Как стать автором
Обновить
45.25
Рейтинг
VDSina.ru
Серверы в Москве и Амстердаме

Трансконтинентальные суперсети постоянного тока

Блог компании VDSina.ru IT-инфраструктура *Энергия и элементы питания Будущее здесь Инженерные системы
Перевод
Автор оригинала: Marc Champion

22 февраля 2017 года в Пекине рабочая группа по развитию глобального энергетического Интернета опубликовала результаты трёх исследовательских проектов: «Белую книгу о стратегии развития глобального энергетического Интернета», «Технологии и перспективы трансграничной и трансконтинентальной электронной межсистемной связи» и «Развитие и будущее глобального энергетического Интернета (2017)», в которых была предложена система стратегии глобального энергетического Интернета, идеи и пути развития, описаны перспективы строительства экологически чистой, низкоуглеродной, взаимосвязанной и совместно используемой глобальной энергетической общности. В статье отмечается, что обсуждение строительства глобального энергетического Интернета — инициатива, выдвинутая председателем КНР Си Цзиньпином на саммите ООН по глобальному развитию 26 сентября 2015 года, направленная на содействие удовлетворения глобального энергетического спроса чистыми и зелеными способами. Эта инициатива получила широкое одобрение и позитивные отклики со стороны международного сообщества. В марте 2016 года в Пекине была официально создана рабочая группа по развитию глобального энергетического Интернета, став первой международной организацией в сфере энергетики в Китае, первая партия членов включает 80 стран c пяти континентов. Энергетическая, информационная и транспортная сеть — интеграция этих трёх сетей рассматривается как неизбежная тенденция современного глобального развития. Информационная и транспортная сети уже реализуют глобальную связь, развитие энергетической сети заметно отстает.

С тех пор Китай пытается убедить мир построить высоковольтные магистрали, которые составят основу глобального энергетического интернета. Этот план обернуть планету сетью межконтинентальных линий электропередач практически ни к чему не привёл. Тем не менее, судьба так называемых суперсеток, меняется, пусть и не в том впечатляющем масштабе, который первоначально предполагался.



Highway to high voltage


Идея создания международных энергетических сетей для использования удалённых возобновляемых источников энергии не нова. В США в 1930-х годах было предложение построить электросеть от дамб на тихоокеанском северо-западе до потребителей в Южной Калифорнии, но проект был раскритикован и отвергнут. В 1961 году президент США Джон Кеннеди поручил реализовать масштабный проект с использованием новой шведской технологии HVDC (high-voltage direct current). Проект был реализован в тесном сотрудничестве General Electric со шведской ASEA и получил название Pacific DC Intertie.
Европа начала унифицировать свои энергосети в 1950-х годах, а в настоящее время крупнейшая унифицированная энергосеть UCTE обслуживает 24 страны.

Проводится серьёзная работа по унификации европейской сети UCTE с соседней Единой энергетической системой России и стран бывшего СССР. Если эта работа будет завершена, то эта масштабная энергосеть охватит 13 временных зон от Атлантического до Тихого океана.

Поскольку подобные энергосети охватывают огромные расстояния, а также из-за проблем с контролем, мощности для передачи больших объёмов электроэнергии остаются ограниченными. В концепциях SuperSmart Grid (Европа) и Unified Smart Grid (США) указываются основные технологические улучшения, необходимые для обеспечения стабильной работы и прибыльности таких трансконтинентальных мегасетей.


Китай обладает производственными и технологическими преимуществами в линиях электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения и стал лидером в предложении глобальных технических стандартов. Если планы когда-либо будут реализованы, это даст преимущества, которые могут иметь большие геополитические последствия, предоставляя Китаю власть и влияние, аналогичные тем, которые получили США, сформировав глобальную финансовую систему после Второй мировой войны.

Суперсети до этого не были построены потому, что они дорогие, политически сложны и непопулярны — им приходится пересекать множество «дворов». Например, японские политики до сих пор не осмеливаются даже намекать на возможность того, что они могут добровольно подключить национальную энергетическую систему к китайской. Текущий японский энергетический план удвоит потоки электроэнергии между всё ещё изолированными внутренними сетями страны — потенциальное начало — но мало говорит о подключении к другим странам.

Климатические цели


И всё же не Китай вызывает возобновление интереса к ЛЭП, которые могут обеспечивать потребителей в одной стране электричеством, вырабатываемым за сотни, даже тысячи километров, в другой. Это связано с тем, что обязательства по обеспечению углеродной нейтральности, технологический прогресс и улучшенные стимулы к снижению затрат ускоряют широкое расширение производства возобновляемой энергии.


Прогнозируемые инвестиции

Угольные, газовые и даже атомные электростанции можно построить рядом с потребителями, которых они обслуживают, но солнечные и ветряные электростанции, которые, необходимы для достижения климатических целей — нет. Их нужно размещать там, где сильнее всего ветра и солнце, в сотнях или тысячах километров от городских центров.

Протяженные ЛЭП могут соединять пиковую дневную солнечную энергию в одном часовом поясе с пиковым вечерним спросом в другом, уменьшая волатильность цен, вызванную несоответствием спроса и предложения, а также потребность в резервных мощностях на ископаемом топливе, когда солнце или ветер исчезают.

По мере того, как развитые страны постепенно отказываются от углерода для достижения климатических целей, им придётся потратить не менее 14 триллионов долларов на укрепление энергосетей к 2050 году. Это лишь немного меньше прогнозируемых расходов на новые возобновляемые генерирующие мощности, и становится всё более очевидным, что линии постоянного тока высокого и сверхвысокого напряжения будут играть важную роль. Вопрос в том, насколько они будут интернациональными?

В апреле Европейский Союз создал рабочую группу, чтобы расширить свою сеть, которая уже является самой развитой международной системой торговли электроэнергией в мире. В феврале Дания объявила о планах построить искусственный энергетический остров стоимостью 34 миллиарда долларов, с конечной целевой мощностью в 10 ГВатт. Проект добавит две трети к общей существующей генерирующей мощности Дании, что слишком много для обслуживания только её внутреннего рынка.


Суперсеть Европы

Даже в США, которые среди развитых стран отстают от интеграции энергосистемы — как показало смертельное многодневное отключение электроэнергии в Техасе в феврале — интерес растёт. Предлагаются сценарии для трансконтинентальных линий HVDC для объединения трёх, всё ещё отдельных сетей США. При правильной инфраструктуре Нью-Йорк мог бы использовать богатые солнцем и ветром ресурсы Юга и Среднего Запада. Еще более амбициозная идея заключается в получении доступа к электроэнергии даже из Канады или чилийской пустыни Атакама, которая имеет самый высокий в мире уровень солнечной энергии на квадратный метр.

На развитие американской энергетической инфраструктуры выделены 100 миллиардов долларов для создания нового Управления по развертыванию сетей, «чтобы стимулировать дополнительные высокоприоритетные высоковольтные линии электропередачи» вдоль федеральных автомагистралей.

Обернуть планету проводами


На протяжении десятилетий Европа строила линии HVDC, чтобы обеспечить контролируемую подачу электроэнергии из сети переменного тока одной страны в другую: в 2018 году европейские страны продавали через границы 9% своей электроэнергии по сравнению с 2% в Северной и Южной Америке и 0,6% в Азии. Торговля имеет тенденцию к снижению цен за счёт усиления конкуренции. Это также повышает устойчивость, гарантируя, что в случае катастрофического выхода из строя энергосистемы одной страны она может просто использовать энергию других.

Но именно потребность в передаче электричества на большие расстояния сейчас вызывает большой интерес к суперсетям, поскольку стремление заменить ископаемое топливо возобновляемой энергией набирает обороты. Это особенно верно для морских ветряных электростанций, которые рассматриваются как ключевая область роста для возобновляемых источников энергии. Хотя преобразование переменного тока в постоянный и обратно на каждом конце кабеля является дорогостоящим, более низкие коэффициенты потерь означают, что линии электропередач постоянного тока высокого напряжения становятся экономичными на расстояниях более 500 миль (800 км) над землей и 31 мили (50 км) под землей (водой).


Hornsea 1

Hornsea 1, крупнейшая в мире оффшорная ветряная электростанция, находится в 120 километрах (75 милях) от побережья Великобритании. Dogger Bank, еще более крупный британский проект после завершения, будет на 5 миль дальше. А с развитием турбин на плавучих платформах есть несколько ограничений на то, насколько далеко ветряные электростанции могут быть выведены в море. В июне 2021 года Hitachi ABB Power Grids Ltd., крупный поставщик технологий HVDC, запустила новую линейку трансформаторов, разработанных специально для плавающих турбин.

В Hitachi ABB Power Grids, компании созданной в 2020 году, когда японская Hitachi купила 80% шведско-швейцарского электросетевого бизнеса ABB за 6,85 миллиарда долларов, не сомневаются, что спрос на преобразователи переменного тока в постоянный, производимые компанией, будет расти. «Нам нужно активно идти навстречу ветру, и в лучшие солнечные места — в пустыню в Чили или на север России в арктические ветровые зоны, где сильный ветер дует круглый год». В Великобритании ABB Hitachi прокладывает кабель из Йоркшира к одной из ветряных электростанций Доггер-Бэнк.

Пустыня Гоби в Монголии находится в центре суперсетевого проекта Северо-Восточной Азии, продвигаемого как Китаем, так и японским Институтом возобновляемой энергии. Теоретически Гоби может поставлять 2,6 ТВатт ветровой и солнечной энергии, что вдвое превышает установленную мощность генерирующих мощностей США. Потенциал Гоби остается в значительной степени нереализованным, отчасти потому, что в настоящее время слишком мало средств вложены для доставки производимой там электроэнергии за пределы крошечного рынка Монголии.

Чтобы суперсеть начала развиваться, Монголия должна показать, что может создавать возобновляемые источники энергии, может привлекать инвестиции и имеет соответствующую нормативно-правовую среду. Монголия ещё не прошла эти испытания. В 2020 году начались разработки новых мощностей по выработке электроэнергии для экспорта в Китай — но путем строительства новой угольной электростанции.


Солнечные станции в Гоби

В декабре Китай завершил строительство линии сверхвысокого напряжения постоянного тока протяженностью 970 миль и напряжением 800 киловольт за 3,45 миллиарда долларов, которая будет передавать солнечную и ветровую энергию с высокогорных равнин Тибета в центральную часть Китая. Это последовало за строительством ЛЭП на 1,1 Мегавольт, которые могут передавать до 12 ГВатт электроэнергии — больше, чем вся установленная генерирующая мощность Ирландии — от пустынь и гор провинции Синьцзян до порога Шанхая (2000 миль). (Высоковольтные кабели классифицируются от 500 кВ и выше, а сверхвысоковольтные — от 800 кВ и выше.)

Глобальные усилия по созданию суперсетей были возглавлены Глобальной организацией по развитию и сотрудничеству в области энергоснабжения (Geidco, Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization), поддерживаемой ООН организацией, базируемая в Пекине. Поэтапный план начинается с укрепления национальных сетей и переходу к созданию региональных сетей, прежде чем, наконец, примерно в 2070 году, завершится строительство полной 18-канальной сети, охватывающей всю Землю.

Государственная электросетевая корпорация Китая SGCC (State Grid Corp. of China), крупнейшая в мире энергокомпания, активно покупает зарубежные сети, что позволяет ей частично укрепить свои позиции на первом этапе. С 2008 года она приобрела до 85% акций компаний по распределению электроэнергии на Филиппинах, в Португалии, Австралии, Гонконге, Бразилии, Греции, Италии и в прошлом году в Омане. Другие китайские компании также покупают акции зарубежных сетей.

Если США ещё не озвучивали тех опасений по поводу безопасности, которые вызывают глобальные сетевые усилия, это связано с тем, что из 125000 км высоковольтных сетей Geidco, нанесённых на карту в отчете за 2019 год, построено очень мало. Исключением является первый этап соединения Пакистан-Китай, который должен быть запущен в конце 2021 года.

Суперсеть Северо-Восточной Азии пока остается настольным проектом. Инициатива Азиатского банка развития, охватывающая семь стран субрегиона Большого Меконга по торговле электроэнергией и межсетевым соединениям, с момента своего запуска в 1992 году продвигается медленно.

Выгода для России и СНГ


По подсчётам учёных, построение в Евразии системы, на 100% использующей «чистую» энергию, будет стоить примерно в два раза дешевле, чем постройка нужного количества атомных электростанций аналогичной суммарной мощности.

По утверждению специалистов, наиболее эффективной система будет при объединении как можно большего числа регионов Евразии в единую энергетическую систему. Чем больше энергосетей будут объединены в одну суперсеть, тем меньше будет потребность в буферных устройствах, предназначенных для накопления и хранения избыточной энергии.


По данным исследователей, мощность объединённых энергетических систем России и Центральной Азии составляет 388 ГВт, из которых на долю ветряной и солнечной энергии приходится всего 1,5 ГВт (менее 0,4%). По данным от 2008 года, суммарная мощность, на которую способны энергетические системы стран СНГ, находилась в районе 300 ГВт.

По расчётам учёных, кроме уменьшения общей стоимости системы по сравнению с использованием АЭС, примерно на 20% должна будет снизиться и конечная стоимость электроэнергии.

В настоящее время основу российской электроэнергетики составляют 600 электростанций суммарной мощностью 210 ГВт, работающих в составе ЕЭС России. Около 61% мощности обеспечивают тепловые электростанции, 21% — гидроэлектростанции, 17% — атомные. Менее 1% приходится на экспериментальные солнечные и ветряные электростанции.

Fiat Lux


Основным недостатком высоковольтной ЛЭП постоянного тока является необходимость преобразования типа тока из переменного в постоянный и обратно. Используемые для этого устройства требуют дорогостоящих запасных частей, так как, фактически, являются уникальными для каждой линии. В отличие от ЛЭП переменного тока, реализация мультитерминальных ЛЭП постоянного тока крайне сложна, так как требует расширения существующих схем до мультитерминальных. Управление перетоком мощности в мультитерминальной системе постоянного тока требует наличия хорошей связи между всеми потребителями.


Трансформатор сверхвысокого напряжения постоянного тока

Основным преимуществом высоковольтных ЛЭП постоянного тока является возможность передавать большие объёмы электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями, чем у ЛЭП переменного тока. В зависимости от напряжения линии и способа преобразования тока потери могут быть снижены до 3 % на 1000 км. Передача энергии по высоковольтной ЛЭП постоянного тока позволяет эффективно использовать источники электроэнергии, удалённые от энергоузлов нагрузки.

Линии электропередачи переменного тока могут связывать только синхронизированные электрические сети переменного тока, которые работают на той же самой частоте и в фазе. Много зон, которые желают поделиться энергией, имеют несинхронизированные электрические сети. Энергосистемы Великобритании, северной Европы и континентальной Европы не объединены в единую синхронизированную электрическую сеть. У Японии есть электрические сети на 60 Гц и на 50 Гц. Континентальная Северная Америка, работая на частоте 60 Гц, разделена на области, которые несинхронизированы: Восток, Запад, Техас, Квебек и Аляска. Бразилия и Парагвай, которые совместно используют огромную гидроэлектростанцию Итайпу, работают на 60 Гц и 50 Гц соответственно. Устройства HVDC позволяют связать несинхронизированные электрические сети переменного тока, а также добавить возможность управления напряжением переменного тока и потоком реактивной мощности.



На правах рекламы


Закажите сервер и сразу начинайте работать! Создание сервера в течение минуты!

Подписывайтесь на наш чат в Telegram.

Теги: энергосетиэлектроэнергия
Хабы: Блог компании VDSina.ru IT-инфраструктура Энергия и элементы питания Будущее здесь Инженерные системы
Всего голосов 43: ↑41 и ↓2 +39
Комментарии 73
Комментарии Комментарии 73

Лучшие публикации за сутки