"Россети ФСК ЕЭС" начала строительство крупнейшей в мире высокотемпературной сверхпроводящей линии электропередачи

Новый энерготранзит свяжет основные питающие подстанции Центрального и Адмиралтейского районов Санкт-Петербурга, где проживает более 400 тыс. человек. Проект не имеет аналогов в России и за рубежом по протяжённости – 2,5 км. Применение высокотемпературной сверхпроводящей кабельной линии постоянного тока (линии ВТСП) позволит передавать до 50 МВт мощности на среднем напряжении 20 кВ, свести к минимуму потери, повысить надёжность и качество электроснабжения потребителей.

В основу легли разработки «НТЦ Россети ФСК ЕЭС», которые Минэнерго России включило в состав отраслевого национального проекта. Строительство линии ВТСП включает несколько этапов: на территории подстанций 330 кВ «Центральная» и 110 кВ «РП-9» будут возведены здания преобразовательных устройств, саму линию проложат открытым способом в траншее под землей, также предусмотрена бестраншейная прокладка методом направленного бурения скважин. Для соединения участков кабеля применят специальные муфты, для которых будут установлены герметичные монолитные колодцы с возможностью круглогодичного доступа персонала.

Стоимость проекта, включая разработку пилотной линии ВТСП и испытания на собственном полигоне «НТЦ Россети ФСК ЕЭС», составляет 3,5 млрд рублей. Строительство будет завершено в 2023 году.

Основное отличие линии ВТСП от существующих ЛЭП – применение сверхпроводникового материала, сопротивление которого исчезает при охлаждении ниже 77 К. За счёт этого потери энергии при транспортировке сводятся практически к нулю. В состав объекта входит двухконтурная система криогенного обеспечения протяжённостью 5 км. Это также уникальный показатель, поскольку нигде в мире пока не создана аналогичная система охлаждения.

После опытной эксплуатации будет рассмотрена возможность масштабирования. Полученный опыт позволит в перспективе создавать линии ВТСП для передачи до 200-300 МВт, занимая при этом в разы меньшую территорию, чем аналогичные по пропускной способности ЛЭП.

Основное преимущество заключается в том, что в условиях плотной городской и исторической застройки появляется возможность передать большую мощность, не нарушая ландшафт. Плотность передачи мощности у ВТСП гораздо выше, чем у существующих технических решений, в связи с чем данная концепция актуальна именно для плотной застройки мегаполисов. Также технология может быть эффективна при строительстве кольцевых схем и энергомостов, для передачи энергии ГЭС и АЭС.

ВТСП КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ

В 1911 г. голландский физик Хейке Каммерлинг-Оннес, измеряя температурную зависимость электрического сопротивления ртути, обнаружил, что при понижении температуры до 4.15 К (кельвинов) оно резко падает до неизмеримо малой величины.

В 1986 г. немецкие физики Карл Мюллер и Георг Беднорц открыли сверхпроводимость при температуре около 30К (высокотемпературная сверхпроводимость), что было удостоено Нобелевской премии.

Изделия на базе низкотемпературных сверхпроводников внедрены в узкие сферы промышленности, в частности, применяются в ускорителях частиц, установках термоядерного синтеза и магнитных медицинских томографах. Например, низкотемпературные сверхпроводящие кабели российского производства используются в проекте Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР).

В энергетике востребован второй класс – высокотемпературные сверхпроводники второго поколения (первое или второе поколение ВТСП  зависит от используемых химических соединений).

ВТСП кабельные линии (ВСТП КЛ) передают значительную мощность при минимальном сечении, обладают большей пропускной способностью, чем традиционные кабели. При прохождении тока через сверхпроводник не выделяется тепло, магнитное поле локализовано внутри кабеля, практически отсутствуют потери электроэнергии, тем самым решается главная проблема сетей.

При современном уровне развития сверхпроводниковой и криогенной техники (техники глубокого охлаждения) возможно создание длинных сверхпроводящих кабельных линий постоянного тока для передачи энергии на расстояния в десятки километров. Мощность единичной линии может достигать нескольких гигаватт, а потери энергии в ней будут в 2-3 раза ниже, чем в классических воздушных ЛЭП.

Внедрение ВТСП КЛ в условиях мегаполисов позволит передавать электроэнергию с минимальными потерями, снизить затраты на строительство кабельной линии до 20% по сравнению с традиционными кабельными линиями, сократить затраты при строительстве энергомостов и кольцевых схем, а также передавать мощности энергоемким потребителям, для которых не могут использоваться высоковольтные линии.

Кроме этого в больших городах станет возможным высвободить значительные площади земли, улучшить экологию за счет снижения электромагнитных воздействий и в целом повысить уровень пожарной безопасности.

При передаче на большие расстояния при использовании ВСТП КЛ постоянного тока значительно снижается стоимость всей инфраструктуры кабельной линии за счет понижения класса напряжения и увеличения единичной мощности передачи за счёт увеличения рабочих токов. Отсутствует падение напряжения по длине линии, что существенно для протяжённых линий.

Разработки ВТСП кабеля широко ведутся в США, Европе, Южной Корее, Японии, Китае и России. Ряд ВТСП кабельных линий длинами от 30 м до 1000 м установлены для опытной эксплуатации. Второй в мире по длине кабель (1000 метров) используется в проекте AmpaCity в городе Эссен (Германия). ВТСП КЛ переменного тока, внедренная в 2014 году в энергосистему города, в настоящее время соединяет две подстанции и обеспечивает переток энергии.

К 2025 году ожидается значительное снижение стоимости высокотемпературных сверхпроводников, которые являются основным материалом при изготовлении кабельных линий. По оценкам экспертов, стоимость ВТСП снизится до уровня сопоставимого со стоимостью меди в традиционных силовых кабелях.

В России сначала по инициативе РАО «ЕЭС России», а затем компании «Россети» начали проводиться работы, целью которых является создание ВТСП КЛ постоянного и переменного токов на напряжение 20 кВ.

К 2017 году «НТЦ Россети ФСК ЕЭС» завершило пятилетний проект по созданию ВТСП КЛ постоянного тока длиной 2500 метров с током 2500 Ампер на напряжение 20 киловольт.

В 2015 году ВТСП кабельная линия постоянного тока была изготовлена в полном объеме.

Была подготовлена экспериментальная база на полигоне «НТЦ Россети ФСК ЕЭС» для проведения масштабных ресурсных испытаний ВТСП кабельной линии постоянного тока в сборе со штатной автономной криогенной системой.

Завершен этап ресурсных испытаний ВТСП КЛ постоянного тока, в ходе которого на полигоне осуществлен монтаж линии, пуско-наладочные работы на СКО (системе криогенного обеспечения), доработка программного обеспечения системы управления СКО и программного обеспечения системы управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА) ВТСП КЛ (фактически, осуществляется полная имитация рабочего режима на объекте установки ВТСП КЛ в Санкт-Петербурге).