Энергосовет - энергосбережение и энергоэффективность

НП "Энергоэффективный город" представляет портал "Энергосовет" - всё об энергосбережении в интернете

Эта статья опубликована в журнале Энергосовет № 1 (26) за 2013 г

Скачать номер в формате pdf (5008 kБ)

В преддверии возрождения постоянного тока. DC Rematch Upcoming



Рубрика: Электроснабжение
Автор: О.Т. Зотин

О.Т. Зотин, начальник отдела перспективных разработок, ОАО «НИИ точной механики», г. Санкт-Петербург

 

Ветеранам электроэнергетики,
молодым электроэнергетикам и электронщикам,
зрителям блокбастера «Война токов» Тимура Бекмамбетова,
а также поклонникам Никола Тесла
посвящается.

На основе сравнения электрических сетей на постоянном и переменном токе автор  рассматривает концепцию возможного глобального перехода на использование постоянного тока.

 

Экскурс в начало «войны токов»

 

Всякая  война,  каков  бы  ни   был  ее  исход,
непременно таит в себе зародыш следующей войны,
потому что всякое насилие нарушает чье-нибудь право. 
Берта фон Зуттнер. Долой оружие.

 

Облик второй промышленной революции в конце XIX века во многом определился стремительным развитием электрификации с внедрением индивидуального электропривода и электрического освещения. Именно эти достижения поспособствовали развитию массового (конвейерного) производства. Так, только на заводах Генри Форда, работающих в три смены, было задействовано десятки тысяч электродвигателей и электрических ламп.

В  западном  полушарии  принято  считать, что  основная  конкуренция шла  между  двумя типами систем генерации,  электроснабжения  и  электропотребления:

  • системы на постоянном токе (англ. Direct Current - DC),
  • системы на переменном токе (англ. Alternating Current - AC).

Общепринято связывать эти два направления с именами известных американских изобретателей и предпринимателей. DC - с именем Томаса Эдисона, AC - с именами Джорджа Вестингауза и Никола Тесла.

Первые же крупные проекты электрификации показали экономическую целесообразность производства электроэнергии на больших тепловых и гидроэлектростанциях, которые, как правило, не могут располагаться вблизи потребителя. Несколько позднее появилась концепция электрической сети с несколькими электростанциями, которая дала следующие дополнительные преимущества:

  • повышенная надежность электроснабжения;
  • увеличенная живучесть при авариях;
  • непрерывность энергоснабжения в периоды ремонта оборудования на отдельных станциях и элементов сетей;
  • уменьшение резервных запасов топлива на тепловых электростанциях;
  • более эффективное использование энергоресурсов, в том числе за счет выравнивания графиков нагрузки.

Рене Тюри

Таким образом, ключевым вопросом стала возможность создания протяженной сети с эффективной передачей электроэнергии на большие расстояния. А так как потери в проводах (в первом приближении) обратно пропорциональны квадрату напряжения, то исключительно важным стало наличие экономичного способа повышения напряжения для передачи,  поскольку получение высокого напряжения непосредственно на электрогенераторе нецелесообразно  из-за чрезмерно высоких требований к изоляции. Соответственно на конце линии передачи требовалось понизить напряжение для безопасного энергопотребления. В рамках технологии постоянного тока того времени эта проблема была решена французским инженером Рене Тюри путем последовательного включении нескольких генераторов на стороне передачи и нескольких электромашинных преобразователей (умформеров) на стороне приема. Несколько систем Тюри были созданы в Англии, Италии Венгрии, Швейцарии, Франции и России начиная с конца 1880-х годов. Освоенный в это же время в рамках технологии переменного тока способ трансформаторного преобразования переменного напряжения был существенно проще и дешевле.  Тем не менее, несколько систем Тюри оставались в эксплуатации вплоть до 1930-х годов.  

Внутри технологии переменного тока простая однофазная система по ряду причин оказалась М.О. Доливо- Добровольскийнесостоятельной, в т.ч. из-за малой эффективности однофазных электродвигателей. Основная конкурентная борьба развернулась между двухфазной системой, предлагаемой Никола Тесла и трехфазной системой Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, который работал в германской компании AEG.

Важнейшим аргументом в пользу трехфазной системы явились изобретенные М.О. Доливо-Добровольским связанные трехпроводные линии электропередачи (более экономичные в сравнении с двухфазными четырехпроводными), а также трехфазные генераторы и «плоские» трехфазные трансформаторы.

Таким образом, по двум компонентам (электрогенерация и передача) трехфазная система превзошла как двухфазную систему, так и систему постоянного тока.  Важным было решить вопрос рационального потребления электроэнергии, который (ввиду инвариантности ламп накаливания к типу тока) сосредоточился на втором основном типе полезной нагрузки - электродвигателе. Именно поэтому  невозможно переоценить изобретение в конце 1880-х годов М.О. Доливо-Добровольским двух типов асинхронных трехфазных электродвигателей - с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», более эффективных в сравнении с двухфазными двигателями Н.Тесла и не имеющих коллектора, в отличие от двигателей постоянного тока.

Этот период развития электротехники получил броское название  «война токов»  (War of Currents).

 

Решающие сражения «войны токов»

 

Поворотным пунктом в «войне токов» в Европе стала международная электротехническая выставка 1891 г. во Франкфурте-на-Майне, на которой М.О. Доливо-Добровольский совместно с Чарльзом Брауном (фирма «Oerlikon»), впервые в мире продемонстрировали эффективную трехфазную энергосистему с линейным напряжением 15 кВ (40Гц). Система обеспечивала передачу мощности 220 кВт от гидроэлектростанции на р. Неккар в Лауфене на расстояние 170 км с рекордным для того времени коэффициентом полезного действия, превышающим 75%.

Чарльз Браун

Эта система питала искусственный водопад (с крупнейшим, на тот момент, в мире электродвигателем в 74 кВт) и 1000 электрических ламп. Созданная в невиданно короткий срок - всего за год, она послужила прообразом для электрификации в ХХ веке. В дальнейшем стандартной частотой для систем электроснабжения в Европе была принята частота 50 Гц.

Чарльз Штейнмец

В Северной Америке аналогичное  событие произошло двумя годами позже на Чикагской международной выставке, при этом контракт на ее энергоснабжение был выигран фирмой Д. Вестингауза. После образования компании General Electric большой вклад в развитие трехфазных сетей электроснабжения сделал американский ученый германского происхождения Чарлз Протеус Штейнмец. Стандартной же частотой для Северной Америки была выбрана частота 60Гц.

Важнейшим событием в России стала электрификация  трехфазным током в 1893г крупнейшего в Европе Новороссийского элеватора, проведенная под руководством выдающегося инженера А.Н. Щенсновича.  Для элеватора в  мастерских Владикавказской железной дороги по  чертежам швейцарской фирмы Brown, Boveri & Cie было изготовлено  четыре трехфазных генератора по 0,3 МВт и 83 асинхронных электродвигателя мощностью от 3,5 до 15 кВт. Была построена самая крупная по тем временам тепловая электростанция общей мощностью 1,2 МВт c паровыми котлами системы великого русского инженера В.Г. Шухова. Часть мощности использовалась для освещения территории элеватора. Через элеватор до 1913г обеспечивалось около 3/4 экспорта российского зерна.

А.Н. Щенснович Тем не менее, сети постоянного тока не были полностью вытеснены. В ряде сфер применения оборудование постоянного тока имело существенные преимущества, особенно в тех случаях, когда не требовалась большая длина линий электропередачи. К примеру, сети постоянного тока и в наше время находятся вне конкуренции при обеспечении бесперебойной работы оборудования от аккумуляторов. Постоянный ток повсеместно применяется на транспорте - от мотоциклов и автомобилей до самолетов и космических аппаратов, в электроэнергетике - т.н. напряжение «собственных нужд» на подстанциях, в телекоммуникации - на телефонных станциях, в аварийном освещении различных объектов, в военной технике и т.п. При необходимости регулирования скорости электроприводов в широком диапазоне более предпочтительными также являются сети постоянного тока (включая, например, все виды городского электротранспорта). А такие DC технологические процессы, как выплавка стали в дуговых электропечах и электролиз алюминия, вообще являются наиболее энергоёмкими в промышленности, ввиду чего эти производства традиционно размещаются вблизи электростанций.

В.Г. Шухов

Свою последнюю работу «О пределах возможности передачи энергии на расстояние переменным током» М.О. Доливо-Добровольский написал в Швейцарии во время Первой Мировой войны. В ней он убедительно показал, что влияние реактивностей линии электропередачи ограничит применимость переменных токов для передачи электроэнергии на дальние расстояния. Именно в этой работе он гениально предсказал появление экономичных технологий «трансформации» постоянного напряжения в качестве основы как для трансконтинентальной  передачи электроэнергии, так и для кабельных линий электроснабжения. 

 

Первые проекты по возрождению  постоянного тока

 

Война состоит из сочетания многих отдельных боев.
Карл фон Клаузевиц. О войне.

Линия HVDC Донбасс-Волгоград

Прошло более 100 лет со времени окончания основных сражений «войны токов» и вот совсем недавно (всего лишь 7 лет назад) прошла официальная церемония ее завершения при ликвидации компанией Consolidated Edison последней линии электроснабжения постоянного тока в Нью-Йорке с отключением 1600 потребителей. И все же, несмотря на объявленную победу переменного тока, мы наблюдаем развитие технологий и продвижение проектов на постоянном токе в ряде областей. Кратко рассмотрим некоторые из них.

 

Высоковольтные (HVDC) и сверхвысоковольтные (UHVDC) линии электропередачи постоянного тока

До середины ХХ века не удавалось создать коммерчески успешную HVDC линию электропередачи. Однако, на нескольких экспериментальных и промышленных линиях электропередачи постоянного тока (см. табл. 1 и рис.1) был получен бесценный опыт, и они послужили прототипами для будущих проектов. А вот проект самой дальней в мире линии UHVDC Экибастуз - Центр, с потенциальной пропускной способностью в 6000 МВт, начатый еще в 1960-х годах, к сожалению, так и не был завершен в  полном объеме.

Первоначально преобразователи на HVDC подстанциях строились, как правило, на базе ртутных вентилей. Качественный скачок произошел после разработки высоковольтных тиристоров и, несколько позже - IGBT транзисторов, позволивших создавать более эффективные статические преобразователи для HVDC и UHVDC.

 

Таблица 1. Первые ЛЭП постоянного тока в Европе

табл.1

 

Сравнительные стоимости проектов UHVDC и UHVAC

Тем не менее, стоимость преобразовательных подстанций на постоянном токе  существенно превосходит стоимость подстанций на переменном токе. В тоже время, собственно линия постоянного тока стоит дешевле, чем линия переменного тока, из-за меньшего количества проводов, изоляторов, линейной арматуры, более легких опор и отсутствия компенсаторов реактивной мощности (КРМ). Общая стоимость современных воздушных линий UHVDC (вместе с преобразовательными подстанциями) при дальностях передачи 500...1200 км близка к стоимости линий переменного напряжения UHVAC, что проиллюстрировано на рис. 2. На дальности около 2000 км стоимость линии напряжением ±600 кВ при передаваемой мощности 4000 МВт уже существенно ниже стоимости линии UHVAC (в »1,4 раза, или более чем на 600 млн долл. США). Длина DC и AC ЛЭП одинаковой стоимости для линии 4000 МВт UHV составляет около 900 км, а линии 1000 МВт HV - около 600 км (по материалам ассоциации FOSG). Кроме этого, воздушные линии HVDC и UHVDC требуют меньшую величину землеотвода.

Очевидно, что линии UHVDC наиболее актуальны для стран, имеющих большие (>1000 км) расстояния между местами потребления и производства электроэнергии (между промышленными центрами и угольными бассейнами, большими реками), а именно для Бразилии, России, Индии и Китая (т.е. для стран БРИК), а также для Южной Африки.

Так в Китае, в рамках программы строительства линий UHVDC ±800 кВ, введена в эксплуатацию ЛЭП мощностью 7200 МВт и длиной около 2000 км от тибетской ГЭС Ксяньгиаба до Шанхая. Возможно, что одна из таких линий будет иметь начало в районе Иркутска.

На рис. 3 представлено фото единственного в Западном полушарии пересечения двух воздушных HVDC линий электропередачи, располагающихся в Миннесоте и Северной Дакоте (США). Характеристики линий приведены в табл. 2. Опоры линии Square Butte находятся на фото слева, линии CU - справа. Линия CU известна тем, что вызвала в свое время мощную волну протестов фермеров западной Миннесоты, по чьим землям она прокладывалась.

 

Таблица 2. Характеристики линий HVDC в Северной Дакоте

табл.2

Что же касается кабельных линий, то в них преимущество постоянного тока проявляется уже на дальностях порядка нескольких десятков километров ввиду уменьшенных потерь электроэнергии и меньших требований к изоляции. При одинаковой стоимости кабелей на  постоянном токе можно передавать почти в три раза большую мощность. Именно поэтому  так распространены кабельные линии постоянного тока для преодоления больших водных преград. По всему миру построены многие десятки кабельных линий постоянного тока, в том числе по новым  технологиям HVDC Light (ABB) и HVDC Plus (Siemens) с напряжением до ±320 кВ и диапазоном мощностей 30...330 МВт. Только энергосистема Нидерландов получает до 30% электроэнергии по подводным кабелям от ветроэлектростанций в Северном море.

В 2008 г. введена в эксплуатацию самая длинная в мире подводная кабельная система NorNed, соединяющая Норвегию и Нидерланды. Длина кабеля 580 км, мощность - 700 МВт, напряжение ±450 кВ. Планируется реализация аналогичных и даже более масштабных проектов, в том числе EuroAsia Interconnector (Греция - Кипр - Израиль), Atlantic Wind Connection (США), Shetland (Великобритания), NordBalt (Литва - Швеция) и ряда других.

Необходимо отметить, что технология HVDC применяется также с целью  передачи электроэнергии между независимыми (несинхронными) сетями переменного напряжения. Для этого на специальных подстанциях осуществляется преобразование из одного переменного напряжения HVAC в другое через промежуточное постоянное напряжение.

Крупнейшая в мире Выборгская преобразовательная подстанция 400 кВ была введена в эксплуатацию в 1981 г. для передачи электроэнергии в Финляндию. В ее состав входят четыре блока комплектных выпрямительно-преобразовательных устройств суммарной мощностью 1400 МВт. При модернизации подстанции в 2011 г. реализована возможность двусторонней передачи электроэнергии.

В настоящее время группа компаний «КЭР» разрабатывает проект линии HVDC ±300 кВ мощностью 1000 МВт для филиала ОАО «ФСК ЕЭС» - МЭС Северо-Запада. Линия пройдет от 2-й очереди Ленинградской атомной электростанции (ЛАЭС-2) до Выборгской подстанции и будет включать в себя 41 км кабельного участка по дну  Финского залива. Выпрямительная подстанция будет располагаться вблизи ЛАЭС-2, а инверторная - войдет в состав реконструируемого преобразовательного комплекса Выборгской подстанции. Появляется возможность повышения надежности энергоснабжения Санкт-Петербурга за счет замыкания кольца энергосети. Воздушная ЛЭП такой же мощности по «традиционному» маршруту вокруг города длиннее на ~150 км и имеет зону отчуждения по оценке автора на ~400 га больше.

В рамках Организации Черноморского экономического сотрудничества рассматривался также вопрос сооружения линии электропередачи постоянного тока 2000 МВт Россия - Турция с прокладкой кабеля по дну Черного моря.

 Для человечества в целом, а в большей степени для северных стран  весьма важным может оказаться защита электросетей от  электромагнитного воздействия солнечных бурь. Известно, что аномальный коронарный выброс на Солнце в 1859г., самый мощный из зафиксированных в «электрическую» эпоху, вызвал массовые отказы единственного на то время электрического оборудования - телеграфного. Исследования показали, что вспышки такой мощности повторяются примерно раз в 500лет. Гораздо меньшая по мощности магнитная буря 1989г. привела к отказам энергосетей в Квебеке (Канада) с выходом из строя силовых трансформаторов. Частота возникновения таких магнитных бурь - уже примерно раз в 50 лет. Кабельные подземные и подводные линии в отличие от воздушных имеют большую устойчивость к таким электромагнитным воздействиям. Ввиду этого для кабельных линий постоянного напряжения важнейшим вопросом должна стать устойчивость выпрямительно -преобразовательных устройств на подстанциях. Всё более актуальным становится разработка норм на эти воздействия и создание испытательного оборудования, аналогичного генератору импульсов высокого напряжения мощностью 1 млн. лошадиных сил, имитирующему разряды атмосферного электричества, созданному Ч. Штейнмецом в 1921г.

 

«Гибридные» (AC + DC) линии, Supergrid и Digital Grid

«Гибридные» линии электропередачи позволяют улучшить устойчивость, надежность и повысить пропускную способность линий переменного напряжения путем добавления к ним DC линий и вставок.

 Примером гибридной линии служит концепция Supernode. Она предусматривает прокладку параллельно с существующей АС линией «дублирующей» DC линии, которая позволяет, например, повысить ее живучесть при возникновении различных аварийных ситуаций, например обрыва или короткого замыкания одной из фаз.   

Существуют также предложения по «переформатированию» существующих трехпроводных линий на передачу постоянного тока, при этом «лишний» третий провод периодически подключается то к одному, то к другому полюсу напряжения. Это позволяет увеличить передаваемую мощность до двух и более раз без изменения конструкции линии.

В целях повышения энергетической безопасности Европы предлагаются проекты создания Сверхсети (англ. Supergrid), обеспечивающей объединение в общей сети традиционных и возобновляемых источников энергии, включая ветроэлектростанции (в Северном море)  и солнечные электростанции (проект Desertec). Для компенсации нестабильности мощности возобновляемых источников энергии предполагается использование гидроаккумулирующих и гидроэлектростанций (в т.ч. в Альпах и в Норвегии). В Supergrid предполагается объединение существующих HVAC и HVDC сетей, возможно и строительство UHVDC линии. Разрабатываются мероприятия по повышению стабильности сети и предотвращению инцидентов, аналогичных рассинхронизации сети National Grid (Великобритания) в мае 2008 г.

В Японии в последнее время получила развитие концепция «цифровой сети» («Digital Grid»), во многом аналогичная европейской Supergrid. Связано это с тем, что после аварии на АЭС Фукусима был провозглашен курс на замену в течение 20 - 30 лет атомных электростанций на станции возобновляемой энергетики. Одним из таких проектов к 2020 г. должна стать крупнейшая в мире плавучая ветроэлектростанция из 143-х ветрогенераторов суммарной мощностью до 1000 МВт. В то же время считается, что ввод в Японии большого количества солнечных и ветроэлектростанций общей мощностью до  50000 МВт с необходимостью оперативного демпфирования колебаний мощности  вызовет сложности в управлении и  уменьшит запас стабильности в единой энергосистеме. Кроме этого необходимо учитывать, что Япония небогата природными гидроэнергетическими ресурсами, которые наиболее эффективно могут быть использованы для компенсации колебаний мощности возобновляемых источников энергии. Консорциум Digital Grid Consortium (DGC) анонсировал концепцию, предполагающую сегментирование существующей энергосистемы на независимые и несинхронизованные друг с другом фрагменты, соединенные вставками постоянного тока. Заметим, что в действительности  уже существует сегментирование японских сетей на фрагменты с разными частотами (50 и 60 Гц).

Планируемые проекты модернизации структур энергосистем в свете всего вышесказанного представляются нам пробными шагами в генеральном направлении - постепенном переходе к интеллектуальным сетям с постоянным напряжением, в которых не требуется синхронизация, нет проблем нестабильности, обеспечивается большая энергоэффективность.

 

Линии электропередачи низкого напряжения LVDC

Проект системы электроснабжения и связи LVDC разработан в Технологическом университете Лаппеенранты в рамках финской национальной программы «Интеллектуальные сети и рынок энергии» (англ. Smart Grids and Energy Markets - SGEM). Первоначально проект предназначался для загородных поселков с малым числом потребителей и с линиями электроснабжения большой протяженности. Проект предусматривает замену дорогих и малоэффективных воздушных сетей среднего (1 кВ) и низкого (0,4 кВ) переменного напряжения на кабельные подземные сети LVDC (±0,75 кВ). Каждое здание (сооружение) будет подключаться к LVDC через конверторы, преобразующие напряжение LVDC в напряжение, необходимое потребителю. Прокладка кабеля на глубине >1,5 м минимизирует зоны отчуждения и не создает ограничений для ведения сельскохозяйственных работ. Такое решение существенно уменьшает стоимость сети и ее зависимость от различных погодных катаклизмов. Ведь затраты на устранение последствий повреждений воздушных сетей могут быть весьма значительными. Так расходы ОАО «МОЭСК» на ликвидацию последствий «ледяного дождя» зимой 2010-2011гг. превысили 600 млн.руб.

LVDC сеть изначально разрабатывается, как интеллектуальная. Передача информации будет осуществляться по технологии HF-band PLC по «расщепленному» нулевому проводу. При этом обеспечивается информационный поток до 4 Мбод при расстоянии между модемами до 500 м.

 Можно ожидать дальнейшую модернизацию и распространение этой парадигмы на городские и пригородные кабельные сети электроснабжения, в том числе и на сети среднего напряжения. Известно, что еще в 1880-х годах Ф.А. Пироцкий осуществил в Санкт-Петербурге прокладку первого подземного электрического кабеля постоянного напряжения для питания Артиллерийской школы от электростанции литейного завода. Он же был автором первого проекта централизованной подземной городской электросети.

Важным фактором, который, безусловно, окажет влияние на прогресс в этой области, является то, что использование подземных кабельных  линий существенно уменьшает площадь землеотвода. К примеру, стоимость перепрокладки в подземный коллектор одного метра воздушной ЛЭП среднего напряжения в условиях Москвы составляет до 1000€, при этом освобождается до 25 м2 зоны отчуждения.

 

Энергоснабжение локальных объектов, микро - и минисети постоянного напряжения

Генрих Махальский

На ряде объектов промышленности и транспорта издавна применяются раздельные сети постоянного и переменного напряжения исходя из необходимости питания соответствующих потребителей. Есть примеры и локального энергоснабжения объектов только постоянным напряжением.

Для повышения энергоэффективности энергоснабжения все чаще предлагаются проекты микросетей постоянного напряжения внутри здания (или нескольких зданий) и аналогичные минисети на локальной территории. На входе таких сетей напряжение распределительных линий с помощью высокоэффективного преобразователя превращается в требуемое постоянное напряжение, которое поступает через локальную сеть на электрооборудование постоянного напряжения.

Современные локальные сети постоянного напряжения обладают целым рядом преимуществ, среди которых необходимо отметить следующие:

  • общее преобразование из переменного напряжения в постоянное для всех нагрузок уменьшает потери на 10-20 %;
  • эффективное интегрирование возобновляемых источников электроэнергии, являющихся, как правило, источниками постоянного напряжения (солнечные батареи, небольшие ветряные турбины, топливные элементы и др.);
  • более эффективное применение накопителей электрической энергии;
  • простое согласование перечисленных источников и накопителей постоянного напряжения, не требующих взаимной синхронизации;
  • эффективное управление графиками нагрузки (включая накопление электрической энергии в периоды наличия избыточной генерации и выдачу в периоды дефицита);
  • повышенная электробезопасность сетей постоянного тока, которая отмечалась еще в ходе «войны токов».

 

Необходимо отметить, что в цепях с постоянным напряжением приходится применять специальные меры для «бездуговой» коммутации в отличие от цепей переменного напряжения, в которых гашение дугового разряда облегчено переходом (два раза за период) напряжения через ноль.

П.М. Голубицкий

Известно, что прототип локальной сети постоянного тока был предложен еще в 1885 г. русским электротехником Павлом Михайловичем Голубицким для обеспечения питания телефонных аппаратов от центральной аккумуляторной батареи телефонной станции (точнее говоря - угольных порошковых микрофонов, которые были изобретены Генрихом Махальским в 1878 г.). В дальнейшем телефонные станции по всему миру строились именно по такому принципу. 

В настоящее время существуют несколько  консорциумов, продвигающих идеологию локальных сетей энергоснабжения постоянного тока для серверных центров обработки данных и для коммерческих зданий. Среди них в первую очередь следует отметить европейский консорциум DCC+G и североамериканский Emerge Alliance.  Реализованы уже несколько проектов систем энергоснабжения постоянного тока для серверных центров по всему миру. Эффективность таких систем при переходе на постоянное напряжение увеличивается до 10% при уменьшении стоимости на ~15% и существенном улучшении весогабаритных характеристик.

 

Интеллектуальные сети (Smart Grid), управление когенерацией и альтернативными источниками электроэнергии

Как уже было отмечено, в сетях постоянного напряжения существенно упрощаются вопросы управления распределенной генерацией электроэнергии и поставкой энергии в сеть ввиду отсутствия необходимости синхронизации различных источников. Существенно уменьшается вероятность аварий из-за несогласованности работы сетей, аналогичных июльской 2012г. аварии на трех крупных энергосетях Индии.

Возможности развития интеллектуальных сетей с распределенной генерацией в России трудно переоценить. Только в ветроэнергетике по оценке Мировой Ветроэнергетической Ассоциации (World Wind Energy Association) потенциал России превышает 90000 МВт при установленной в настоящее время мощности ветрогенераторов всего в 16,7 МВт.

В современных ветрогенераторах, ввиду переменной скорости их вращения, приходится двукратно преобразовывать генерируемую ими энергию (AC-DC-AC) в специальных конверторах для согласования с сетевым переменным напряжением. Для работы же на сеть постоянного напряжения конвертор можно упростить, уменьшив его вес и габариты.  Управление генераторами на солнечных батареях и различными резервными накопителями также упрощается, поскольку не требуется преобразование их выходного напряжения в напряжение, синхронное с сетевым.

Сети постоянного напряжения с большим количеством управляемых генераторов и накопителей электроэнергии уже с полным основанием можно будет называть интеллектуальными сетями (англ. Smart Grid - SG). А ведь еще недавно основной (и часто единственной) функцией интеллектуальных сетей считался дистанционный опрос счетчиков электроэнергии для обеспечения удобства контроля потребления энергии и автоматизации выписки счетов.

Интеллектуальные сети постоянного напряжения могут предоставить как поставщику электроэнергии, так и потребителю ряд функций, которые реализуются существенно проще, чем в традиционных сетях, а именно:

  • управление распределенной генерацией и накоплением с обеспечением демпфирования колебаний мощности и продажи энергии в сеть;
  • взаимодействие с сетью высшего уровня по контролю потребления/генерации электроэнергии, в т.ч. по продаже электроэнергии;
  • управление при перебоях в электроснабжении с отключением части потребителей;
  • управление резервным энергоснабжением важнейших потребителей от накопителей электроэнергии;
  • управление нагрузкой с оптимизацией платы за электроэнергию.

В SG нельзя упускать из виду и информационную безопасность, впрочем, по этому вопросу в последнее время был написан целый ряд статей.

 

Сети освещения

Технико-экономическое обоснование проекта системы городского освещения на постоянном токе (англ. Direct Current Lighting Smart Grid - DC LSG) было представлено в журнале «Современные Технологии Автоматизации» №4, 2012 г. http://vk.com/away.php?to=http%3A%2F%2Fwww.cta.ru%2Fcms%2Ff%2F445429.pdf&post=8187134_326

В рамках DC LSG предложено создание технологической платформы интеллектуальной сети освещения с использованием как существующих, так и перспективных энергоэффективных источников света, включая лампы высокого давления и светодиоды. Проведенные расчеты и исследования показывают, что в результате реализации проекта DC LSG в сравнении с традиционными сетями освещения будет получено:

  • экономия электроэнергии до 50 % и более;
  • снижение стоимости и повышение надежности управляемых светильников;
  • уменьшение затрат на прокладку сетей;
  • увеличение более чем в два раза срока службы ламп;
  • устранение пусковых токов линий освещения;
  • оперативная диагностика светильников в т.ч. предотказный контроль параметров;
  • увеличение важнейшего отчетного показателя эксплуатирующих организаций - т.н. «процента горения» до величины, максимально приближенной к 100% (при стандартном значении 95%).

В технико-экономическом обосновании показано превосходство технологии DC LSG в сравнении с известными энергосберегающими технологиями городского освещения. В то же время разработка DC LSG поставила перед электроникой новые задачи, например, по увеличению номенклатуры MOSFET транзисторов мало востребованного диапазона средних напряжений 250-350 В.

Сложилась в целом довольно парадоксальная ситуация, заключающаяся в том, что «естественное» электропитание традиционных сетей наружного освещения трехфазным переменным напряжением признается в рамках DC LSG нерациональным и предлагается переход к сетям постоянного напряжения, изобретенным в конце XIX века.

В настоящее время рядом предприятий (включая ОАО «НИИ точной механики», Санкт-Петербург и ЗАО «Связьинжиниринг», Москва) проводится разработка пилотного проекта DC LSG для  наружного (уличного) освещения Санкт-Петербурга.

 

Управляемый электропривод

Как уже отмечалось, постоянное напряжение широко применяется для обеспечения эффективного регулирования скорости электродвигателей. Первоначально использовалось, как правило, реостатное управление коллекторными двигателями постоянного тока, затем поэтапно произошел переход на частотное управление двигателями переменного тока. При этом на двигатель от инвертора подается напряжение, регулируемое как по величине, так и по частоте. Питание инвертора осуществляется либо через выпрямитель от сети переменного напряжения, либо непосредственно от сети постоянного напряжения. В настоящее время эксплуатируются миллионы таких электронных приводов, обеспечивающих эффективное управление асинхронными и вентильными двигателями.

Управление скоростью приводов станков, насосов, вентиляторов и пр., дает существенную экономию электроэнергии. Так, например, уменьшая скорость вращения асинхронного двигателя вентилятора на 1/3 можно сэкономить до 2/3 электроэнергии. Для еще более глубокого регулирования скорости с сохранением большого вращающего момента все чаще используются вентильные двигатели с бессенсорным управлением (без датчиков положения ротора), которые часто называют бесколлекторными (бесщеточными) двигателями постоянного тока (англ. Brushless DC Motor).

Современные привода обеспечивают также плавный пуск с уменьшенными пусковыми токами. Это  существенно облегчает режим работы питающей сети в сравнении с традиционными схемами пуска асинхронных электродвигателей.

С каждым годом управляемый электропривод все больше проникает в те сферы, в которых раньше считалось достаточным применение обычного неуправляемого привода. По всей видимости, сочетание инвертор + асинхронный (или вентильный) электродвигатель в ближайшем будущем будет все больше теснить традиционные типы приводов. А для такого инверторного привода питание постоянным напряжением является естественным и наиболее энергоэффективным.

 

Транспорт

Со времени изобретения инженером Ф.А. Пироцким первого трамвая, работающего в сети постоянного тока на коллекторных машинах Зеноба Грамма, позиции постоянного тока в области городского электротранспорта были и остаются незыблемыми. 

Ф.А Пироцкий

В наше время повышение энергоэффективности и надежности городского электротранспорта с постоянным сетевым напряжением 600...750 В достигается применением управляемого привода с асинхронными и вентильными электродвигателями, обеспечивающими, в том числе, и возможность рекуперативного торможения. Уже существуют и предлагаются проекты для сетей метрополитена и наземного электротранспорта с использованием различных типов накопителей электроэнергии.

Транспорт, построенный на применении двигателей внутреннего сгорания, также использует электропитание постоянного напряжения, но от аккумуляторов. В последние годы лавинообразно увеличивается количество гибридных и электромобилей на наших дорогах. Это хорошо известно и на этом вопросе подробно останавливаться не будем. Укажем только на два вновь появившихся качества, связанных с взаимодействием гибридных и электромобилей с электросетью.

Первое - это, казавшаяся еще недавно экзотической, возможность использования гибридных и электромобилей в качестве резервных источников электропитания в индивидуальных домохозяйствах при возникновении перебоев в поставке электроэнергии. Второе - удалось решить проблему быстрой зарядки аккумуляторов электромобилей, теперь она может занимать не более четверти часа при зарядке до 80% емкости. Эти обстоятельства не только дополняют требования к преобразователям для зарядки аккумуляторов автомобилей, но и повышают живучесть энергосистемы в рамках  известной концепции «умного дома».

Весьма показательным для нас будет также то, что впервые была создана энергосистема постоянного тока для крупного морского судна гражданского назначения - многоцелевого танкера для обслуживания нефтяных платформ. В его системе используются дизельгенераторы и управляемая электрическая двигательная установка Azipod с вентильными электродвигателями, потребляющая до 80% вырабатываемой электроэнергии. Обеспечивается снижение расхода топлива на 20% в сравнении с аналогичной системой на переменном токе. Суммарный вес и объем электрооборудования уменьшен на 30% в основном за счет отсутствия силовых низкочастотных трансформаторов. Высвобождается место для размещения оборудования, груза и экипажа, улучшена компоновочная схема танкера, в том числе за счет выноса гребных электродвигателей во внешние поворотные колонки. Автоматизированы процессы причаливания и стабилизации судна на волнении. Номинальное значение сетевого напряжения энергосистемы танкера - 1000 В. Очевидно, что при такой величине напряжения должны быть приняты соответствующие меры электробезопасности. Для вспомогательного оборудования и для жилых отсеков предусматриваются преобразователи на более низкие значения напряжения.

 

Накопители электроэнергии

Наиболее распространёнными сетевыми накопителями электроэнергии являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) - в мире их более 400 шт. Их суммарная мощность в  настоящее время превышает 100000 МВт. Основным их назначением до последнего времени было выравнивание графиков нагрузки для основных производителей электроэнергии при неравномерностях  в  потреблении, которая осуществляется накоплением энергии в ночные минимумы потребления и генерацией её в утренние и вечерние максимумы. При широком использовании возобновляемых источников электроэнергии, обладающих большой неравномерностью генерации, важность применения ГАЭС многократно возрастает. Обычно ГАЭС применяются там, где есть большие перепады высот между природными (или искусственными) водоёмами. Ввиду необходимости более широкого географического использования накопителей разрабатываются проекты подземных и морских  гидроаккумулирующих накопителей, такие, как пилотный проект 30 MВт ГАЭС в заповеднике Yanbaru на северо-востоке Окинавы (рис.4), проект 300МВт ГАЭС Lanai на Гавайах, ряд проектов в Ирландии.

В настоящее время в России функционируют всего одна крупная  ГАЭС -  Загорская мощностью около 1000 МВт, несколько ГАЭС  проектируются.

 

ГАЭС Yanbaru

Накопители разных типов применяются также для резервирования электроэнергии для особо важных потребителей и поддержке их при перебоях в электроснабжении, для увеличения пропускной способности сетей, увеличения энергоэффективности оборудования в режимах импульсного потребления и генерации электроэнергии (например, рекуперативное торможение с последующим разгоном на транспорте).

Применяемые в этих целях  накопители можно разбить на два класса.

Первый - накопители типа аккумуляторных батарей, молекулярных конденсаторов (суперконденсаторов); низкотемпературных сверхпроводников которые работают на постоянном напряжении.

Второй класс -  супермаховики,  гидро - и пневмоаккумулирующие накопители, в которых применяются, как правило, электромашинные генераторы переменного напряжения. Однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что режим синхронной работы генераторов с сетью переменного напряжения либо принципиально не реализуется (как для супермаховиков), либо не является более энергоэффективным. Режим переменной скорости вращения генератора с дальнейшим конвертированием выходного напряжения в сетевое постоянное напряжение обладает, по крайней мере, не меньшей энергоэффективностью. Кроме этого, режим переменной скорости  для ГАЭС обеспечивает большую оперативность при переходе из насосного режима в генераторный и обратно.

Таким образом, нет никаких препятствий для энергоэффективного использования всех типов накопителей в сетях постоянного напряжения.

 Уже существуют примеры отечественных накопителей на литий-ионных батареях мощностью до 10 МВт (для социально значимых объектов, критически важных объектов, частного сектора), 10-50 МВт (для промышленных объектов, распределительных сетей), до 100 МВт (для атомных и тепловых электростанций, возобновляемой электроэнергетики, магистральных сетей).

 

Силовая полупроводниковая электроника

На первом этапе своего развития полупроводниковая электроника в основном «приспосабливалась» к существующим сетям переменного тока. Это заключалось в преобразовании сетевого напряжения 220В/50 Гц (или 115В/60 Гц) в каждой единице оборудования в постоянное напряжение с дальнейшей реализацией требуемых потребителю функций. Вначале это приводило к тому, что каждый прибор имел встроенный блок питания с маломощным и малоэффективным низкочастотным трансформатором и выпрямителем.

Развитие полупроводниковой электроники привело к появлению более эффективных бестрансформаторных блоков питания, а затем преподнесло нам ряд факторов и для пересмотра концепции электроснабжения, включая следующие:

  • применение бестрансформаторных блоков питания дало возможность питать электрооборудование как от постоянного, так и от переменного напряжения, причем в расширенном диапазоне номиналов (например, 90...250В);
  • разработаны эффективные технологии повышения/понижения и преобразования напряжения на силовых тиристорах, IGBT и MOSFET транзисторах;
  • управление распределенной генерацией и накоплением электроэнергии наиболее эффективно осуществляется на постоянном токе.

Таким образом, с одной стороны освоение технологий AC/DC и DC/AC преобразования позволило создать экономически выгодные HVDC и UHVDC линии электропередач, а с другой стороны все большее число оборудования может быть эффективно запитано от постоянного напряжения. Вполне логичным должен выглядеть и следующий шаг - создание понижающих сетевых DC/DC преобразователей большой мощности с переходом к системе электроснабжения, в которой как магистральные, так и распределительные сети будут работать полностью на постоянном токе (англ. Total DC system) без каких-либо DC/AC преобразований.

 

Бытовая электротехника и электроника

Практически вся нынешняя бытовая техника питается от переменного напряжения. Однако если внимательно проанализировать схему каждого бытового прибора, то выясняется, что ни для одного из них такое электропитание не является естественным. Практически в каждом (!) современном электроприборе происходит преобразование переменного входного напряжения в постоянное с дальнейшим самым разнообразным его  использованием различными электронными схемами для создания необходимых потребительских качеств. Автору в своей квартире удалось найти только несколько устройств, не подпадающих под такое определение - масляный электрообогреватель, электроплиту, электроутюг, систему теплого пола и лампочки накаливания. Однако легко заметить, что всем этим приборам тип питающего напряжения абсолютно безразличен.

Конечно, внедрение в будущем постоянного напряжения может встретить самые разнообразные трудности, включая  необходимость использования специальных розеток, обеспечивающих однозначную полярность подключения, модернизацию проводки, использование специальных типов предохранителей и пр. и пр. Однако, преимущества этого перехода настолько весомы, что такие препятствия вряд ли могут оказать значительное влияние на этот процесс. Скорее всего, основной сложностью будет необходимость организации плавного перехода с одного вида напряжения на другое с выпуском в достаточно продолжительный период времени приборов с универсальным электропитанием. Аналогичные исторические прецеденты уже имели место. Переход с напряжения 127 В на 220 В в городских электросетях СССР происходил на памяти ныне живущих поколений, начиная с 1950-х годов, при этом множество приборов выпускалось с  переключателями питания. Многие сельские сети нашей страны в это же время переходили на переменное напряжение 220В с постоянного напряжения 110 В, существовавшего до войны. Ряд приборов в США и в других странах в переходной период выпускалось с универсальным AC/DC электропитанием. Известно, например, что название популярной австралийской рок-группы было дано по табличке AC/DC на тыльной стороне швейной электрической машинки универсального питания.

В настоящее время в 214 странах мира существует 5 стандартных номиналов «бытового» сетевого напряжения 50 Гц (115, 127, 220, 230, 240 В) и 7 номиналов - частоты 60 Гц (110, 115, 120, 127, 220, 230, 240 В), при этом используется более 12 типов соединений розетка - вилка. Для грядущего глобального мира будет немаловажным навести порядок в этой области. Постепенный переход на постоянное напряжение одного номинала для этой цели выглядел бы вполне логичным.

По всей видимости, флагманом такого перехода суждено стать одной из стран со стандартом более низкого сетевого напряжения 110...127 В ввиду больших экономических выгод от такого перехода (в основном за счет существенной экономии меди и алюминия).

 

Резюме

 

A la guerre comme à la guerre (французская поговорка).

 

Таким образом, становится все более очевидно, что основные факторы, приведшие к победе в «войне токов» трехфазной системы Доливо-Добровольского, постепенно начинают действовать в прямо противоположном направлении. Действительно, и передачу электроэнергии на дальние расстояния и питание современных электроприводов более выгодно осуществлять на постоянном токе. Более того, для тех технологий, которым ранее вид тока был безразличен, или даже переменный ток был просто единственно возможным (например, для уличного освещения лампами высокого давления), постоянное напряжение также становится более предпочтительным.

Однако есть сферы, в которых преимущества постоянного тока вовсе не являются такими уж очевидными. По-прежнему в воздушных линиях средней (до 500 км) дальности переменный ток экономически более выгоден ввиду существенно меньшей стоимости трансформаторных подстанций. Однако и здесь есть ряд моментов, указывающих на то, что позиции переменного тока в этой области могут быть существенно поколеблены. Наиболее важными представляются следующие соображения:

  • продолжающийся прогресс силовой электроники необратимо ведет к уменьшению стоимости оборудования преобразовательных подстанций, что демонстрируют, например, технологии HVDC Light и HVDC Plus;
  • сети постоянного тока не имеют, в отличие от сетей переменного тока, заметного электромагнитного излучения;
  • сети средней дальности распространены в населенных районах, где велика стоимость землеотвода под зоны отчуждения; ввиду этого более широко будут применяться кабельные сети, в которых постоянный ток имеет превосходство на дальностях уже в несколько десятков километров.

Необходимо учитывать, что при разработке любого крупного проекта в его технико-экономическое обоснование  следует включать сравнение возможных вариантов по экономическому критерию, за который в последнее время обоснованно принимается т.н. совокупная стоимость владения (англ. Total Cost of Ownership - TCO). Сравнения сетей переменного и постоянного тока нам доступны только по критерию их проектной стоимости (см. рис. 2). В этих расчетах, скорее всего, не учитывалась ни стоимость землеотвода под зоны отчуждения, ни эксплуатационные расходы. В то же время оценка по TCO учитывает затраты и экономию за весь жизненный цикл системы, что существенно влияет на сравнительную оценку проекта в целом. В частности, облик упомянутого проекта системы городского освещения DC LSG во многом был определен по результатам такого рода расчетов. Представляется, что корректное сравнение по TCO должно дать дополнительные аргументы в пользу систем постоянного тока ввиду меньших потерь в линиях и меньших зон отчуждения.

И последний аргумент. Очевидно, что если  электропередачам переменного тока средней дальности удастся сохраниться в общем «окружении» сетей постоянного тока, то потребуется ввод  дополнительных инверторов и выпрямителей на входе и выходе таких линий, что существенно увеличит их стоимость. В тоже время, необходимо отметить, что замена линий HVAC средней дальности на HVDC требует разработки DC/DC преобразователей большой мощности, отсутствующих в настоящее время.

Подытоживая вышесказанное, следует отметить, что в рамках проведенной работы нам не удалось найти ни одного устойчивого «анклава», в котором технологии переменного тока смогли бы гарантированно удержать свои позиции в будущем.

Некоторые аналитики поспешили назвать происходящие события началом второй «войны токов». Автор же склонен считать, что мы являемся свидетелями начала возрождения (ренессанса) постоянного тока, поскольку, несмотря на наличие определенных противодействий, нет  никаких предпосылок для появления в этом процессе враждующих сторон, использующих методы первой «войны токов». Оставим, впрочем, этот вопрос для будущих историков электротехники и электроники. Для нас же наиболее важным является то, что события постепенно приобретают характер, который на современном сленге называется мейнстримом. Если это действительно так, то вполне возможно, что описанные процессы  могут привести к концу XXI века  к тотальному переходу на постоянное напряжение.

 

Возможные будущие отечественные проекты

 

Война  всегда является борьбой,
в которой каждая из двух сторон
стремится   уничтожить   другую.
Эрнесто Рафаэль Гевара Линч де ла Серна.
 Партизанская война.

 

Поскольку существуют уже не только предпосылки, но и технические возможности по постепенному замещению многих сетей переменного напряжения на сети постоянного напряжения, то попробуем спрогнозировать появление  проектов грядущего ренессанса постоянного тока. При этом следует признать, что основным трендом с наибольшей вероятностью станет развитие интеллектуальных сетей постоянного тока. Представляется, что в ряд гипотетических можно зачислить следующие возможные отечественные проекты:

Ветроэлектростанция Noordoostpolder

  • проект электроснабжения и освещения федеральной скоростной автодороги (например, Москва - Санкт-Петербург);
  • проект Кронштадтской ветроэнергостанции мощностью до ~300МВт с размещением ветрогенераторов вдоль комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнения и соединенных линией HVDC, аналог - проект береговой ветроэлектростанции Noordoostpolder в Нидерландах (см. рис.5);
  • проект линии освещения с использованием существующей сети постоянного напряжения для электротранспорта (например, освещение самой длинной в мире троллейбусной линии Симферополь - Ялта, освещение трассы волгоградского метротрама);
  • проект электроснабжения и освещения крупного тепличного хозяйства (с мощностью осветительных установок до 1 МВт на гектар);
  • проект электроснабжения и освещения крупного спортивного сооружения, например, футбольного стадиона, горнолыжного курорта, биатлонной трассы и т.п.;
  • проект сети заправочных станций электромобилей для крупного города (возможно совмещение с проектом DC LSG);
  • проекты сети электроснабжения и освещения повышенной безопасности и живучести крупных объектов промышленного и иного назначения, например морского порта, таможенного терминала, военного городка, вахтового поселка нефтяников, цеха разделения изотопов, железнодорожного узла, аэродрома, космодрома, крупного офисного здания типа Лахта-центра, Московского Кремля, объектов Росрезерва и т.п.

 

Возможные препятствия для внедрения

Может быть, войны теперь не кончаются победой.
Может  быть,  они  вообще  не  кончаются.
Может быть, это новая Столетняя война.
Эрнест Хемингуэй. Прощай оружие.

 

До сих пор заявления, касающиеся повышения энергоэффективности в интеллектуальных сетях, применения возобновляемых источников энергии и инвестирования в них, а также развития сетей постоянного напряжения, чаще всего воспринимались как декларации, далекие от реальной действительности. Однако исследования и внедрение ряда проектов в последние годы показывают все возрастающую актуальность инновационного развития в этой области. В то же время отечественная большая энергетика в целом не имеет отчетливых стимулов, как для продвижения распределенного производства электроэнергии, так и для увеличения энергоэффективности ее потребления, тем более с использованием технологий постоянного тока.

Эта проблема известна и требует отдельного рассмотрения. Здесь ограничимся только перечислением ряда мер, с помощью которых возможно ускорить внедрение и распространение инновационных сетей постоянного тока:

  • разработка нормативных документов и стандартов интеллектуальных сетей на постоянном токе;
  • разработка стандартов возобновляемой электроэнергетики;
  • создание информационных и образовательных программ для специалистов, устанавливающих промышленные и строительные нормы;
  • разработка федеральных и иных программ финансовой поддержки;
  • разработка и регулирование тарифов на коммунальные услуги, включающих и поставку электроэнергии в сеть.

В настоящее время производители энергетического и силового оборудования  создают международные ассоциации и консорциумы для реализации некоторых из вышеперечисленных целей.

Важнейшим из перечисленных вопросов должна стать стандартизация характеристик систем электроснабжения в мировом масштабе, что  не было решено в свое время во время «войны токов».

И, безусловно, самым серьезным препятствием для дальнейшей модернизации является огромное количество ранее произведенного и производимого оборудования, работающего на переменном токе. Именно в этом направлении сложнее всего будет согласовать интересы производителей оборудования и потребителей, хотя и тут прослеживается важная, но пока малозаметная тенденция к появлению оборудования с универсальным AC/DC электропитанием.

 

Что же дальше?

Средством, благодаря которому просвещенные правители  покоряли других,
а  их  достижения  превосходили  многих,  было  упреждающее  знание.
Сунь Цзы. Искусство войны.

 

В прогнозе развития электроэнергетических систем, данном Институтом энергетической стратегии (ЗАО «ГУ ИЭС») в работе «Исследование трендов и сценариев развития мировой энергетики в первой половине XXI века» отмечается, что основной технологической тенденцией будет переход к энергетическим системам нового поколения.

 Прогноз ГУ ИЭС выделяет следующие направления этого перехода:

  • создание систем управления энергосистемой («умная» энергосистема);
  • развитие технологий дальнего транспорта электроэнергии;
  • развитие технологий накопления электроэнергии в энергосистеме;
  • развитие распределенной генерации.

Такой, уже общепринятой, парадигме в наибольшей степени отвечают именно сети постоянного напряжения, обеспечивающие и более эффективную передачу на большие расстояния, и более эффективное подключение накопителей и альтернативных источников электроэнергии. Реализация «умного» управления такой энергосистемой, ввиду отсутствия необходимости синхронизации различных источников также существенно упрощается.

Не менее важно то, что сети постоянного напряжения одновременно обеспечивают повышение энергоэффективности энергоснабжения и позволяют проще реализовать интеллектуальную систему с возможностью управления нагрузками. Такие сети будут одновременно и более эффективными, и более совместимыми с быстро растущим и всепоглощающим сегментом современной нагрузки - управляемым электронным оборудованием. Повышается также надежность и живучесть систем электроснабжения.

В одобренных Правительством Российской Федерации «Сценарных условиях развития электроэнергетики на период до 2030 года» в главе «Инновационное развитие и техническая политика в электроэнергетике» намечено освоение в период до 2016-2020 годов демонстрационных проектов  технологий и оборудования во всех секторах электроэнергетики. Целью является подготовка к широкому внедрению этих проектов  на следующих этапах до 2030 года. При этом, в ряду важнейших инновационных технологий отмечается необходимость создания системообразующих сетей постоянного тока, а также элементов, которые должны составить их основу:

  • преобразователи постоянного тока;
  • силовые полупроводниковые приборы на основе нанотехнологий на токи 6-7 кА и напряжения 10-12 кВ;
  • интеллектуальные распределительные сети с использованием цифровыхсистем противоаварийного управления;
  • сверхпроводниковые индукционные накопители энергии;
  • мощные мегаваттного класса пилотные батареи топливных элементов на природном и синтез-газе;
  • асинхронизированные гидрогенераторы-двигатели для ГАЭС;

Отработку новых проектов сетей постоянного напряжения в первую очередь следует производить на обособленных сетях, где их преимущества наиболее очевидны, а именно: в ветроэнергетике, в системах электроснабжения серверных центров, в электросетях крупных кораблей, в интеллектуальных системах освещения DC LSG, в тепличных хозяйствах, на объектах с автономным электроснабжением. При этом чрезвычайно важно на всех этапах разработки закладывать, проверять и отрабатывать работоспособные решения для всего спектра условий эксплуатации с необходимыми характеристиками надежности и живучести.

Для дальнейшего широкого распространения DC технологий (вплоть до Total DC System) и преодоления препятствий, часть из которых описана выше, потребуется объединение разобщенных до настоящего времени сил менеджеров и разработчиков, а также выработка стратегии развития, контуры которой пока еще только определяются.

Все статьи рубрики Электроснабжение

Статьи по темам

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26) , №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47), №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).


Rambler's Top100

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-76-40 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru - энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2019
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей