Энергоэффективность в энергосистеме
Одним из примеров мер по повышению эффективности, направленных прежде всего на коммунальные предприятия, которые управляют системой T & D, является инициатива, проводимая в Министерстве энергетики США по внедрению новых стандартов эффективности для распределительных трансформаторов.
5 технологий для повышения эффективности в системе T & D (фото кредит: ABB Inc, высоковольтный клапан постоянного тока)
Это серые цилиндры, которые вы видите, находящиеся на полках полезности в жилых кварталах, а металлические корпуса размещены на цементных площадках на уровне земли.
Сегодня в США насчитывается более 40 миллионов распределительных трансформаторов. Они являются одними из самых распространенных и наиболее стандартизированных частей электрооборудования и по этой причине делают основной мишень для усовершенствований, которые затем могут распространяться на больших площадях.
Предлагаемые стандарты будут иметь относительно скромное влияние на эффективность данного трансформатора, около 4% по сравнению с текущими моделями. Однако, когда этот прирост усиления умножается на тысячи единиц, которыми управляет даже небольшая утилита, результат впечатляет.
На уровне распространения существуют другие инициативы, но если мы сосредоточим наше внимание на мерах, которые имеют наибольший потенциал для повышения эффективности, мы неизбежно должны смотреть на передачу.
Существует множество технологий, которые уже применяются для повышения эффективности передачи, и тем более для тех, кто еще не достиг полной коммерческой реализации.
В следующих разделах мы рассмотрим некоторые из этих технологий:
- HVDC - высоковольтный переменный ток
- ФАКТЫ (Гибкие системы передачи переменного тока)
- Подстанции газовые (ГИС)
- Сверхпроводники / Кабели HTS
- Широкополосные системы мониторинга
1. HVDC - высоковольтный переменный ток
Световодная система 350 кВ ABB HVDC, которая стабилизирует слабые энергетические сети в Намибии, также позволяет осуществлять торговлю электроэнергией в экспансивном регионе на юге Африки.
Большинство линий электропередачи, составляющих североамериканскую сеть передачи, представляют собой высоковольтные линии переменного тока (HVAC).
Передача постоянного тока (DC) обеспечивает большие преимущества перед AC:
- 25% потерь нижней линии,
- В два-пять раз больше мощности линии переменного тока при аналогичном напряжении,
- Возможность точно контролировать поток энергии.
Исторически сложилось так, что относительно высокая стоимость терминальных станций HVDC отбросила технологию к использованию только в приложениях дальнего действия, таких как Pacific DC Intertie, которая соединяет огромные гидроэнергетические ресурсы реки Колумбия с населенными пунктами Южной Калифорнии.
С появлением нового типа HVDC, изобретенного ABB и получившего название HVDC Light, преимущества передачи постоянного тока теперь реализуются на гораздо более коротких расстояниях. Одним из примеров этой технологии является кросс-звуковой кабель, соединяющий Лонг-Айленд и Коннектикут.
Вернуться в Темы
2. ФАКТЫ (Гибкие системы передачи переменного тока) Устройства
Установка ABB Flexible AC Transmission Systems (FACTS) в Канаде
Семейство силовых электронных устройств, известных как гибкие системы передачи переменного тока или FACTS, обеспечивает множество преимуществ для повышения эффективности передачи. Возможно, самое непосредственное - их способность более активно загружать существующие линии переменного тока, не увеличивая риск нарушений в системе.
Фактические результаты варьируются в зависимости от характеристик каждой установки, но опыт отрасли показал, что устройства FACTS увеличивают пропускную способность на 20-40%. Устройства FACTS стабилизируют напряжение и, таким образом, устраняют некоторые ограничения безопасности работы, которые мешают операторам более тяжелую загрузку данной линии.
В дополнение к повышению эффективности эти устройства также обеспечивают четкую надежность.
Вернуться в Темы
3. Подстанции с газовой изоляцией (ГИС)
Одна из крупнейших в мире установки для газовой изоляции SF6, на плотине Three Gorges в Китае: ЭЛК-3 ГИС, 73 отсека, 550 кВ
Большинство подстанций занимают большие площади земли для удовлетворения проектных требований данного объекта.
Однако каждый раз, когда мощность протекает через подстанцию, чтобы понизить напряжение, больше энергии теряется, когда мощность протекает через трансформаторы, переключатели и другое оборудование. Эффективность низковольтных линий, выходящих из подстанции, также заметно ниже, чем у их высоковольтных коллег.
Если мощность может передаваться при более высоком напряжении на подстанцию, которая ближе к тому, где будет потребляться энергия, возможны значительные улучшения эффективности.
Подстанции с газовой изоляцией, по существу, принимают все оборудование, которое вы найдете на открытой подстанции, и инкапсулируйте его внутри металлического корпуса. Воздух внутри заменяется специальным инертным газом, который позволяет размещать все компоненты намного ближе друг к другу без риска переполнения.
В результате, теперь можно найти подстанцию в подвале здания или другого ограниченного пространства, чтобы эффективность высоковольтной передачи могла быть использована в полной мере.
Вернуться в Темы
4. Сверхпроводники / Кабели HTS
Сверхпроводящие материалы при температурах жидкого азота или вблизи них имеют способность проводить электричество с почти нулевым сопротивлением.
Относительное увеличение мощности сравнивает кабель HTS с кабелем XLPE
Так называемые высокотемпературные сверхпроводящие (HTS) кабели, которые сейчас разрабатываются, которые по-прежнему требуют некоторого охлаждения, могут нести в три-пять раз больше мощности обычных кабелей.
Потери в кабелях HTS также значительно ниже потерь в обычных линиях, даже если включены затраты на охлаждение. Крупный поставщик сверхпроводящих проводников утверждает, что потери кабеля HTS составляют лишь половину процента (0, 5%) от передаваемой мощности по сравнению с 5-8% для традиционных силовых кабелей.
Сверхпроводящие материалы могут также использоваться для замены медных обмоток трансформаторов для снижения потерь на целых 70% по сравнению с текущими проектами.
Вернуться в Темы
5. Системы мониторинга по всему району
Мониторинг и эксплуатация
Большая часть системы передачи могла бы быть осуществлена при более высокой нагрузке, если бы не надежность. Однако, если операторам была предоставлена возможность более точно контролировать условия сетки и в реальном времени, некоторые из этих ограничений будут удалены.
Один пример относится к простому факту, что когда линии передачи нагреваются, металл становится гибким, а линии прогибаются, что может вызвать короткое замыкание, если они вступают в контакт с деревом или другим заземляющим объектом.
Широкополосные системы мониторинга (WAMS) обладают многими многообещающими возможностями, одним из которых является линейный тепловой мониторинг. Благодаря этой функциональности операторы передачи могли бы, по-видимому, более легко менять нагрузку линий передачи, поскольку они имеют четкое представление о том, насколько близко данная линия действительно соответствует ее тепловым пределам.
Вернуться в Темы
HVDC Light 3D (видео)
Ссылка: ABB - Энергоэффективность в энергосистеме