Новые решения для распределительных сетей на основе ВТСП кабелей
2007, Tом 4, выпуск 3
Тематика: ВТСП провода и кабели
21 мая корпорация American Superconductor (AMSC) объявила о подписании контракта с Con Edison на разработку и внедрение новой ВТСП технологии безопасности энергосистемы в сеть коммерческого центра города Нью-Йорк. Цель – защитить центр от любых перерывов энергоснабжения, причиной которых могут быть аварии из-за погоды, повреждения сети или актов терроризма. Название «Проект Гидра» («Project Hydra») программа получила по ассоциации c многоголовым мифическим чудовищем. Подобно тому, как у него отрастали головы после их отсечения, электроснабжение должно иметь множество запасных каналов на аварийные случаи (рис. 1).
Рис. 1. Схема размещения ВТСП кабеля на 13 кВ в распределительной сети низкого напряжения. Power Plant – электростанция, Area Substation – подстанция, Compact Networks – группа потребителей на общем фидере.
Полная стоимость Проекта оценивается в 39.3 млн. долл. Министерство национальной безопасности США Department of Homeland Security (DHS)) планирует инвестировать в данный проект 25 млн. долл., ожидая, что в дальнейшем это позволит использовать технологию безопасных энергосистем «Secure Super GridФ» на основе ВТСП проводов, кабелей и токоограничителей в сетях США. 18 мая Министерство подписало с AMSC предварительное соглашение на 1.7 млн. долл. (из них 1.1 млн. долл. от DHS), и работа над проектом началась. Подписано отдельное соглашение между AMSC и Con Edison – субподрядчиком этого проекта.
Размещение ВТСП кабеля в сети Нью-Йорка планируется осуществить за три года двумя этапами. Первый, уже начатый этап, состоит в подготовке прототипов систем. К 2008 г намечено завершение испытаний первой системы Secure Super Grid.
Второй этап сфокусирован на размещении этой системы на участке энергосети Con Edison в Нью-Йорке. В рамках проекта к 2010 г фирмой Southwire Company (США) (по контракту с AMSC) будет изготовлен триаксиальный «Triax™» кабель из ВТСП провода 2-го поколения «344» на 13 кВ (рис. 2).
AMSC предлагает новую СП технологию «Secure Super Grids™» для энергосистем большой мощности с защитой от перенапряжения, обеспечивающую безопасное и эффективное снабжение электроэнергией предприятий города.
Почему ВТСП кабели могут помочь при решении проблем с постоянно увеличивающейся потребностью мегаполисов в электроэнергии? Во-первых, кабели из ВТСП могут передавать в 10 раз большую мощность по сравнению с традиционными медными кабелями при аналогичном сечении кабельного канала (рис. 2). Во-вторых, замена медных кабелей, используя уже имеющиеся в грунте коммуникации, позволит обеспечить недостающие мощности без дополнительного проведения дорогостоящих земляных работ. Кроме того, при необходимости новых распределительных или подводящих электроэнергию сетей объем прокладочных работ также существенно меньше, чем в случае традиционных медных кабелей.
Рис. 2 Сравнение 3х3 сборки кабельного блока подземной распределительной сети из медного кабеля с одноканальным кабельным блоком ВТСП кабеля на 13 кВ при одинаковой передаваемой мощности в 69 МВА. Справа схема триаксиального кабеля совместного предприятия Southwire and NKT - ULTERA
В триаксиальном кабеле, как видно на рис 2, все три фазы расположены концентрически вокруг центрального стержня. Такая компактная конструкция позволяет вдвое сократить расход ВТСП провода и уменьшить охлаждаемую поверхность, таким образом, снизив требования к системе охлаждения. Эти особенности конструкции способствуют снижению стоимости СП кабеля.
К настоящему времени много компаний, в том числе и AMSC, занимаются разработкой и испытанием СП токоограничителей. «Secure Super Grids™» технология может соединить свойства ВТСП кабеля высокой мощности и ВТСП токоограничителей в одной системе. Токоограничение может быть достигнуто в кабеле из ВТСП 2-го поколения за счет сравнительного высокого удельного сопротивления исходных сверхпроводящих лент, появляющегося при перегрузке током. По расчетам AMSC, рынок новой технологии и токоограничителей в виде самостоятельных устройств превысит миллиард долларов в год. Исполнительный директор компании Грегори Юрик (Greg Yurek) предполагает, что новое направление послужит катализатором ускоренного внедрения ВТСП технологий в энергетические системы. Он считает «Проект Гидра» удачным соединением трёх идей: концепции Министерства национальной безопасности – вложение средств в инновационные энергетические технологии для повышения уровня безопасности энергосетей; концепции Con Edison – внедрение СП технологии в свой энергетический план «System of the Future» для Нью-Йорка; концепции AMSC – коммерциализация СП технологии для нужд электроэнергетики.
“Проект Гидра” имеет мощный фундамент 20 летних разработок ВТСП технологий в США, финансируемых Министерством энергетики и частными компаниями, уже функционируют ВТСП кабели в трех энергетических системах США (см. таблицу на стр.7 этого выпуска).
С дополнительной информацией о действующих сетях с ВТСП кабелями можно ознакомится на нашем сайте в разделе ВТСП кабели в сетях; а о ВТСП токоограничителях – в предыдущим выпуске Бюллетеня «Сверхпроводники для энергетики».
Мнение рецензента
Предложенная в проекте “Hydra” концепция объединения сверхпроводящими кабельными линиями районных трансформаторных подстанций в единую систему, несомненно, имеет свои преимущества, но не во всех случаях. К тому же это решение уже достаточно давно используется в энергетике, например, в системах тягового электроснабжения метрополите-нов, где кабельные перемычки между распределительными устройствами тяговых подстанций в отличие от проекта “Hydra” нормально отключены. Это необходимо для того, чтобы ограничить переток мощности, сулящий перегрузку одних и, соответственно, недогрузку других тяговых подстанций, поэтому включаются они только на случай ремонта или выхода из строя одной из тяговых подстанций.
Таким образом реализация поставленной задачи потребует больших капитальных затрат, однако на основе изложенного выше не совсем ясно, удастся ли организаторам этого проекта добиться его приемлемой экономической эффективности.