Для создания линий электропередачи наиболее эффективной технологией на сегодня представляется передача электроэнергии по воздушным линиям постоянного тока сверхвысокого напряжения, передача электроэнергии по подземным линиям с газовой изоляцией, а в перспективе — создание кабельных криогенных линий и передача энергии на сверхвысоких частотах по волноводам.
Линии постоянного тока
Основным достоинством их является возможность несинхронной параллельной работы энергосистем, относительно высокая пропускная способность, удешевление собственно линий по сравнению с трехфазной ЛЭП переменного тока (два провода вместо трех и соответствующее уменьшение габаритов опор).
Кроме того, ЛЭП постоянного тока характеризуются меньшими потерями на коронный разряд и снижением реактивной мощности, что упрощает управление режимом и повышает общую эффективность передачи.
Можно считать, что массовое освоение ЛЭП постоянного тока напряжением ±750 и далее ±1250 кВ создаст условия для передачи больших количеств электроэнергии на сверхдальние расстояния.
Такие линии позволяют объединять разнородные энергосистемы, передавать избыточную мощность от крупных генерирующих центров (например, гидро- и ветроэлектростанций) к удалённым узлам нагрузки и активно внедрять возобновляемые источники энергии в единые энергосистемы.
В настоящее время большинство новых сверхмощных и сверхдальных линий электропередачи строятся на постоянном токе.
Настоящий рекордсмен в этой технологии в XXI веке — Китай, который реализовал целый ряд уникальных проектов, включая многокилометровые трассы с передачей десятков гигаватт мощности через труднодоступные горные районы и по сильно пересечённой местности.
Эти проекты демонстрируют, что HVDC-технологии становятся ключевым элементом современной глобальной энергетической инфраструктуры.
Основные сведения о работе высоковольтных линий постоянного тока и перечнь самых знгачимых линий такого типа в мире на данный момент: Высоковольтные линии постоянного тока (HVDC), реализованные проекты, преимущества постоянного тока
Подземные (кабельные) линии с газовой изоляцией
В кабельной линии за счет рационального размещения проводников можно существенно уменьшить волновое сопротивление и, применяя газовую изоляцию с повышенным давлением (на основе «элегаза»), добиться весьма высоких допустимых градиентов напряженности электрического поля. В итоге при умеренных габаритах будет достаточно большая пропускная способность подземных линий.
Эти линии находят применение в качестве глубоких вводов в больших городах, поскольку они не требуют отчуждения территории и не мешают городской застройке.
Подробно про силовые гзонаполненные кабели: Устройство и применение высоковольтных кабелей с масляным и газовым наполнением
Сверхпроводяшие линии электроперелачи
Глубокое охлаждение проводниковых материалов позволяет резко повысить плотность тока, а значит, открывает новые большие возможности для повышения пропускной способности электропередачи.
Таким образом, использование криогенных линий, в которых активное сопротивление проводников равно или почти равно нулю, и сверхпроводящих магнитных систем может привести к радикальным изменениям традиционных схем передачи и распределения электроэнергии. Пропускная способность таких линий может достигнуть 5 — 6 млн. кВт.
Подробнее об этом смотрите здесь: Применение сверхпроводимости в науке и технике
Еще один интересный способ применения криогенных технологий в электроэнергетике: Системы сверхпроводящего накопления магнитной энергии (SMES)
Передача электроэнергии на сверхвысокой частоте по волноводам
При сверхвысоких частотах и определенных условиях выполнения волновода (металлической трубы) можно добиться относительно малого затухания, а значит, осуществить передачу мощных электромагнитных волн на большие расстояния. Естественно, что и на передающем и на приемном конце линии должны быть установлены преобразователи тока промышленной частоты на сверхвысокую и наоборот.
Прогнозная оценка технических и стоимостных показателей высокочастотных волноводов позволяет надеяться на целесообразность их применения в обозримом будущем для энерготрасс большой мощности (до 10 млн. кВт) протяженностью до 1000 км.
Важным направлением технического прогресса в передаче электрической энергии является прежде всего дальнейшее совершенствование традиционных способов передачи переменным трехфазным током.
Одним из легко реализуемых путей повышения пропускной способности ЛЭП является дальнейшее увеличение степени компенсации ее параметров, а именно: более глубокое расщепление проводов в фазе, продольное включение емкости и поперечное — индуктивности.
Здесь, однако, есть ряд технических ограничений, поэтому наиболее рациональным методом остается повышение номинального напряжения линии электропередачи. Пределом здесь по условиям изоляционной прочности воздуха признается напряжение порядка 1200 кВ.
В техническом прогрессе при передаче электроэнергии большую роль могут сыграть и специальные схемы выполнения ЛЭП переменного тока. Из числа их следует отметить следующие.
Настроенные линии
Сущность такой схемы сводится к включению поперечных и продольных реактивностей с целью доведения ее параметров до полуволны. Эти линии могут быть предназначены для транзитной передачи 2,5 — 3,5 млн. кВт на расстояние до 3000 км. Основной недостаток — трудности выполнения промежуточных отборов.
Разомкнутые линии
Генератор и потребитель подключены к разным проводам, находящимся на некотором расстоянии друг от друга. Емкость между проводами компенсирует их индуктивное сопротивление. Назначение — транзитная передача электроэнергии на большие расстояния. Недостаток тот же, что и у настроенных линий.
Полуразомкнутая линия
Одним из интересных направлений в области совершенствования ЛЭП переменного тока является регулирование параметров ЛЭП в соответствии с изменением ее режима работы. Если разомкнутую линию снабдить самонастройкой с быстро регулируемым источником реактивной мощности, то получается так называемая полуразомкнутая линия.
Достоинством такой линии является то, что при любой нагрузке она может находиться в оптимальном режиме.
ЛЭП в режиме глубокого регулирования напряжения
Для линий электропередачи переменного тока, работающих на резко неравномерном графике нагрузки, может оказаться целесообразным одновременное глубокое регулирование напряжения по концам линии в соответствии с изменением нагрузки. В этом случае параметры ЛЭП можно выбирать не по максимальной величине мощности, что позволит удешевить электропередачу.
Следует отметить, что описанные выше специальные схемы выполнения ЛЭП переменного тока находятся пока на различных стадиях научного исследования и требуют еще значительной доработки, проектирования и промышленного освоения.
Таковы основные направления технического прогресса в области передачи электрической энергии.
Популярные вопросы по теме статьи
Что считается наиболее эффективной технологией передачи электроэнергии на сегодня?
Наиболее перспективными и эффективными способами считаются передача по воздушным линиям постоянного тока сверхвысокого напряжения, подземные линии с газовой изоляцией, а в перспективе — сверхпроводящие (криогенные) линии и волноводная передача энергии на сверхвысоких частотах.
Почему ЛЭП постоянного тока выгоднее трехфазных ЛЭП переменного тока?
ЛЭП постоянного тока позволяют работать несинхронно, имеют высокую пропускную способность, дешевле по стоимости линии (2 провода вместо 3, меньше габариты опор) и позволяют передавать большие мощности на сверхдальние расстояния.
Для чего применяются подземные линии с газовой изоляцией?
Такие линии используются как глубокие вводы в крупных городах, поскольку они не требуют отчуждения значительных территорий и не мешают городской застройке, при этом сохраняют высокую пропускную способность.
Что дают сверхпроводящие (криогенные) линии электропередач?
Глубокое охлаждение проводников позволяет резко уменьшить активное сопротивление, повысить плотность тока и довести пропускную способность до 5–6 млн кВт, что может кардинально изменить традиционные схемы передачи и распределения энергии.
Что такое передача энергии по волноводам на сверхвысокой частоте?
Это способ передачи мощного электромагнитного излучения в металлической трубе?волноводе, где при определённых условиях затухание мало, что позволяет передавать до 10 млн кВт на расстояния до 1000 км, но требует сложных преобразователей на промышленной частоте.
Каковы современные пути повышения пропускной способности обычных ЛЭП переменного тока?
Основные пути — увеличение степени компенсации параметров (расщепление проводов, продольная ёмкость и поперечная индуктивность), а главное — повышение номинального напряжения, с теоретическим пределом около 1200 кВ из-за ограничений изоляции воздуха.
В каком режиме может работать ЛЭП переменного тока для снижения стоимости?
ЛЭП можно эксплуатировать в режиме глубокого регулирования напряжения по концам, подстраивая его под изменяющуюся нагрузку. В этом случае параметры линии можно выбирать не по максимальной мощности, что удешевляет электропередачу.
Андрей Повный