В последние годы всё чаще звучат прогнозы о грядущем ренессансе постоянного тока в глобальных энергосистемах. Эксперты международной консалтинговой фирмы PWS представили анализ, согласно которому в течение следующих 25 лет различные участники энергорынка, включая конечных пользователей, смогут существенно сократить расходы на электроснабжение именно благодаря внедрению технологий постоянного тока.
Хотя сегодня доминирующее положение занимает переменный ток, существует целый ряд практических ситуаций и технологических трендов, которые делают применение высоковольтных линий постоянного тока не только целесообразным, но и экономически выгодным.
Ключевые преимущества и области применения
· Снижение стоимости ЛЭП: для высоковольтных передач постоянного тока требуется меньшее количество проводников, что уменьшает капитальные затраты на строительство линий электропередачи.
· Энергоэффективность ЦОД: современная вычислительная техника, включая серверы в дата-центрах, работает на постоянном токе. Преобразование переменного тока в постоянный внутри оборудования приводит к потерям энергии в виде тепла. Крупные компании, такие как Facebook и Microsoft, уже внедрили в своих центрах обработки данных гибридные системы питания (AC/DC), что позволило им экономить около 20% электроэнергии.
· Совместимость с ВИЭ и накопителями: солнечные панели производят, а современные аккумуляторные системы накапливают именно постоянный ток. В текущих схемах для подачи энергии в сеть или к бытовым приборам (работающим на переменном токе) используются инверторы, КПД которых не идеален — потери на преобразование могут достигать 10%.
· Промышленные приводы: значительная часть промышленного оборудования с электрическим приводом уже использует частотные преобразователи, которые питаются выпрямленным напряжением (то есть постоянным током).
· Зарядная инфраструктура для электромобилей: массовый переход на электротранспорт создаст повышенную нагрузку на сети. Передача больших мощностей на значительные расстояния для питания зарядных станций может быть более эффективной с использованием технологий постоянного тока.
· Прогресс в силовой электронике: твердотельные преобразователи напряжения для сетей постоянного тока активно развиваются, становясь более компактными, надёжными и доступными.
· Подводные и протяжённые кабельные линии: ёмкостные потери в длинных кабелях (например, в линии между Швецией и Германией протяжённостью 250 км) при передаче переменного тока существенно выше, чем при использовании постоянного.
- Интеграция удалённых генерирующих объектов: подключение изолированных электростанций (ветряных, солнечных, гидро) к общей распределительной сети.
Это далеко не полный перечень преимуществ. Технологии постоянного тока открывают возможность для сегментирования крупных энергосистем на несколько независимых, несинхронизированных частей с помощью так называемых вставок постоянного тока. Яркий пример — энергосистема Индии, которая фактически представляет собой несколько региональных сетей, соединённых высоковольтными линиями постоянного тока. Китай также планирует использовать линии сверхвысокого напряжения (800 кВ) для передачи колоссальных мощностей на тысячи километров от гидро- и геотермальных электростанций в густонаселённые регионы.
Вызовы и перспективы внедрения
Однако путь к широкому внедрению не лишён препятствий. Энергетика — одна из самых жёстко регулируемых отраслей, а для систем распределения постоянного тока на низком и среднем напряжении нормативная база во многих странах пока отсутствует или находится в зачаточном состоянии. В то же время организации, такие как американский альянс EMerge Alliance, активно работают над созданием и продвижением технических стандартов для систем постоянного тока в коммерческих и жилых зданиях, уже реализуя пилотные проекты.
Несмотря на то, что сценарии и темпы перехода будут различаться от страны к стране, включая Россию, можно с уверенностью сказать: частичный возврат к постоянному току в отдельных сегментах энергосистемы — это назревшая технологическая необходимость и логичный следующий шаг в развитии электроэнергетики.
Если материал был полезен, поддержите автора лайком и подпиской на канал!