Гибридные ЛЭП повысят мощность энергосетей

Энергетика в Германии переживает нелегкие времена. Для транспортировки на юг страны той электроэнергии, что во все больших количествах вырабатывается офшорными ветросиловыми установками в Северном и Балтийском морях, мощностей существующих сегодня линий электропередачи уже не хватает. А тут еще сразу несколько энергетических компаний ведут строительство ряда крупных угольных электростанций - и тоже, как назло, преимущественно на севере страны. Это дополнительно увеличит нагрузку на энергосети, которые и так работают практически на пределе своих возможностей. Таким образом, потребность в новых высоковольтных линиях электропередачи становится все острее, однако их прокладка потребует немало времени и огромных расходов - от 20 до 40 миллиардов евро, - не говоря уже о таких сопутствующих трудностях как, скажем, протесты местного населения против соседства с высоковольтными проводами.

"Ультра-сеть" - проект создания гибридной ЛЭП

И вот теперь инженеры компании Amprion, которая владеет самой обширной в Германии сетью высоковольтных линий электропередачи общей протяженностью в 11 тысяч километров, предложили техническое решение, которое в случае успеха сулит немалую экономию времени и средств и избавляет от долгих дискуссий с местными жителями. Суть идеи состоит в переоборудовании существующих высоковольтных линий таким образом, чтобы по кабелям, висящим с одной стороны опор, продолжать передавать переменный ток, а кабели, висящие с другой стороны, использовать для транспортировки постоянного тока.

Такое решение позволит чуть ли не вдвое увеличить мощность существующих ЛЭП, считают эксперты компании Amprion. Все, что необходимо для реализации проекта такой гибридной сети - это два преобразователя (один выпрямитель и один инвертор), новые изоляторы и некоторые незначительные переделки на трансформаторных подстанциях, говорит технический руководитель проекта Бартош Русек (Bartocz Rusek): "Мы называем наш проект ультра-сетью. Это воздушная линия электропередачи протяженностью около 400 километров. Она начинается в Остеррате близ Дюссельдорфа и заканчивается в Филиппсбурге возле Мангейма. И на этой трассе нам предстоит теперь найти подходящий участок, на котором мы переменный ток преобразуем в постоянный".

Постоянная составляющая в переменном токе, переменная - в постоянном

Вообще-то использовать одну и ту же воздушную линию электропередачи, одни и те же опоры и траверсы для параллельной транспортировки постоянного и переменного тока не рекомендуется, признает инженер: "Конечно, там неминуемо возникает известное взаимодействие между цепями переменного и постоянного тока - и индуктивная связь, и емкостная".

Это означает, что переменный ток, пусть и крайне слабый, все же попадет за счет магнитного поля на проводник постоянного тока. Появление переменной составляющей в контуре постоянного тока - эффект нежелательный, но он, по крайней мере, легко может быть рассчитан, поскольку известен. Хуже дело обстоит с омической связью. Бартош Русек поясняет: "Омическая связь - это, скажем так, протекание очень слабого постоянного тока в направлении проводника переменного тока".

Явление связано с ионизацией воздуха, при этом постоянный ток использует два пути: во-первых, по поверхности изоляторов, траверсы и опоры, а во-вторых, непосредственно по воздуху в форме газового разряда. В результате в контуре, предназначенном для переменного тока, появляется "примесь" постоянного тока. "Этот эффект крайне нежелателен, только если сила ионного тока достигает действительно больших значений, - говорит Бартош Русек. - Дело в том, что присутствие постоянной составляющей в контуре переменного тока вызывает повышенный механический износ трансформаторов".

Первые эксперименты вселяют надежду на успех

Однако определить, насколько сильной окажется на практике омическая связь и как она повлияет на используемое сегодня оборудование ЛЭП, можно было только опытным путем. "Тут мы столкнулись с серьезной проблемой, потому что в нашей энергосети практически нет воздушных линий электропередачи, свободных для таких экспериментов", - сетует Бартош Русек. И все же один подходящий участок протяженностью в два километра удалось найти. Он был проложен к угольной электростанции Datteln-4, однако ее строительство пока заморожено, что и позволило специалистам компании Amprion провести все нужные измерения.

Первые результаты представляются многообещающими, говорит технический руководитель проекта "Ультра-сеть": "Мы установили, что воздействие постоянного тока на протекающий параллельно переменный ток может быть очень незначительным - если, конечно, соблюдать определенные правила. Прежде всего, проводники постоянного и переменного тока должны быть разнесены на достаточное расстояние".

Конечно, специалисты компании понимают, что им предстоит выполнить еще целый ряд дополнительных экспериментов и исследований, но верят, что уже в 2017 году смогут начать строительство соответствующих преобразовательных подстанций.