Потужна альтернатива змінному струму

Постійний струм надвисокої напруги забирає електроенергію далі з меншими втратами.

Ця стаття була розроблена для Мега підрозділом Scientific American Custom Media, відділом, окремим від ради редакторів журналу.

  • 26 грудня 2018 р
  • |
  • Фотографія:

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Зареєструватися "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Китай прагне влади. Середній клас, що швидко розростається, сприяє невпинному попиту на електроенергію. За даними Національного управління енергетики Китаю, щорічне споживання електроенергії зростає приблизно на 8 відсотків - удвічі більше, ніж у Сполучених Штатах.

Цей попит не повинен забруднювати. Китай має потужність виробляти електроенергію, необхідну йому на своїх гідроелектростанціях. На жаль, ці заводи значною мірою знаходяться далеко від прибережних міських центрів, які споживають значну частину потужності країни.

Реакцією Китаю стало використання передової технології передачі енергії, яка може подолати величезні відстані - технології, яка, за іронією долі, повертається до найперших днів електроенергетики.

У 2010 році вона стала першою країною, яка прийняла постійний струм надвисокої напруги (UHVDC). Хоча піонер галузі Томас Едісон виступав за передачу потужності постійним струмом ще в кінці ХІХ століття, змінний струм (AC) став стандартом, оскільки набагато простіше було перетворити між дуже високими напругами, необхідними для ліній електропередач на великі відстані, і набагато нижчими напругами, використовуваними звичайні домогосподарства. Недоліком AC є те, що він втрачає потужність під час передачі. Це тому, що напрямок струму коливається вперед-назад (отже, «чергується»), який споживає значну частку потужності. Для даної напруги система змінного струму приблизно вдвічі перевищує втрату системи постійного струму.

Система UHVDC, побудована за допомогою транснаціональних компаній Siemens та ABB Group, передає 6,4 гігавата від дамби Сяньцзяба провінції Сичуань майже на 2000 км до Шанхаю при 800 кіловольт (кВ), що вдвічі перевищує напругу типових систем міжміських відстаней.

Насправді система UHVDC може забезпечити до 10 гігават, достатньо для живлення майже 20 мільйонів китайських будинків. І це лише початок великих ліній електропередач. Раніше цього року компанія Siemens поставила до Китаю перший у світі трансформатор потужністю 1100 кВ потужністю до 13 ГВт, що приблизно дорівнює потужності 10 атомних електростанцій. "Якщо ви хочете подолати відстань у кілька тисяч кілометрів, вам просто доведеться будувати системи високої напруги", - говорить Френк Шеттлер, менеджер з життєвого циклу продукції підрозділу HVDC plus компанії Siemens.

альтернатива

Влада людям

Окрім кращої передачі енергії, деякі частини системи постійного струму використовують менше матеріалу, роблячи їх дешевшими та екологічнішими. Типова система змінного струму використовує шість провідних проводів, тоді як постійний струм використовує три, трохи більші дроти. Це не тільки означає, що системи постійного струму потребують менше алюмінію для своїх проводів, але вежі можуть бути меншими і потребуватимуть менше сталі, оскільки вони мають меншу вагу для перенесення - не кажучи вже про менший фізичний слід.

Усі ці фактори знижують вартість.

"Коли ви знаходитесь на відстані 700 миль і вище, ваші капітальні витрати на систему 800 кВ стають набагато меншими порівняно з системою змінного струму", - говорить Ніл Кірбі, менеджер з розвитку бізнесу HVDC у бізнесі GE Power Grid Solutions, який триває року допоміг встановити першу чергу системи передачі 800 кВ, 6000 МВт.

Частково економія компенсується витратами на будівництво та експлуатацію спеціалізованих станцій з обох сторін, необхідних для перетворення змінного струму на постійний та зворотний. Ці станції можуть бути дорогими, в деяких випадках до 1 мільярда доларів для пари, вважає Кірбі. І існують такі змінні, як дизайн системи, витрати на виробництво та ціни на енергію, які ускладнюють можливість сказати, в який саме момент система UHVDC стає дешевшою, але в деяких випадках це вже дешевше.

Нові технології для країн, що розвиваються

Принаймні, на даний момент найбільш сприятливими місцями для УВВДК є більші країни, які здатні виробляти великі обсяги енергії і повинні доставляти її в міста на великі відстані. Поряд з Китаєм та Індією, де минулого року була встановлена ​​перша фаза системи передачі 800 кВ, 6000 МВт, потенційними ринками є Бразилія, яка залежить від гідроенергетики на понад 75 відсотків постачання електроенергії і вже реалізує проект. Більша частина гідроенергії Бразилії виробляється в Амазонці на півночі, але саме міста на південному сході, такі як Ріо-де-Жанейро та Сан-Паоло, мають найбільший попит.

Також йдеться про побудову систем UHVDC для передачі енергії від вітрових електростанцій у Північному морі або сонячних батарей в пустелі. Однак тут технічні виклики ускладнюються проблемами перетину юрисдикційних меж та необхідністю укладати угоди між окремими урядами та конкуруючими енергетичними компаніями.

Рам Адапа, технічний директор у галузі постачання та використання електроенергії в Інституті досліджень електроенергетики, неприбутковій організації в Пало-Альто, штат Каліфорнія, вказує на проект HVDC потужністю 600 кВ, який планувалося передавати енергію від вітрових електростанцій в Оклахомі споживачам в Мемфісі, штат Теннессі. Але Арканзас, між двома штатами, заперечив проти того, щоб через нього проклали лінії електропередачі, і на початку цього року Міністерство енергетики США відкликало підтримку проекту.

Незважаючи на такий інтерес до Сполучених Штатів, майбутнє передачі постійного струму високої напруги знаходиться у світі, що розвивається.