Супер сетка
Суперсеть — или суперсеть это глобальная сеть передачи , обычно трансконтинентальная или многонациональная, которая предназначена для обеспечения возможности торговли большими объемами электроэнергии на большие расстояния. Иногда ее также называют «мегасеткой». Обычно предлагается использовать в суперсетях постоянный ток высокого напряжения (HVDC) для передачи электроэнергии на большие расстояния. Линии электропередачи HVDC последнего поколения могут передавать энергию с потерями всего 1,6% на 1000 км. [1]
Суперсети могут поддержать глобальный энергетический переход , сглаживая локальные колебания ветровой и солнечной энергии . В этом контексте они рассматриваются как ключевая технология смягчения последствий глобального потепления .
История
[ редактировать ]Идея создания линий электропередачи на большие расстояния для использования удаленных возобновляемых источников не нова. В США в 1950-х годах было сделано предложение по поставке гидроэлектроэнергии с плотин, строившихся на северо-западе Тихого океана, потребителям в Южной Калифорнии , но оно было отвергнуто и отвергнуто. В 1961 году президент США Джон Ф. Кеннеди санкционировал крупный проект общественных работ с использованием новой высокого напряжения постоянного тока технологии из Швеции . Проект был реализован в результате тесного сотрудничества между General Electric в США и ASEA в Швеции , и система была введена в эксплуатацию в 1970 году. После нескольких модернизаций преобразовательных подстанций за прошедшие десятилетия мощность системы теперь составляет 3100 МВт. известный как Pacific DC Intertie .
Концепция «суперсети» возникла в 1960-х годах и использовалась для описания возникающего объединения сети Великобритании. [2] В кодексе, который регулирует Британскую энергосистему, Кодекс энергосистемы, [3] Суперсеть в настоящее время определяется – и так было с тех пор, как этот кодекс был впервые написан в 1990 году – как относящаяся к тем частям британской системы передачи электроэнергии, которые подключены к напряжениям, превышающим 200 кВ (200 000 вольт). Поэтому проектировщики и оперативный персонал британских энергосистем неизменно говорят о Суперсети в этом контексте; на практике используемое определение охватывает все оборудование, принадлежащее компании National Grid в Англии и Уэльсе, и никакое другое оборудование.
Что изменилось за последние 40 лет, так это масштаб энергии и расстояний, которые можно себе представить в суперсети. Европа начала объединять свои сети в 1950-х годах, и ее крупнейшей объединенной сетью является синхронная сеть континентальной Европы, обслуживающая 24 страны. Ведется серьезная работа по объединению этой синхронной европейской сети (ранее известной как сеть UCTE) с соседней синхронной сетью электропередачи некоторых стран СНГ – сетью IPS/UPS . В случае завершения результирующая массивная сетка будет охватывать 13 часовых поясов, простирающихся от Атлантики до Тихого океана. [4]
Хотя такие сети покрывают большие расстояния, способность передавать большие объемы электроэнергии остается ограниченной из-за перегрузок и проблем с контролем. SuperSmart Grid (Европа) и Unified Smart Grid (США) определяют основные технологические обновления, которые, по утверждению сторонников, необходимы для обеспечения практической работы и обещанных преимуществ таких трансконтинентальных мегасетей.
Концепция
[ редактировать ]В нынешнем использовании термин «суперсеть» имеет два значения: один — это слой надстройки, наложенный или наложенный на существующую региональную сеть или сети передачи, а второй — наличие некоторого набора превосходных способностей, превосходящих возможности даже самых продвинутых сетей.
Мега сетки
[ редактировать ]В значении «наложение» или «надстройка» суперсеть представляет собой эквивалент глобальной синхронной сети на очень большие расстояния , способной осуществлять крупномасштабную передачу возобновляемой электроэнергии. В некоторых концепциях передающая сеть линий электропередачи высокого напряжения постоянного тока образует слой, который четко отделен от системы супермагистралей от системы городских улиц и региональных автомагистралей. В более традиционных концепциях, таких как предлагаемое объединение синхронной европейской сети UCTE и системы IPS/UPS СНГ , такая мегасеть ничем не отличается от типичных глобальных синхронных систем передачи , где электроэнергия проходит по специальному транзитному маршруту непосредственно через местные сети. линии электропередачи или линии высокого напряжения постоянного тока по мере необходимости. [5] Исследования таких систем континентального размера показывают, что существуют проблемы масштабирования из-за сложности сети, перегрузки передачи и необходимости в системах быстрой диагностики, координации и управления. Такие исследования показывают, что мощность передачи должна быть значительно выше, чем у нынешних систем передачи, чтобы способствовать беспрепятственной торговле энергией на расстояниях, не ограниченных государственными, региональными или национальными или даже континентальными границами. [6] С практической точки зрения, стало необходимым включить функции интеллектуальных сетей , такие как глобальные сенсорные сети (WAMS), даже в региональные сети скромного размера, чтобы предотвратить крупные отключения электроэнергии, такие как отключение электроэнергии на северо-востоке в 2003 году . Динамические взаимодействия между группами производителей электроэнергии становятся все более сложными, а временные помехи, которые каскадом распространяются на соседние коммунальные предприятия, могут быть внезапными, масштабными и сильными, сопровождаясь резкими изменениями в топологии сети, когда операторы пытаются вручную стабилизировать сеть. [7]
Улучшенная сетка
[ редактировать ]Во втором смысле продвинутой сети суперсеть превосходит не только потому, что это обширная мегасеть, но и потому, что она хорошо скоординирована на макроуровне, охватывающем страны и континенты, вплоть до микроуровня. планирование нагрузок с низким приоритетом, таких как водонагреватели и холодильное оборудование. В предложении европейской SuperSmart Grid и концепции Unified Smart Grid в США такие суперсети имеют интеллектуальные функции на глобальном уровне передачи, которые объединяют локальные интеллектуальные сети в единую глобальную суперсеть. Это похоже на то, как Интернет объединил несколько небольших сетей в одну повсеместную сеть.
Широкую зону передачи можно рассматривать как горизонтальное расширение интеллектуальной сети. При смене парадигмы различие между передачей и распределением стирается по мере интеграции, поскольку поток энергии становится двунаправленным. Например, распределительные сети в сельской местности могут генерировать больше энергии, чем потребляют, превращая местную интеллектуальную сеть в виртуальную электростанцию , или городской парк из миллиона электромобилей можно использовать для сокращения пиков поставок электроэнергии путем интеграции их в интеллектуальная сеть с использованием технологии «автомобиль-сеть» .
Одним из преимуществ такой географически рассредоточенной и динамически сбалансированной системы является то, что потребность в выработке базовой нагрузки значительно снижается, поскольку непостоянство некоторых источников, таких как океан , солнечная энергия и ветер . можно сгладить [10] Серия подробных исследований по моделированию, проведенных доктором Грегором Чишем, в которых рассматривалось общеевропейское внедрение возобновляемых источников энергии и объединение энергетических сетей с помощью кабелей HVDC , показывает, что все энергопотребление в Европе может происходить за счет возобновляемых источников энергии, при этом 70% общей энергии будет приходиться на энергию ветра. тот же уровень стоимости или ниже, как в настоящее время. [11] [12] [13]
Для некоторых критиков такой широкий уровень передачи не является чем-то новым; они отмечают, что эта технология мало чем отличается от той, которая используется для региональных и национальных сетей электропередачи. Сторонники отвечают, что помимо качественных функций интеллектуальных сетей, которые позволяют мгновенно координировать и балансировать источники прерывистой энергии через международные границы, количественная полнота имеет собственное качество. Утверждается, что суперсети открывают рынки. [14] Точно так же, как автострады произвели революцию в транспорте между штатами, а Интернет произвел революцию в онлайн-торговле, когда были построены комплексные сети с высокой пропускной способностью, утверждается, что необходимо построить суперсеть высокой пропускной способности, чтобы обеспечить такую всеобъемлющую распределительную сеть с такой доступной пропускной способностью. что торговля энергией ограничена только тем, сколько электроэнергии предприниматели могут вывести на рынок.
Технология
[ редактировать ]Планы создания суперсетей большой площади обычно предусматривают массовую передачу с использованием постоянного тока высокого напряжения линий . Предложение SuperSmart Grid в Европе основано на HVDC, а в США ключевые лица, принимающие решения, такие как Стивен Чу, отдают предпочтение национальной системе энергосистем постоянного тока на большие расстояния. [15] В отрасли есть сторонники переменного тока высокого напряжения (HVAC). Хотя гибкие переменного тока системы передачи ( FACTS ) имеют недостатки при передаче на большие расстояния, компания American Electric Power выступила за создание суперсети напряжением 765 кВ, которую они называют I-765, которая обеспечит 400 ГВт дополнительной мощности передачи, необходимой для производства 20% энергии США с помощью ветряных электростанций. базируется на Среднем Западе. (См. рисунок выше). [9] Сторонники систем HVAC отмечают, что системы HVDC ориентированы на массовую передачу из двух точек, и множественные подключения к ним потребуют дорогостоящего сложного оборудования связи и управления, в отличие от простых повышающих трансформаторов, необходимых в случае линий переменного тока использования . В настоящее время существует только одна многоточечная система передачи постоянного тока на большие расстояния. [16] В более отдаленном будущем потери напряжения нынешними методами можно было бы избежать с помощью экспериментальной сверхпроводящей технологии SuperGrid , где кабель передачи охлаждается трубопроводом с жидким водородом, который также используется для передачи энергии по всей стране. Необходимо учитывать потери энергии на создание, хранение и повторное охлаждение жидкого водорода.
Координация и контроль сети будут использовать технологии интеллектуальных сетей, такие как блоки векторных измерений, для быстрого обнаружения дисбалансов в сети, вызванных колебаниями возобновляемых источников энергии , и потенциально мгновенно реагировать с помощью запрограммированных автоматических схем защиты для изменения маршрута, снижения нагрузки или сокращения выработки в ответ на сетевые помехи.
Политика правительства
[ редактировать ]Китай поддерживает идею глобальной межконтинентальной суперсети. [17] Исследование показало, что для суперсети в США выбросы парниковых газов в сочетании с установкой возобновляемых источников энергии сократятся на 80% . [18] сейчас на стадии планирования. [19]
Значительный масштаб
[ редактировать ]По оценкам одного исследования европейской суперсети, потребуется до 750 ГВт дополнительной мощности передачи – мощность, которая будет обеспечена с шагом в 5 ГВт с помощью линий HVDC. [20] Недавнее предложение компании Transcanada оценило линию HVDC длиной 1600 км и мощностью 3 ГВт в 3 миллиарда долларов США; для этого потребуется коридор шириной 60 метров. [21] В Индии недавнее предложение мощностью 6 ГВт и протяженностью 1850 км было оценено в 790 миллионов долларов и потребует полосы отвода шириной 69 метров. [22] Учитывая, что для европейской суперсети потребуется 750 ГВт новых мощностей передачи высокого напряжения постоянного тока, земля и деньги, необходимые для новых линий электропередачи, будут значительными.
Энергетическая независимость
[ редактировать ]В Европе влияние суперсети на энергетическую безопасность обсуждается как способ отчасти предотвратить России энергетическую гегемонию . [23] В США такие сторонники, как Т. Бун Пикенс, продвигали идею создания национальной сети электропередачи с целью продвижения энергетической независимости Соединенных Штатов . Эл Гор выступает за унифицированную интеллектуальную энергосистему , которая обладает комплексными возможностями суперсетей. Гор и другие сторонники, такие как Джеймс Э. Хансен, считают, что суперсети необходимы для возможной полной замены использования ископаемого топлива, производящего парниковые газы , которое способствует глобальному потеплению . [24]
Разрешения на коридоры
[ редактировать ]Большие площади земли потребуются для коридоров передачи электроэнергии, используемых новыми линиями электропередачи суперсети. Размещение линий электропередач может вызвать серьезное сопротивление из-за опасений по поводу визуального воздействия, беспокойства по поводу предполагаемых проблем со здоровьем и экологических проблем. В США существует процесс определения коридоров электропередачи национальных интересов , и вполне вероятно, что этот процесс будет использоваться для определения путей для суперсети в этой стране. В ЕС разрешения на строительство новых воздушных линий могут легко достигать 10 лет. [25] В некоторых случаях это сделало прокладку подземного кабеля более целесообразным. Поскольку требуемая земля может составлять одну пятую от площади для воздушной прокладки, а процесс получения разрешений может быть значительно быстрее, подземный кабель может быть более привлекательным, несмотря на его недостатки, заключающиеся в более высокой стоимости, меньшей пропускной способности, более коротком сроке службы и значительно более длительных простоях. [ нужна ссылка ]
Деловые интересы
[ редактировать ]Размещение
[ редактировать ]Точно так же, как супермагистрали меняют стоимость земли из-за близости к возможности транспортировки ценных товаров, у бизнеса есть сильная мотивация влиять на размещение суперсети в свою пользу. Стоимость альтернативной энергии — это цена поставки электроэнергии, и если производство электроэнергии с использованием ветровой энергии в Северной Дакоте или солнечной энергии в Аризоне должно быть конкурентоспособным, расстояние от ветряной электростанции до межштатной сети электропередачи не должно быть большим. Это связано с тем, что фидерная линия от генератора к линиям электропередачи обычно оплачивается владельцем генерации. Некоторые населенные пункты помогут оплатить стоимость этих линий за счет местных постановлений, например, комиссии по коммунальным предприятиям . Т. Буна Пикенса Проект решил оплачивать питающие линии в частном порядке. Некоторые населенные пункты, например Техас, наделяют такие проекты правом выдающегося владения , что позволяет компаниям захватывать землю на пути запланированного строительства. [26]
Технологические предпочтения
[ редактировать ]Производители энергии заинтересованы в том, использует ли суперсеть технологию HVDC или использует переменный ток, поскольку стоимость подключения к линии HVDC обычно выше, чем при использовании переменного тока. План Пикенса предусматривает передачу переменного тока напряжением 765 кВ. [9] который считается менее эффективным для передачи на большие расстояния.
Соревнование
[ редактировать ]В 1960-х годах частные калифорнийские энергетические компании выступили против проекта Pacific Intertie , выдвинув ряд технических возражений, которые были отклонены. Когда проект был завершен, потребители в Лос-Анджелесе экономили около 600 000 долларов США в день, используя электроэнергию от проектов на реке Колумбия, а не от местных энергетических компаний, сжигающих более дорогое ископаемое топливо. [ нужна ссылка ]
Предложения
[ редактировать ]- Азиатская суперсеть
- ДЕСЕРТЕК
- Электрический соединитель
- Европа:
- Глобальная энергетическая взаимосвязь
- Одно Солнце, Один Мир, Одна Решетка
- Постоянный ток высокого напряжения (HVDC)
- Водородная экономика
- Список проектов по хранению энергии
- Морская сеть Северного моря
- План Пикенса
- Умная сеть
- СуперГрид
- Единая интеллектуальная сеть
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «СВВ сеть» . Глобальное энергетическое объединение (GEIDCO) . Проверено 26 января 2020 г. .
- ^ Алан Шоу (29 сентября 2005 г.). «Проблемы энергоснабжения Шотландии» (PDF) . Письмо Марку Рэндсу. Эдинбург, Шотландия: Королевское общество Эдинбурга. п. 10. Архивировано из оригинала (PDF) 18 марта 2009 года . Проверено 7 декабря 2008 г.
В 1965 году была открыта первая линия напряжением 400 кВ, протянувшаяся на 150 миль от Сандона, Бедфордшир, до Уэст-Бертона в Мидлендсе. Две новые системы напряжением 275 кВ и 400 кВ, работающие параллельно друг другу, стали известны как Суперсеть.
- ^ «Британский сетевой кодекс» . Архивировано из оригинала 14 февраля 2010 года.
- ^ Сергей Кузьмин (5 апреля 2006 г.). Синхронное соединение IPS/UPS с UCTE — обзор исследования (PDF) . Черноморская энергетическая конференция Бухарест, Румыния. Торгово-промышленная палата Румынии. п. 2. Архивировано из оригинала (PDF) 18 марта 2009 года . Проверено 7 декабря 2008 г.
- ^ Сергей Лебедь (20 апреля 2005 г.). Обзор IPS//UPS (PDF) . Брюссель: Торгово-промышленная палата Румынии. Архивировано из оригинала (PDF) 18 марта 2009 года . Проверено 27 ноября 2008 г. [ нужны разъяснения ]
- ^ UCTE - Исследовательская группа IPS/UPS (7 декабря 2008 г.). Технико-экономическое обоснование: Синхронное соединение ОЭС/ИБП с UCTE (Отчет). Программа TEN-Energy Европейской Комиссии . п. 15,16.
- ^ Джон Ф. Хауэр; Уильям Миттельштадт; Кен Мартин; Джим Бернс; Гарри Ли (2007). «Интегрированная динамическая информация для западной энергетической системы: анализ WAMS в 2005 году» . В Леонарде Л. Григсби (ред.). Устойчивость и управление энергосистемой (Справочник по электроэнергетике) . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 14–4. ISBN 978-0-8493-9291-7 . Проверено 6 декабря 2008 г.
- ^ 20% энергии ветра к 2030 году: увеличение вклада энергии ветра в электроснабжение США . Министерства энергетики США Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (отчет). 20 мая 2008 г. с. 15 . Проверено 11 декабря 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с «Межгосударственная концепция передачи энергии для интеграции ветроэнергетики» (PDF) . Американская Электрическая Пауэр Инк . 25 июня 2007 г. с. 1. Архивировано из оригинала (PDF) 21 января 2009 года . Проверено 11 декабря 2008 г.
- ^ «Сила кратности: объединение ветряных электростанций может сделать более надежным и дешевым источником энергии» . 21 ноября 2007 г.
- ^ Чиш, Грегор; Грегор Гибель. «Реализуемые сценарии будущего электроснабжения, на 100% основанного на возобновляемых источниках энергии» (PDF) . Институт электротехники – эффективное преобразование энергии. Университет Касселя, Германия и Национальная лаборатория Рисё, Технический университет Дании . Архивировано из оригинала (PDF) 1 июля 2014 года . Проверено 15 октября 2008 г.
- ^ Грегор Чиш (24 октября 2008 г.). «Недорогое, но полностью возобновляемое электроснабжение для огромной территории энергоснабжения – европейский/трансъевропейский пример –» (PDF) . 2008 Клавертонская энергетическая конференция . Бат, Великобритания: Кассельский университет . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2009 года . Проверено 16 июля 2008 г.
- Грегор Чиш (16 октября 2008 г.). «Доступное и возобновляемое электроснабжение для Европы и соседних стран» . Claverton Energy (пресс-релиз).
- ^ Арчер, CL; Джейкобсон, МЗ (2007). «Поставка базовой нагрузки и снижение требований к передаче за счет объединения ветряных электростанций» (PDF) . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 46 (11). Американское метеорологическое общество : 1701–1717 гг. Бибкод : 2007JApMC..46.1701A . дои : 10.1175/2007JAMC1538.1 .
- ^ Питер Фэрли (15 марта 2006 г.). «Суперсеть для Европы» . Обзор технологий . Проверено 20 января 2008 г.
- ^ Стивен Чу (23 октября 2008 г.). «Мировая энергетическая проблема и что мы можем с ней сделать» (PDF) . Серия семинаров штата Калифорния по загрязнению воздуха . Агентства по охране окружающей среды Калифорнии Совет по воздушным ресурсам . п. 52 . Проверено 12 декабря 2008 г. Видео презентации также можно найти на сайте АРБ.
- ^ «Многотерминальная система HVDC» . ABB Asea Brown Boveri . Архивировано из оригинала 2 декабря 2010 года . Проверено 20 августа 2010 г.
- ^ «Стратегия развития GEIDCO» . Глобальное энергетическое объединение (GEIDCO) . Проверено 26 января 2020 г. .
- ^ «Североамериканская суперсеть» (PDF) . Институт климата (США) . Проверено 26 января 2020 г. .
- ^ Фэрли, Питер (20 августа 2020 г.). «Назначенцы Трампа замкнули модернизацию энергосистемы, чтобы помочь угольной промышленности» . Расследовать Запад . Архивировано из оригинала 23 августа 2020 года.
- ^ Грегор Чиш (24 октября 2008 г.). «Недорогое, но полностью возобновляемое электроснабжение для огромной территории энергоснабжения – европейский/трансъевропейский пример –» (PDF) . 2008 Клавертонская энергетическая конференция . Университет Касселя : 12. Архивировано из оригинала (PD) 4 марта 2009 года . Проверено 16 июля 2008 г. Доклад был представлен на конференции Claverton Energy в Бате 24 октября 2008 г. Краткое описание статьи
- ^ «Линии электропередачи Зефир и Чинук» . TransCanada Corp. Проверено 27 декабря 2008 г.
- ^ POWERGRID Corporation of India Limited (август 2007 г.). «Инвестиционная программа развития национальной электросети (концепция объекта): документ планирования переселения» (PDF) . Азиатский банк развития . Архивировано из оригинала (PDF) 18 марта 2009 года . Проверено 27 декабря 2008 г. Прогнозируемая стоимость в 38 236 рупий = 790 миллионов долларов США по состоянию на 27 декабря 2008 г.
- ^ Дэвид Чартер (13 ноября 2008 г.). «План энергетической суперсети для защиты Европы от российской угрозы перекрыть энергоснабжение» . Таймс . Проверено 21 ноября 2008 г.
- ^ Джеймс Э. Хансен (23 июня 2008 г.). «Глобальное потепление двадцать лет спустя: переломные моменты близки» . Свидетельство Комитету Палаты представителей по энергетической независимости и глобальному потеплению . Колумбийский университет . Проверено 17 ноября 2008 г.
- ^ Кай Шлегельмильх, изд. (20 марта 2008 г.). «Перспективы внедрения на рынок инновационных технологий, поддерживающих интеграцию ВИЭ-Э» (PDF) . Федеральное министерство окружающей среды, охраны природы и ядерной безопасности . п. 18 . Проверено 12 декабря 2008 г.
- ^ Дори Гланц (29 августа 2008 г.). «Познакомьтесь с мировой ветровой столицей Пикенса» . Новости21 . Фонд Карнеги и Фонд Найта . Проверено 12 декабря 2008 г.
