Проблеми передачі електроенергії на далекі відстані

Електроенергію доводиться передавати на великі відстані. Причини такі:

- її не можна консервувати, а треба відразу споживати;
- споживачі електрики розташовані далеко. Проводять електроенергію на електростанціях, які мають у своєму розпорядженні біля джерел сировини (гідроресурси, паливо).

Передача енергії на великі відстані є досить складною проблемою. Приблизно, 20% виробленої енергії втрачається при передачах.

Проводи ліній електропередач нагріваються струмом. Згідно із законом Джоуля - Ленца теплоту, в яку перетворюється, що йде на нагрів енергія, можна розрахувати за формулою: Q = IRt - кількість теплоти (Дж), де R - опір лінії (Ом), t - час (с), I - квадрат сили струму (А) Якщо довжина лінії дуже велика, то передача енергії може бути невигідна економічно. Звідси видно, що знизити втрати можна двома способами: по - перше, зменшуючи опір проводів R, по - друге зменшуючи в них силу струму I. Зменшити опір підвідних проводів при заданій відстані між електростанцією і споживачами можна тільки в результаті збільшення площі поперечного перерізу проводів, що очевидно, невигідно і може бути здійснено лише в невеликих межах.

Провід великого перерізу має менший опір, але стримує, його застосування, витрата металу і опори лінії можуть не витримати ваги таких проводів.

Збільшити напругу змінного струму, не змінюючи переданої потужності, можна за допомогою трансформатора. Тому без трансформатора здійснювати передачу електроенергії на великі відстані в сучасних умовах неможливо.

Відразу за генератором розміщують підвищувальний трансформатор. Трансформатор збільшує напругу, а сила струму в стільки ж разів зменшується. Потужність залишається майже незмінною.

Таке високе напруження в кінці лінії необхідно знизити, щоб використовувати електроенергію в освітлювальної мережі, для роботи верстатів за допомогою двигунів електропривода і т.д. Це роблять за допомогою понижуючих трансформаторів. Знижується напруга і відповідно, збільшується сила струму поступово за допомогою декількох трансформаторів, розташованих на лінії. Напруга стає все менше, а електричний ланцюг все ширше.

Актуальність проблеми підвищення пропускної спроможності ЛЕП

Відомо, що в останні роки багато міст стикаються з проблемою обмежену пропускну спроможність ЛЕП. Для задоволення все більш зростаючих потреб електромережеві компанії змушені постійно модифікувати існуючі мережі, застосовуючи такі класичні методи:

- будівництво додаткових ЛЕП;
- заміна проводів на великі поперечні перерізи;
- підвищення напруги;
- розщеплення фази.

Незважаючи на те, що ці методи іноді можна застосувати, у всіх них є істотні недоліки. Перше рішення вимагає значних вкладень, часу і отримання дозволів на установку нових ліній. Друге виявляється не завжди можливим, оскільки сталеалюмінієвий дріт більшого перетину володіє такою масою, на яку старі опори часто не розраховані, що в кінцевому підсумку призводить до необхідності установки нових опор ЛЕП більшого розміру. Організація будівництва нових опор може обернутися серйозними проблемами в густонаселених районах, районах приватних земель, в національних парках, заповідниках та інших зонах з забороною на будівництво. Третє і четверте рішення майже завжди призводить до необхідності перебудовувати всю лінію.

Звідси виникає актуальне необхідність істотного підвищення переданої потужності повітряних ліній, по можливості, уникаючи будівництва нових ліній, повної перебудови існуючих ліній, підвіски нових ланцюгів і т.д.

Нові шляхи підвищення пропускної спроможності повітряних ліній і сучасні тенденції

В даний час, існують рішення, що не має недоліків вищеописаних методів. Ці рішення забезпечують збільшення пропускної струмового здатності наявних ліній за рахунок застосування спеціальних проводів. Така постановка завдання приваблива, як з технічної, так і економічної точок зору.

На сьогоднішній день, висуваються наступні вимоги до сучасних проводам:

- максимально висока електропровідність;
- максимально висока механічна міцність;
- низька вага;
- стійкість до високих температур;
- малі температурні подовження;
- стійкість до старіння і вітровим впливів.

Умови виконання вищеописаних вимог є взаємовиключними, оскільки наприклад найкраща електропровідність забезпечується при найвищій чистоті алюмінію, проте при цьому значно знижується міцність. Тому для отримання необхідної температурної стійкості розглядалося застосування дисперсно-твердіючих матеріалів, цирконієвих сплавів, композитних та інших матеріалів, отриманням і впровадженням волокон оксиду алюмінію.

Світові фірми - виробники сучасних проводів ЛЕП

На світовому ринку в сфері виробництва класичних і спеціальних типів проводів виступають кілька десятків компаній. На сьогоднішній день найбільш актуальні постачальники вже визначилися:

- Nexans, Бельгія;
- Lumpi-Berndorf, Австрія;
- J-Power Systems, Японія.

Конструктивні особливості проводів AERO-Z, Nexans, Бельгія

Одним із шляхів вирішення проблеми є застосування так званих компактних проводів типу АERO-Z. У таблиці 1 наведені порівняльні характеристики сталеалюмінієвого дроти АС 240/56 і AERO-Z 346-2Z.

Основна особливість дроти АERO-Z полягає в формі дротів струмопровідних шарів - їх перетин нагадує букву «Z» (див. Рис. 1).

Принципи та ефективність

Верхній повів практично ідеально гладкий (див. Рис. 1), має незначні гвинтові канавки, що виникають між верхніми крайками Z-образних дротів. Цим досягається значне зменшення коефіцієнта аеродинамічного опору найбільш сильних вітрів. Таке зменшення тягне за собою менші механічні напруги в опорах при проводах рівного діаметра або дозволяє збільшити корисний електропровідне перетин при рівних механічних напругах в опорах.

При обриві дроту зовнішнього повиву дроти AERO-Z залишаються на місці під дією механічних робочих напруг. Дана властивість зберігається до тих пір, поки не відбувається обрив п'яти суміжних дротів.

Велика поверхня контакту між дротами покращує демпфірування.

Покращені вертикальні і крутний самозагасання дроти значно зменшує проблеми складної танці. Імовірність появи танці значно нижче, і якщо вона виникає, її амплітуда буде значно менше.

Провід краще протистоїть снігу і обмерзання. Утворення крижаних рукавів стає більш складним. Середня маса крижаних наростів становить половину спостерігається при екстремальних умовах. Більш того, слід зазначити, що нарости відокремлюються швидше через більшу крутильній жорсткості дроти.

Провід TACSR / ACS і TACSR / HICIN компанії «Lumpi-Berndorf», Австрія

Збільшення пропускної здатності проводів TACSR / ACS і TACSR / HICIN забезпечується їх більшою робочою температурою. Ці дроти стійкі до високої температури, можуть в умовах тривалого часу нести більш високу струмовий навантаження, ніж традиційні сталеалюмініевие дроти.

Провід по конструкції нагадують класичні дроти АС: сердечник і струмопровідні повиві (див. Рис. 2).

Відмінності в конструкції складаються в використані матеріали. Струмопровідні повів високотемпературних проводів зроблені зі спеціального термостійкого алюмінію ТА або сверхтермостойкого сплаву ZTA.

Обидва сплаву ТА і ZTA складаються з чистого алюмінію з добавкою цирконію, з тією різницею, що сплав ZTA має більшу кількість цирконію. Цирконій дозволяє підвищити температуру рекристалізації основного компонента - алюмінію. В результаті, струмопровідні дроту зберігають всі механічні та електричні характеристики при нагревах (див. Таблицю 2).

Використання сплаву Інвар як матеріал сердечника дроту дозволяє істотно знизити стріли провисання. Використання термостійкого алюмінію як токонесущей частини проводу дає можливість збільшити пропускну спроможність лінії в півтора рази, а застосування супертермоустойчівого сплаву в два рази. У таблиці 4 наведено порівняння технічних характеристик різних проводів. Лінії, що працюють в штатному режимі при температурі проводів 150 ° С або 210 ° С, не схильні до відкладенню ожеледиці, що означає як різке зниження ймовірності виникнення танці, так і зменшення пікових навантажень на опори. Провід TACSR / HACIN по конструкції не відрізняються від класичних проводів. Це дозволяє використовувати всі відомі типи арматури: спіральну, клинові затискачі і пресовані.

Методики роботи і монтажу цього проводу ідентичні методикам для класичного проводу АС. Не потрібно нових технологій, пристроїв і навчання персоналу.

Провід GTACSR компанії «J-Power», Японія

Збільшення пропускної здатності дроти GTACSR забезпечується також як і дроти «Lumpi Berndorf» більшою робочою температурою. Ці дроти стійкі до високої температури, можуть в умовах тривалого часу нести високу струмовий навантаження.

Особливість проведення GTACSR полягає в тому, що між струмопровідними шарами проводу і сталевим сердечником є ​​зазор (див. Рис.), Звідси і назва - «провід з зазором».

Переваги такої конструкції полягають у тому, що при монтажі та подальшої експлуатації все тяжіння доводиться на сталевий сердечник, і, відповідно, коефіцієнт розширення і модуль пружності дроту як цілого збігаються з характеристиками стали. Провід значно менше схильний до подовження за рахунок зростання температури. При робочих температурах (

150 ° С) стріла провисання проводу відчутно менше, ніж для будь-яких інших проводів (при тій же температурі). Це незаперечна перевага даного проводу. Поєднання перерахованих переваг, плюс висока пропускна здатність роблять цей провід найбільш розвиненим в технічному відношенні.

Безумовно, варто відзначити і що випливають з конструкції дроти недоліки:

- провід складної конструкції;

- технологія монтажу проводу досить складна; необхідне спеціальне обладнання і навчений персонал. Висуваються жорсткі вимоги до прольотах - не більше 3 підтримують опор в анкерному ділянці;

- ремонт дроти перетворюється в дуже складний захід;

- вартість проводу висока

400% в порівнянні з проводом АС.

Проблеми ЛЕП в передачі електроенергії на далекі відстані

Провідні електричні мережі як вУкаіни, так і інших країнах характеризуються значними втратами. Структура втрат на прімереУкаіни показана в таблиці нижче.

Таблиця 1. Втрати в електричних мережах РФ

Слід зазначити, що дальність передачі електроенергії використовуваними нині технологіями (повітряні ЛЕП, розроблені ще в XIX столітті) абсолютно не задовольняє вимогам економічного розвитку промисловості і сільського господарства. При передачі на відстані, необхідні для рівномірного розподілу електроенергії виникають неприпустимо великі втрати (до 50% в сільському господарстві і гірничодобувної промисловості).

У таблиці, наведеній нижче, показані економічно доцільні відстані передачі електроенергії.

Завдання розробки і впровадження альтернативних технологій передачі електроенергії на відстань, що дозволяють передавати енергію на істотно більші відстані, вимагає рішення в самий найближчий час. За найоптимістичнішими прогнозами, мінімум через 50 років на Землі закінчаться природні енергоносії. А подальший розвиток атомної енергетики, в світлі останніх великих аварій в СРСР і Японії. стоїть під питанням. Необхідно шукати нові джерела енергії, і вони вже відомі. Величезний потенціал прихований у використанні сонячної енергії. Сучасні технології вже сьогодні дозволяють отримати достатню кількість дешевої енергії, здатної покрити потреби всієї земної кулі. Основна проблема полягає в тому, як передати таке колосальна кількість енергії на відстань.

Метод, заснований на електромагнітної індукції

Метод, заснований на використанні радіочастотного і мікрохвильового випромінювання

Нові розробки, які дозволили через 100 років після Ніколи Тесла успішно здійснити передачу електроенергії на кілька метрів. Основними недоліками є:
- велике розсіювання електроенергії;
- залежність від перешкод на шляху передачі.

Для вирішення цих проблем передбачається використання сфокусованого пучка енергії і коригувальних датчиків, що не завжди доцільно з економічної та технічної точки зору.

Метод, заснований на радіо- і мікрохвилях

Досить цікава ідея, яку намагалися реалізувати в другій половині минулого століття, для передачі енергії на далеке відстані, наприклад з космосу. Як виявилося, що для її успішного здійснення, необхідно використовувати передавальні і приймаючі антени, діаметром 1 і 10 км відповідно, що істотно ускладнює практичне застосування цього способу.

Метод, заснований на використанні лазера

Найбільш перспективний на сьогоднішній день спосіб. Використання новітніх діодних лазерів, дозволило знизити втрати передачі електроенергії до 50%. Існують пробні моделі літаків і побутових приладів, що працюють на енергії, що передається лазером. Основною проблемою залишаються залежність від перешкод і велике розсівання електроенергії в атмосфері.

Незважаючи на те, що даний вид передачі електроенергії відомий вже давно, він залишається нереалізованим через дорожнечу і безлічі технічних складнощів. Але людству доведеться їх успішно подолати або знайти інші альтернативні способи передачі електроенергії. В іншому випадку йому доведеться зіткнутися з енергетичною кризою вже в найближчому доступному для огляду майбутньому.

Розробки в області ефірних технологій передачі енергії

В рамках перспективних досліджень в області ефірної фізики, що проводяться в БІУВНТ з початку XXI століття, були розроблені принципи і основи технології передачі енергії на наддалекі відстані, що дозволяють оптимізувати існуючі електроенергетичні системи шляхом зниження втрат на передачу енергії з 10 - 25%, характерних для існуючих ЛЕП до 1% і менше на відстанях порядку 10 тис. км. зниження витрат на будівництво ліній передачі енергії, як мінімум, на порядок, збільшення коефіцієнта використання встановленої потужності електростанцій з 0,4 - 0,7 нинішніх до 0,95 і вище, компенсації пікових навантажень і проблеми синхронізації електричних мереж.

В даний час БІУВНТ веде роботи з удосконалення нової технології для використання в системоутворюючих електрокорпораціях і її впровадження для задач наддалекої передачі енергії, характерних для ЄЕС Україна і Казахстану.

Чи знаєте Ви, що, коли деякі дослідники, які намагаються примирити релятивізм і ефірну фізику, кажуть, наприклад, про те, що космос складається на 70% з "фізичного вакууму", а на 30% - з речовини і поля, то вони впадають в фундаментальне логічне протиріччя. Це протиріччя полягає в наступному.

НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру