что энергетические сети в этих местах хорошо развиты, а расстояния для передачи энергии существенно меньше.

Тем не менее, эксперты полагают, что имеется существенный потенциал для сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии в России, поскольку они позволят  заменить изношенные имеющиеся сети и начать разрабатывать месторождения угля  в дальневосточных регионах. Сверхвысоковольтные линии передачи электроэнергии могут также доставить электроэнергию в Южной Африке и в Бразилии от удаленных гидроэлектростанций.

Для стран, рассматривающих технологию сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии, значительная программа Китая может быть благом, поскольку поставщики электроэнергии смогут получить существенную экономию и снизить стоимость основного оборудования. На подходе и другие технические новшества. В настоящее время линии передачи постоянного тока напряжением 800 киловольт  и линии передачи переменного тока напряжением 1000 киловольт считаются верхним пределом технологии сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии, но поставщики электроэнергии говорят, что идут технические переговоры с потребителями по поводу использования еще более высокого напряжения, такого как 1000 киловольт постоянного тока.

Существует ряд трудностей, сопряженных с переходом к более высоким напряжениям, это и необходимость разработки специальных трансформаторов, и необходимость анализа реакции сети в случае отключения крупной электростанции, но поставщики электроэнергии сохраняют оптимизм. – Я лично считаю, что первая схема с использованием постоянного тока напряжением 1000 киловольт будет запущена в эксплуатацию в следующем десятилетии, - говорит представитель компании АВВ г-н Ассандри.

Классическая техника сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии была впервые внедрена в Швеции (линия Готланд) в 1954 году компанией ASEA (основатель компании ABB). В настоящее время по всему миру реализуется порядка 100 проектов. Обычно сверхвысоковольтные  линии передачи электроэнергии используют для мощностей более 100 мегаватт, а многие – и для мощностей  в диапазоне от 1000 до 3000 мегаватт. Существуют классические воздушные сверхвысоковольтные  линии передачи электроэнергии, есть также линии, использующие подводные (и подземные) кабели (или сочетание кабелей и воздушных линий передачи энергии).

Технология сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии Light ® может быть названа как  «невидимая передача электроэнергии», поскольку она основана на использовании подземных кабелей, хотя использование воздушных линий также возможно. Это принципиально новая технология передачи электроэнергии, разработанная компанией АВВ в девяностых годах. Технология сверхвысоковольтных линий передачи электроэнергии Light ® использует подземные или подводные кабели. Эта технология расширила экономически выгодный диапазон на нижнем краю до  всего лишь нескольких десятков мегаватт. Верхняя же граница может достигать 1200 мегаватт и напряжений в 320 киловольт.

В обеих технологиях – как классической, так и Light ®  имеется возможность передавать электроэнергию в обоих направлениях.