Криогенные сверхпроводящие ЛЭП

В конце 1980-х годов, когда только-только была открыта высокотемпературная сверхпроводимость, в научно-популярной литературе много обсуждали ее применение в магистральных ЛЭП (линиях электропередачи). Почти всерьез рассматривалась идея построить где-нибудь в Сибири несколько огромных АЭС, которые будут питать электроэнергией чуть ли не всю Россию. А почему бы и нет, если энергия при передаче из пункта А в пункт B не теряется совершенно?

Однако вскоре выяснилось, что не все так радужно. Изготовить сверхпроводящую проволоку так и не удалось, а вот ленточки, из которых нынче делают длинные сверхпроводящие провода научились делать только в 2006 году. Ленточка прозводится серийно, ее площадь сечения составляет 0.8 мм², при этом ленточка держит ток до 140 ампер. В условиях обычной российской электросети одной такой ленточки хватит, чтобы запитать электроэнергией подъезд жилого дома. Надо только не забывать, что ленточка должна иметь температуру жидкого азота, иначе сверхпроводимость нарушится и произойдет большая красивая вспышка, за которой может последовать пожар. А может и не последовать. На практике ленточки применяют не по отдельности, а свивают из них кабель.

Недавно испанские инженеры из Барселоны, работая по гранту немецкой компании Nexans, установили рекорд пропускной способности сверхпроводящего кабеля, охлаждаемого жидким азотом. Через кабель длиной 30 м передали ток 3,2 кА при напряжении 24кВ.

При этом испытания длились десять суток, в ходе испытаний были моменты, когда напряжение превосходило номинал вдвое. Другими словами, этот весьма скромный кабель рассчитан на суммарную мощность энергопотребителей 76.8 мегаватт и способен выдерживать вдвое большую пиковую нагрузку 4-5 таких кабелей могут снабжать энергией весь центр Москвы.

Криогенная сверхпроводниковая технология при температуре кипения жидкого азота (77,4°К) создала предпосылки для преодоления коммерческого барьера при использовании сверхпроводниковых технологий на основе ВТСП-материалов в электроэнергетике и других областях промышленности. ВТСП-материалы превосходят традиционные НТСП-материалы как по пропускной способности, так и по соотношению качество/цена. Однако, стоимость криогенных ЛЭП остается "внебюджетной", фантастически высокой в стравнении с обычными воздушными и кабельными линиями электропередачи.

От применения криогенного сверхпроводящего оборудования и технологий в электроэнергетике ожидают:

- сокращения потерь электроэнергии примерно в 2 раза,

- снижения массогабаритных показателей оборудования,

- повышения надежности и продление срока эксплуатации электрооборудования за счет снижения старения изоляции,

- повышения надежности и устойчивости работы энергосистем,

- повышения качества электроэнергии, поставляемой потребителям,

- повышения уровня пожарной и экологической безопасности электроэнергетики,

- создания принципиально новых систем энергетики при совмещении с другими инновационными подходами за счет синергетического эффекта.

Ожидается некоторый экономический эффект от криогенных сверхпроводниковых технологий при их применении в мегаполисах и крупных городах для организации глубоких вводов мощности и создания токоограничивающих устройств, когда проведение воздушных ЛЭП просто невозможно.

К 2010 году Федеральной сетевой компанией России были достигнуты следующие результаты:

1. Разработан, изготовлен и испытан экспериментальный образец трехфазной сверхпроводящей кабельной линии длиной целых 30 метров!

напряжением до 20 кВ с целью отработки технологии изготовления кабеля и криогенной системы и проведения комплексных исследований для проверки качества принимаемых решений.

2. В ОАО "НТЦ электроэнергетики" создан полигон для испытаний сверхпроводящего оборудования. Полигон оборудован криогенератором системы Стирлинга (Голландия), современным измерительно-аналитическим оборудованием, позволяющим получать и обрабатывать характеристики сверхпроводящего оборудования.

3. В конце 2009 года ФСК ЕЭС совместно с ОАО "НТЦ электроэнергетики" успешно завершили испытания первой в России высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) кабельной линии длиной 200 м напряжением 20 кВ на номинальный ток 1,5 кА. В работе принимали участие специалисты электросетевого комплекса (ОАО "ФСК ЕЭС", МГЭК, ОАО "МОЭСК"), ОАО "ЭНИН", ОАО "НТЦ электроэнергетики", ОАО "ВНИИКП", Институт низких температур, МАИ. Также в ходе реализации этого проекта Институтом низких температур МАИ под руководством ОАО "ЭНИН" создана и испытана не имеющая аналогов в мире система криоснабжения и криостатирования, построенная с использованием неона в качестве рабочего тела и содержащая элементы, позволяющие производить дополнительное охлаждение азота по длине кабеля на 10° без увеличения мощности первичного источника холода или сооружения промежуточных криогенных станций при создании ВТСП линий большой длины (до 5 км).

В 2010-2012 годах будут проведены дополнительные ресурсные испытания созданной ВТСП кабельной линии длиной 200 м совместно с новой криосистемой и осуществлен ввод созданного оборудования в опытно-промышленную эксплуатацию на подстанции 110 кВ Динамо в Москве.

В 2010-2013 годах Программой НИОКР ОАО "ФСК ЕЭС" предусмотрено создание:

пилотных проектов сетей с ВТСП-кабелями на постоянном токе и напряжении до 110 кВ, что является альтернативой строительству линий электропередачи напряжением 220-330 кВ,

ВТСП трансформатора напряжением 110/20 кВ, мощностью 50 МВА, устройства ограничения токов короткого замыкания на сверхпроводниках на напряжение 110-220 кВ,

ВТСП кабельной линии постоянного тока напряжением 20 кВ и током 2,5 кА длиной 1500 м.

Реализация программы позволит создать принципиально новую технологическую основу для российской электроэнергетики, существенно повышающую надежность и экономичность ее функционирования.

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.