Авторы: В.Е. Сытников, д.т.н., А.В. Кащеев, Т.В. Рябин, АО «НТЦ ФСК ЕЭС»
Authors: V.E. Sytnikov, A.V. Kascheev, T.V. Rjabin, Research And Development Center At Federal Grid Company Of Unified Energy System, JSC
Ключевые слова: сверхпроводящий кабель (ВТСП КЛ); мощность; длина; перепад температур; криогенная станция; потери энергии.
Keywords: superconducting cable; power; length; temperature difference; cryogenic station; energy loss.
Аннотация: Сравнительно недавно научная общественность отмечала 100-летнюю годовщину открытия явления сверхпроводимости и 30-летнюю годовщину открытия высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), которая явила миру возможность перехода от дорогостоящего охлаждения низкотемпературных сверхпроводников жидким гелием к принципиально новому — азотному уровню температур [1]. В начале 2000-х годов в научных статьях стали появляться данные об успешных испытаниях прототипов и экспериментальных отрезков ВТСП-кабелей.
В настоящее время в мире насчитывается несколько десятков экспериментальных кабельных линий, созданных с целью изучения возможности передачи электроэнергии с использованием эффекта сверхпроводимости, но их длины пока не превышают одного километра.
Сейчас технологии достигли уровня, позволяющего строить системы передачи энергии длиной в несколько километров для использования их в реальных электросетях. Уже объявлено о разработке проектов ВТСП кабельных линий длиной от одного до десяти километров (Россия, Япония, Республика Корея, Европа и США) [2]. Интерес к этому направлению определяется фактом размещения мощных источников электроэнергии ( АЭС, ГЭС, гелиои ветропарки) на больших расстояниях от крупных городов и потребителей электроэнергии, что приводит к необходимости транспортировать большие потоки энергии на значительные расстояния. При этом традиционная схема выдачи мощности предполагает использование высоковольтных воздушных линий передачи (220–750 кВ), что обусловлено стремлением минимизировать потери энергии при ее транспортировке.
Это приводит к необходимости создания высоковольтных повышающих и, затем, понижающих подстанций, к потерям энергии при ее транспортировке и отчуждению значительных площадей земли. Использование сверхпроводящих кабельных линий позволит заметно снизить класс напряжения и увеличить единичную мощность передачи за счет увеличения рабочих токов. Это приводит к возможности передачи при пониженном напряжении, что существенно сказывается на стоимости всей инфраструктуры кабельной линии.
Кроме того, в сверхпроводящей линии отсутствует падение напряжения по длине линии, что существенно для протяженных линий.
Abstract: Recently, the scientifi c community celebrated the 100th anniversary of the discovery of the phenomenon of superconductivity and the 30-year anniversary of the discover of hightemperature superconductivity (HTS), which showed the possibility of moving from expensive liquid helium cooling of low-temperature superconductors to an entirely new level of liquid nitrogen temperatures [1]. Currently in the world there are dozens of experimental cable lines, created with the purpose of studying the possibility of transmission of electricity using the effect of superconductivity, but their lengths still do not exceed one kilometer. Now the technology has reached a level allowing to build energy transfer systems with a length of several kilometers for use in real networks. It is already announced the development of projects HTS cable lines in length from one to ten kilometers (Russia, Japan, the Republic of Korea, Europe and the USA) [2]. Interest in this direction is determined by the fact that powerful power sources (nuclear power plants, hydro stations, helio- and wind parks) are located at great distances from large cities and electricity consumers, which leads to the need to transport large energy fl ows over long distances.
The use of superconducting cable lines will signifi cantly reduce the voltage class and increase the unit transmission capacity by increasing the operating current. This leads to the possibility of transmission at reduced voltage, which significantly affects the cost of the entire infrastructure of the cable line. In addition, the superconducting line has no voltage drop along the length, which is essential for long lines.
