CC BY
27Статья поступила в редакцию 31.10.12. Ред. рег. № 1435
The article has entered in publishing office 31.10.12. Ed. reg. No. 1435
УДК 620.9
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
12 2 1 М.А. Шахраманьян , Д.С. Стребков , Л.Ю. Юферев , Ю.А. Прошкин
'Научно-производственное объединение «Современные диагностические системы» (НПО СОДИС) 117556 Москва, ул. Болотниковская, д. 11, корп. 1 Тел./факс: +7 (495) 545-48-40, e-mail: info@nposodis.ru 2 Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) 109456 Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2 Тел.: +7(495) 171-19-20, +7(495) 171-02-74, факс: +7(495) 170-51-01, e-mail: viesh@dol.ru
Заключение совета рецензентов: 02.11.12 Заключение совета экспертов: 05.11.12 Принято к публикации: 07.11.12
Рассмотрены системы передачи электрической энергии с помощью линий постоянного тока и резонансные системы передачи электрической энергии. Приведены их преимущества и недостатки, основные сдерживающие факторы для их внедрения.
Ключевые слова: энергосберегающие системы транспортировки электроэнергии, высоковольтная линия постоянного тока, резонансная система передачи электрической энергии.
ENERGY-EFFICIENT POWER TRANSMISSION SYSTEM M.A. Shakhramanyan1, D.S. Strebkov2, L.Yu. Yuferev2, Yu.A. Proshkin1
'Research and production association "Modern diagnostic systems" 11/1 Bolotnikovskaya str., Moscow, 117556, Russia Tel./fax: +7 (495) 545-48-40, e-mail: info@nposodis.ru 2All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESCH) 2, 1st Veshnyakovskiy pr., Moscow, 109456, Russia Tel.: +7(495) 171-19-20, +7(495) 171-02-74, fax: +7(495) 170-51-01, e-mail: viesh@dol.ru
Referred: 02.11.12 Expertise: 05.11.12 Accepted: 07.11.12
The systems of transmission of electrical energy by means of DC lines and the resonance of the transmission of electrical energy. Are their advantages and disadvantages, the main constraints to implementation.
Keywords: energy saving power transmission system, high-voltage direct current line, resonant power transmission system.
Истощение природных ресурсов и износ генерирующих источников и транспортных коммуникаций энергоносителей приводит к возрастанию стоимости энергоресурсов и необходимости повышения эффективности их использования. Быстрый рост тарифов на электроэнергию, газ, тепло, воду в последние годы особенно заметен, и можно с большой вероятностью предположить, что тенденция сохранится.
Совершенствование систем традиционного способа транспортировки электроэнергии повышает эффективность и ресурсосбережение, однако развитие передачи энергии путем экстенсивного наращивания пропускных мощностей и автоматизация процесса передачи электрической энергии будут иметь эффект уменьшения потерь только до определенной
стадии. Отмеченное обуславливает актуальность развития и поиск альтернативных систем электроснабжения.
На данный момент альтернативой существующей традиционной системе распределения электроэнергии являются резонансная технология передачи электроэнергии и высоковольтные линии постоянного тока.
Высоковольтные линии постоянного тока
Преимущество высоковольтных линий постоянного тока (ВЛПТ) [1] заключается в способности передавать большее количество энергии на длинные дистанции с меньшими капитальными затратами и
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (115) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
М.А. Шахраманьян, Д.С. Стребков и др. Энергосберегающие системы транспортировки электроэнергии
меньшими потерями, чем на переменном токе. В зависимости от уровня напряжения и схемы потери будут составлять приблизительно 3% на 1000 км.
Передача будет более эффективна, чем передача на переменном токе, в следующих случаях:
- при прокладке подводных кабелей, где высокая емкость приводит к дополнительным потерям;
- в случае необходимости увеличить пропускную способность существующей энергосистемы в ситуациях, где установка дополнительных линий является трудной или дорогой;
- при передаче энергии и стабилизации между несинхронизированными системами распределения переменного тока;
- при уменьшении стоимости линии за счет уменьшения количества проводников;
- при передаче энергии между странами, которые используют переменный ток различных напряжений и частот;
- при синхронизации переменного напряжения, произведенного возобновляемыми источниками энергии.
Недостатками ВЛПТ являются преобразователи, которые дороги и имеют ограниченную перегрузочную способность, а при малых расстояниях потери в самих преобразователях могут быть больше, чем в линии электропередачи переменного тока.
ВЛПТ существенно снижает потери только в случае использования ее в качестве транзитной линии большой пропускной способности.
На сегодняшний день можно найти довольно много примеров реализации технологии ВЛПТ, в общей сложности на данный момент реализовано свыше десятка проектов крупных магистральных линий, в последние годы основными регионами для реализации стали страны африканского континента и Юго-Восточной Азии.
С развитием биполярных транзисторов с изолированным затвором и запираемых тиристоров в скором будущем можно ожидать появления малых систем ВЛПТ. Они могут быть установлены в существующих энергосистемах переменного тока для стабилизации мощности без увеличения тока короткого замыкания.
Резонансные системы передачи электрической энергии
Их существенное отличие от ВЛПТ в том, что они рассчитаны на передачу небольшой мощности (до 50 кВт) на небольшие расстояния (до 20 км) при помощи однопроводных воздушных или кабельных линий электропередачи [2].
Это особенно актуально при электроснабжении удаленных объектов, таких как фермерские хозяйства, отдельно стоящие здания, телекоммуникационное оборудование, освещение дорог и перекрестков. Т.е. там, где экономически невыгодно строить стандартные линии электропередачи и устанавливать транс-
форматорные подстанции. Резонансные системы передачи электроэнергии могут работать совместно с существующими линиями электропередачи, у которых недостаточная пропускная способность.
Преимущество резонансной системы передачи электроэнергии по сравнению с традиционной заключается в следующем:
- более низкие потери электроэнергии в проводах (на 15%);
- намного меньше расход цветных металлов в проводах (в 6-10 раз);
- меньшие расходы на строительство линий энергоснабжения;
- исключаются короткие замыкания и опасность возникновения пожаров.
Принцип работы однопроводной резонансной системы электропередачи (ОРСЭ) основан на использовании двух резонансных контуров с частотой 0,5-50 кГц и однопроводной линии между контурами с напряжением линии 1-100 кВ при работе в резонансном режиме.
В резонансном контуре происходит обмен реактивной энергией между конденсатором и катушкой индуктивности контура. В процессе колебаний энергия электрического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки, а затем происходит обратный процесс. Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия. Энергия электромагнитного поля распределена вокруг проводника линии [3].
Недостатки резонансных систем передачи электроэнергии связаны с недостаточно большой мощностью биполярных транзисторов с изолированным затвором и запираемых тиристоров, вносящей ограничение на максимальную передаваемую мощность.
Опыт внедрения систем с использованием резонансного метода передачи энергии не настолько широк, как у ВЛПТ, все внедрения осуществлялись в основном как экспериментальные и опытные модели. В данный момент ведутся работы в рамках государственного контракта на НИР по теме «Разработка научно-технических основ создания энергосберегающей и ресурсосберегающей технологии резонансной однопроводной передачи электрической энергии потребителям удаленных от возобновляемых источников энергии».
Вопрос реализации данной технологии наиболее проработан для систем освещения, которые демонстрировались на многих крупных российских выставках.
Развитие биполярных транзисторов с изолированным затвором и запираемых тиристоров со временем позволит говорить о возможности создания более мощных резонансных систем передачи электроэнергии. Постепенное развитие и внедрение резонансных систем позволит провести унификацию оборудования, что создаст предпосылки для перехода от традиционной системы передачи электроэнер-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (115) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012
Энергосберегающие технологии, системы, материалы и приборы
гии к технологии однопроводной резонансной системы транспортировки электрической энергии.
Можно выделить общие сложности внедрения технических средств в области технологий создания энергосберегающих систем транспортировки электроэнергии.
Основным сдерживающим фактором на данном этапе развития технологий передачи электрической энергии, отличающихся от традиционной трех(одно)-фазной системы на переменном токе с частой 50 Гц, является отсутствие нормативно-технической базы по эксплуатации и внедрению, принятой на уровне энер-гопередающих предприятий.
Другим фактором является малое количество реализованных проектов, а следовательно, отсутствие унифицированного подхода и более высокие затраты на проектирование, изготовление и монтаж оборудования.
Работа проведена в рамках федеральной программы Министерства образования и науки РФ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».
Список литературы
1. Карлсон Л. Высоковольтные линии постоянного тока (ИУБС) // АББ РЕВЮ. 2005. Вып. № 3. С. 42-46.
2. Юферев Л.Ю., Михалев А.А., Соколов А.В., Пошкин Ю. А. Применение резонансной энергоресурсосберегающей системы освещения в птицеводческих помещениях. Молодежь и инновации г. Горки 25-27 мая 2011 г., часть 2, Республика Беларусь.
3. Шахраманьян М.А., Огребков Д.С., Юферев Л.Ю., Прошкин Ю.А. Светодиодное освещение на основе резонансной системы передачи электрической энергии // Русский Инженер. 2012. № 1 (32). С. 43-45.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (115) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
