Сучасне енергоефективне обладнання для передачі і споживання електроенергії
Володимир Миколайович Варивода, доктор технічних наук, професор, Перший заступник генерального директора ФГУП ВЕІ з науки та інновацій, розповідає в своїй доповіді про інновації в сфері енергоефективного обладнання для передачі і споживання електричної енергії.
Сьогодні енергоефективність економіки вУкаіни поступається провідним країнам світу практично в два, три або навіть чотири рази. Велика площа території нашої країни дещо ускладнює вирішення завдань, пов'язаних з підвищенням енергоефективності. Саме тому мені хотілося б виділити ще один важливий аспект енергозбереження - передачу електроенергії. Ми всі звикли до того, що сьогодні більше говориться про споживання енергії, про енергоефективні будинках, про енергозберігаючому освітленні. І зараз я хочу зробити акцент саме на частини передачі і розподілу електричної енергії.
Але крім напрямків інтелектуалізації, створення smart grid, створення технологічного комплексу в цій мережі, слід зазначити, що перед нами як і раніше стоїть завдання високої якості електропостачання. Сюди відносяться енергоефективність і енергозбереження, тобто зниження втрат електроенергії від генерації до споживача.
Крім того, я хотів би нагадати, що сьогодні в електроенергетичні системи впроваджуються нові інформаційні технології, виникають радикально нові технології. До таких технологій можна віднести, наприклад, електроенергетичні пристрої, що використовують принцип високотемпературної надпровідності. Нагадаю, що надпровідність була відкрита ще в початку XX століття, а високотемпературна надпровідність - в 1986 році. Однак новий переворот, пов'язаний з появою надпровідників другого покоління, стався всього років 5 назад. І сьогодні можна вже говорити про реальну електроенергетиці, що базується на високотемпературної надпровідності, яка в свою чергу, допоможе вирішувати проблеми енергоефективності.
Зниження втрат в електроенергетиці включає кілька складових. По-перше, це створення регламентуючих документів, які визначають порядок роботи та вимоги. По-друге, це створення нових систем контролю і обліку електроенергії, що надається споживачу. Нарешті, існує можливість за рахунок правильної побудови мереж знизити втрати і підвищити енергоефективність електроенергетичних систем.
Але є і ще один важливий чинник - це технологічні втрати в самому обладнанні. Основні втрати - йдеться про втрати близько 100 мільярдів кіловат-годин на рік - це, в першу чергу, навантажувальні втрати, пов'язані з нагріванням провідників. По-друге, це втрати в трансформаторі, які становлять майже третину від усіх технологічних втрат. Втрати на власні потреби також вельми значні: мова йде про декілька відсотків або про десятки мільярдів кіловат-годин на рік, що еквівалентно потужності не однієї електростанції. Знизити ці втрати - це значить не будувати додаткові електростанції.
Саме з цих напрямків сьогодні ведуться роботи по формуванню та впровадженню нових технологій. На лініях електропередач ми можемо отримати загальну економію близько 20 мільярдів кіловат-годин, в трансформаторному і реакторному обладнанні - близько 15 мільярдів кіловат-годин на рік, на власні потреби теж можна заощадити кілька мільярдів кіловат-годин. За рахунок інновацій з'являється реальна можливість знизити ці втрати на 30-40%.
Нові технічні рішення - перш за все, технології керованих ліній передач - дозволяють істотно знизити навантажувальні втрати. З'явилися нові системні пристрої - керовані статичні тиристорні компенсатори, фазоповоротние трансформатори і так далі. Вони забезпечують можливість виключити перетікання для активної потужності, які ведуть до додаткових втрат, і, відповідно, передавати тільки ту потужність, яка може використовуватися. Крім того, сама топологія електроенергетичних систем і оптимізація систем розвитку перетоків потужності також дозволяють знизити навантажувальні втрати, щоб не переганяти транзитну потужність від одного вузла електроенергетичної системи до іншого.
Ще один важливий момент - стан ліній електропередач і підстроювання навантажувального режиму. Раніше все системи відповідали якомусь проекту, і на цих розрахунках будувалася робота. Тепер існує можливість бачити реальний режим, підлаштовувати його і тим самим зменшувати втрати. Можна змінити параметри мережі і поліпшити технічний клімат, який забезпечить зниження втрат. Наступний аспект - оптимізація щільності струму. Поняття ефективної щільності струму базувалася на досить старих технологіях. Поява нових матеріалів і нових технічних рішень дозволяє по-новому дивитися на щільність струму - це ще один хороший інструмент зниження втрат.
Якщо говорити про навантажувальних втратах, не можна не згадати про появу високотемпературних надпровідників. Сьогодні в світі реалізуються вже десятки, навіть сотні проектів з використанням кабелю на основі високотемпературних надпровідників, де втрати знижені, принаймні, в кілька разів.
Зниження втрат в трансформаторах - це друга велика задача. Тут важливі такі технології, як використання аморфних структурованих сталей для муздрамтеатру, застосування надпровідних трансформаторів, оптимізація схеми конструкції трансформаторів, використання сухих інтелектуальних трансформаторів, які забезпечені системами, що забезпечують контроль стану трансформатора в режимі онлайн.
Хорошим прикладом нових технологій, що з'явилися за останні 10-15 років, є застосування силіконових ізоляторів, які мають властивість гідрофобності. Гідрофобні матеріали забезпечують різке зниження витоків по поверхні ізолятора.
Тепер прийшов час поговорити про споживання енергії. Ми знаємо, що велика частка втрат (близько 50%) припадає на споживання енергії електроприводом. Електроприводи бувають різні - дроти в трамваї, транспорті, в метро, в високовольтному обладнанні. Однак існують технічні рішення, які дозволяють скоротити ці втрати. Одна з розробок - частотно-регульований електропривод, який повинен стати основним енергоефективним електроприводом в промисловості, транспорті і в інших галузях.
З'явилася тенденція замінювати газові вимикачі на вакуумні. Однією з причин цього стало те, що потужність приводу для вакуумної техніки в 2-3 рази менше, ніж для будь-якої іншої комутаційної техніки або газової техніки. Таким чином, інноваційні електротехнології можуть дати економію в мільярдах кіловат-годин і загальну економію в мільярдах рублів в рік.
Тепер кілька слів про надпровідниках. У надпровідному кабелі втрати майже на порядок нижче, ніж втрати, які є в звичайних кабелях. Сьогодні вУкаіни починають впроваджуватися ці технології, вбудовані перші лінії, що знаходяться в дослідній експлуатації. Я думаю, що в найближчі 10-30 років ця технологія буде поступово завойовувати ринок. У нас зникнуть трансформатори в місті, тому що за допомогою цих кабелів, пропускна здатність яких дуже велика, можна буде передавати велику потужність. На генераторному напрузі можна буде побудувати всю мережу мегаполісу. Відсутність трансформаторів означає відсутність потужності, яка втрачається в трансформаторі. Сьогодні такі проекти, що забезпечують радикальне зниження втрат в енергосистемах, реалізуються в різних країнах світу, і за ними майбутнє.
Сьогодні від лампи Едісона ми поступово переходимо до світлодіоду, який дозволяє отримати при тій же споживаної електроенергії істотно більше освітлення. І ця техніка вже впроваджується, це техніка споживача, перш за все.
На закінчення я хотів би додати, що нові технології, пов'язані з передачею, розподілом і споживанням електроенергії, дають можливість знизити втрати і отримати помітний ефект в енергозбереженні. Вони оцінюються цифрою близько 100 мільярдів кВт-годин на рік. Це резерв, за яким потрібно працювати, і тут у нас є великий потенціал.
В. Н. Варивода, Перший заступник генерального директора ФГУП ВЕІ з науки та інновацій
(За матеріалами доповіді конференції РБК "Енергоефективність та енергозберігаючі технології вУкаіни»)