Потери энергии: гибкость и адаптивность работы линий


Формулировка

Предложите распределенные системы гибкого управления линиями электропередач.

Задача для конкурсантов

Результат может быть представлен в виде концептов и проектов распределенных системы гибкого управления линиями, их элементов, в т.ч. приборов. Решения должны реализовывать принцип распределенного измерения и управления, работать с мультиагентной системой управления, быть автоматическими и автономными, обеспечивать гибкое управление линиями, делать линии активными элементами управления.

Актуальность

В «умной» сети линии электропередач становятся активными элементами управления, могут гибко управляться и реагировать на режимы передачи, адаптироваться под них. За счет этого достигается существенное снижение потерь энергии в сетях.

В аспекте гибкого управления линиями проблема гибкого управления линиями состоит в том, что сегодня линии рассматриваются исключительно как пассивный элемент передачи электроэнергии и мощности, что не соответствует требованиям интеллектуальной энергетики. Из-за этого сегодня потери электроэнергии в сетях составляют до 3%. Нерешенной задачей является реализация таких линий электропередач, которые гибко и адаптивно реагировали бы на изменение режимов передачи, изменение загрузки, управляли бы сами собой. Все это требует увеличения степени интеграции линий и элементов управления, применения новых конструктивных элементов линий, адаптивно-реагирующих на изменения внешних условий и объемов передачи.


Проблематика

При передаче элекроэнергии на большие расстояния, например в случае неравномерности загрузки сетей, происходят существенные потери в ЛЭП. К примеру, на ЛЭП с напряжением до 10 кВ теряется около 3% передаваемой энергии, до 50 кВ – 2.5%, до 500 кВ – около 1.5%.

Высокое напряжение используется для уменьшения потерь электроэнергии в сопротивлении проводов. Мощность пропорциональна току в цепи, а потери на нагрев проводов пропорциональны квадрату тока. Однако, мощность также пропорциональна напряжению, таким образом заданный уровень мощности может быть обеспечен более высоким напряжением при более низких токах. При этом, чем выше напряжение, тем ниже мощность потерь. Мощность потерь так же может быть уменьшена путем уменьшения сопротивления линии, что обычно достигается увеличением диаметра проводника; однако провода большего сечения имеют больший вес и стоимость.

Высокое напряжение нельзя прямо использовать для освещения и электроснабжения оборудования, и значит напряжение должно быть уменьшено до величины, совместимой с конечным потребителем. Трансформатор, который может работать только на переменном напряжении, является эффективным способом изменения напряжения. Соревнование между сторонником постоянного тока Томасом Эдисоном и переменного тока Николой Тесла и Джорджа Вестингауза, известное как «Война токов», привела к победе сторонников переменного тока. Практическое применение постоянного тока стало возможным только с развитием мощных электронных устройств, таких как ртутные вентили и более поздние полупроводниковые устройства, такие как тиристоры, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) и запираемые тиристоры (GTO).

PostTVN.png

Высоковольтная линия постоянного тока

Высоковольтная линия постоянного тока (HVDC) используется для передачи больших электрических мощностей по сравнению с системами переменного тока. При передаче электроэнергии на большие расстояния устройства системы HVDC менее дороги и имеют более низкие электрические потери. Даже при использовании на небольших расстояниях, где стоимость преобразовательного оборудования HVDC системы сравнима со стоимостью системы переменного тока, линия постоянного тока имеет больше преимуществ.

HVDC (ПостТВН) является на настоящее время лучшим средством для транспортировки высокомощной электроэнергии на большие расстояния. Преимущество HVDC — способность передавать большее количество энергии на длинные дистанции с меньшими капитальными затратами и меньшими потерями, чем на переменном токе. В зависимости от уровня напряжения и схемы, потери будут составлять приблизительно 3 % на 1000 км. Передача на постоянном токе высокого напряжения позволяет эффективно использовать источники энергии, удаленные от энергоузлов нагрузки.

  • Большая пропускная способность на больших расстояниях
  • Меньшие потери и капитальные затраты на длинные линии
  • Возможность использования кабелей и воздушных линий (кроме того, возможность их совместного использования)
  • Отсутствие транспорта с реактивной мощностью
  • Возможность соединить независимые сети переменного тока
  • Электропередача постоянного тока высокого напряжения.

При этом важно понимать, что сеть постоянного тока это хорошее дополнение к сети переменного тока, но не ее замещение.

Особенности технологии

  1. Высокая мощность, наименьшее расстояние для транспортировки энергии. Подавление "круговых потоков"
  2. Поддержание стабильности сети переменного тока. Возможности гибких систем передачи переменного тока (FACTS)

Перспективные задачи развития

  • Увеличение максимальной мощности
  • Прерыватели постоянного тока и устойчивая защита
  • Автоматизированное управление энергетическим потоком сети
  • Центральное управление, т.е. пуск/стоп, повторное распределение нагрузки

Долгосрочная цель развития

Преобразование DC/DC для создания сетей из сетей (system-of-systems - supersystem) постоянного тока (DC) (межконтинентальные/глобальные сети)

Нетрадиционные решения

Беспроводная передача электричества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К 2011 году имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети). Технологические принципы такой передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от ультрафиолета до микроволн).

Комментарии


Добавить свой комментарий
На сайте Конкурс приветствуются все комментарии. Если вы не хотите быть анонимным, зарегистрируйтесь или представьтесь. Это бесплатно.