Компания Nexans успешно завершила испытания первой в мире сверхпроводящей системы электропередачи постоянного тока высокого напряжения

Приобретя определённый опыт в области высоковольтных кабельных систем (с изоляцией из сшитого полиэтилена) на постоянном токе, компания Nexans стремится расширить свои технологические решения для этого растущего рынка и в настоящее время разрабатывает сверхпроводящую кабельную систему постоянного тока на напряжение 200 кВ.  Такие сверхпроводящие кабели должны стать основой самых эффективных систем передачи больших мощностей, измеряемых гигаваттами.

Компания Nexans недавно успешно завершила испытания первого в мире высокотемпературного сверхпроводящего кабеля (ВТСП) на напряжение 200 кВ для системы электропередачи постоянного тока высокого напряжения. Положительные результаты этих испытаний являются важным этапом в демонстрации исключительных возможностей подземных высокотемпературных сверхпроводящих кабелей постоянного тока высокого напряжения, способных обеспечивать электропередачу большой пропускной способности (гигаваттового диапазона).

Такие кабели необходимы для проектов создания систем магистральных линий электропередач сверхвысокого напряжения, например, для проекта Tres Amigas в США, который предусматривает создание в городе Кловис (Clovis), штат Нью-Мексико, энергетического концентратора для объединения трёх главных национальных энергосистем  с использованием ВТСП кабелей для передачи энергии от возобновляемых источников (солнечных и ветровых установок) в районы наибольшего потребления электроэнергии.

Высоковольтные испытания ВТСП кабелей постоянного тока проводились в специализированной лаборатории компании Nexans в г. Ганновере, Германия. Опытный образец высокотемпературного сверхпроводящего кабеля постоянного тока высокого напряжения вместе с концевыми устройствами был подвергнут серии испытаний в соответствии с рекомендациями CIGRE (International Council on Large Electric Systems). 

Эта серия включала испытания напряжением 360 кВ (в 1,8 раз превышающим рабочее напряжение 200 кВ) в течение нескольких часов. Кроме того, кабельная система успешно прошла испытание повышенным напряжением, то есть продемонстрировала стойкость к перенапряжениям, аналогичным тем, которые происходят в случае удара молнии или коммутационных операций. Г-н Франк Шмидт (Frank Schmidt), глава подразделения ВТСП систем компании Nexans, заявил, что успешное завершение этих испытаний, осуществлённых в рамках программы, финансируемой из внутренних источников компании, является первым этапом в разработке ВТСП системы для таких крупных проектов как Tres Amigas.  ВТСП кабель постоянного тока высокого напряжения основан на конфигурации, аналогичной 138-кВ ВТСП кабелю переменного тока, который в настоящее время находится в эксплуатации на острове Лонг-Айленд в США (разработка и установка этого кабеля выполнена компанией Nexans, ввод в эксплуатацию – в 2008 году). 

Основная проблема, с которой компания столкнулась при разработке ВТСП системы постоянного тока, была связана с концевыми устройствами – способы подсоединения кабеля к электросети в этом случае радикально отличаются от тех, которые использовались в системах переменного тока.   

Следующий этап программы компании Nexans – адаптация этой ВТСП системы к очень высоким токовым нагрузкам (до 12 500 А), необходимым для передачи нескольких гигаватт электроэнергии, для того чтобы наиболее эффективно использовать возможности ВТСП кабелей, обеспечивающих отсутствие потерь при передаче электроэнергии. Кроме того, компания будет разрабатывать соответствующие соединительные муфты, которые требуются при прокладке больших длин ВТСП кабелей, а также для проведения ремонтных работ. 

Проект Tres Amigas, основанный на высокотемпературных сверхпроводящих кабелях постоянного тока высокого напряжения, связан с созданием первого концентратора возобновляемой энергии в США, который  позволит быстрее воспользоваться возобновляемыми источниками энергии и повысить надёжность энергосистем США. Впервые проект в г. Кловис объединит три энергосистемы США – Восточную, Западную и штата Техас (the Eastern Interconnection, the Western Interconnection и the Texas Interconnection). Эти три энергосистемы будут объединены «сверхпроводящими каналами электропередачи», состоящими из ВТСП силовых кабелей и VSC (преобразователя источника напряжения), преобразователей тока (переменный/постоянный ток). Концентратор Tres Amigas – трехсторонняя система, способная перераспределять несколько гигаватт возобновляемой энергии между тремя энергосистемами.

ВТСП кабели, содержащиеся в подземных трубопроводах, будут передавать большие мощности электроэнергии с почти стопроцентной эффективностью между тремя преобразовательными электрическими подстанциями. Сверхпроводящие кабели не только являются более эффективным вариантом по сравнению с другими технологиями передачи электроэнергии, но они также обеспечивают более высокую плотность мощности, то есть большие мощности можно передавать с использованием меньших площадей на земле.