Северный ток: в Петербурге построят самую длинную сверхпроводящую ЛЭП
Самую протяженную в мире сверхпроводящую линию электропередач запустят в 2021 году в Санкт-Петербурге. В основе системы — кабель из висмута и серебра, который будет иметь двухконтурное криогенное охлаждение и автоматическое управление. Его использование позволит минимизировать место под строительство инфраструктуры в историческом центре города, а также снизит потери при передаче энергии. Успех проекта может стать знаковым событием в электроэнергетике, после которого произойдет взрывной рост эффективности за счет внедрения новых материалов, считают эксперты. Исполнителем работ выступит Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы (ФСК ЕЭС). Стоимость строительства составит 3,5 млрд рублей.
Контур холода
Прокладка кабелей из сверхпроводящих материалов — самый передовой способ передачи электроэнергии, который практически исключает ее потери. Однако из-за технической сложности и дороговизны ЛЭП данного типа до сих пор они не имели значительной протяженности, что ограничивало круг решаемых с их помощью задач. Изменить взгляд на инновационную энергетику может проект по созданию новой сверхпроводниковой линии в Санкт-Петербурге — она будет иметь рекордную протяженность 2,5 км.
— При строительстве мы будем использовать высокотемпературный сверхпроводник Bi2223/Ag из висмута и серебра, который выполнен в виде ленты шириной 4 мм, — рассказал разработчик из Научно-технического центра ФСК ЕЭС. — Необходимых свойств он достигает при температуре кипения жидкого азота 77 °К (-196 °C), что делает необходимым применение мощной системы охлаждения.
Инженеры решили сделать систему двухконтурной — в первый поместят газообразный гелий, который необходим для охлаждения жидкого азота. Он будет циркулировать в самом кабеле и обратной магистрали (криостате), обеспечивая сверхпроводнику рабочую температуру. Таким образом, общая длина второго контура превзойдет протяженность ЛЭП вдвое и составит около 5 км.
Инновационную линию оснастят системой автоматического управления, которая будет отвечать за поддержание рабочего режима всех узлов, а также выводить необходимую информацию на пульт оператора. Оттуда специалист сможет проводить мониторинг ситуации и вмешиваться в нее при необходимости.
Сверхпроводимость — это состояние материалов, при котором они обладают строго нулевым электрическим сопротивлением. Данное явление, открытое в 1911 году, имеет квантовую природу и характеризуется полным вытеснением магнитного поля из проводника (эффект Мейснера).
Лиговский вариант
Планируется, что новая линия электропередач соединит подстанции «Центральная» и «РП-9», которые находятся в центре Петербурга (около Лиговского проспекта). По словам разработчиков, в этом районе растущее энергопотребление совмещается со сложностью строительства дополнительных объектов инфраструктуры, которые могут не вписаться в исторический облик города. Именно поэтому было принято решение о подземной прокладке сверхпроводящего кабеля, который способен пропускать 50 мегаватт мощности при среднем напряжении в 20 киловольт.
— Этот подход позволил нам отказаться от альтернативного варианта создания нескольких стандартных линий, что потребовало бы использования большего объема городских ресурсов, — пояснили в Научно-техническом центре ФСК ЕЭС.
Кроме того, использование сверхпроводника было предпочтительнее с точки зрения экологии и безопасности из-за более низкого класса напряжения.
Согласно плану строительства, в наземной части комплекса оставят только фрагменты системы охлаждения, которые будут находиться в отдельном здании и на открытой площадке, расположенной на территории подстанции «Центральная».
Показать пример
Актуальность использования сверхпроводников для создания ЛЭП подчеркнули в инновационной компании «СуперОкс».
— Представленное решение актуально как для Санкт-Петербурга, так и для любого другого мегаполиса, где невозможно выделить дополнительное пространство под «воздушную» ЛЭП, — считает ведущий исследователь компании «СуперОкс» Владислав Калитка. — Особенно в том случае, когда при прокладке большого коллектора для стандартного охлаждения традиционных подземных кабелей не понадобится слишком больших затрат.
По словам эксперта, установка сверхпроводника не потребует столь масштабных земляных работ и может стать более экономичным решением в плане эксплуатации.
Высказались специалисты и о безопасности использования нового решения.
— Внедрению данных материалов способствует прогресс в области коммутационного оборудования, скорость работы которого значительно увеличилась в последние годы, — отметил директор Института электроэнергетики НИУ Московский энергетический институт Владимир Тульский. — Это позволит быстро отключить линию при возникновении аварийной ситуации, которая в случае со сверхпроводниками может закончиться мощным взрывом (если не произвести своевременный отвод питания).
При этом эксперты подчеркивают, что опыт эксплуатации новой ЛЭП в Санкт-Петербурге может вызвать радикальные изменения во всей отрасли.
— Построение сверхпроводниковой линии рекордной протяженности может стать знаковым событием в электроэнергетике, которое откроет возможности для более активного применения новых материалов, — считает генеральный директор компании «Сверхпроводник» Александр Кацай.
Согласно его мнению, в таком случае инженеры смогут значительно повысить эффективность инфраструктуры, поскольку для передачи электричества им потребуется значительно меньшее количество кабелей и трансформаторов.
В рамках НИОКР по новому проекту разработчики успешно провели комплекс испытаний. В их перечень входил анализ электрических свойств кабеля, проверка ресурса охлаждающей системы, а также тестирование необходимых защитных блокировок, обеспечивающих безопасность его использования.
Ожидается, что инновационная ЛЭП будет внедрена в энергосистему Санкт-Петербурга в 2021 году и станет самой протяженной сверхпроводниковой линией в мире. В настоящее время план по её созданию уже включен Министерством энергетики России в состав национального проекта. Общий объем инвестиций в строительство составит 3,5 млрд рублей.
