В последние годы появилась реальная возможность использовать для передачи энергии на большие расстояния постоянное напряжение в связи с разработкой надежных преобразователей постоянного высокого напряжения. Передача энергии постоянным напряжением имеет ряд технических преимуществ перед системами переменного тока:
1. Уровень передаваемой мощности в сетях постоянного напряжения значительно выше, так как потери энергии происходят только за счет электрического сопротивления проводника. При передаче энергии переменным напряжением возникают потери из-за наличия переменного электромагнитного поля. В кабелях, как известно, это потери в диэлектрике, экранах, оболочках и т. п.
2. Применение систем постоянного тока дает возможность передавать энергию на достаточно большие расстояния. При использовании переменного тока расстояние между источником и потребителем ограничивается наличием емкостных токов. Емкостный ток в кабеле равен:
,
где С – емкость кабеля, Ф/км; ω – частота, 1/с; U – фазное напряжение, В; L – длина кабельной линии, км.
|
|
Таким образом, при длине кабельной линии 30–40 км емкостный ток будет практически равен допустимому току нагрузки и передача энергии по кабелям будет по существу невозможной.
Проблемы передачи большого количества электроэнергии на дальние расстояния могут возникать в связи с неравномерной плотностью населения в различных районах страны, удаленностью дешевых энергоресурсов от потребителя и др.
В последнее время возрастает роль АЭС в энергоснабжении промышленности и населения. Как правило, АЭС размещаются на достаточном удалении от потребителей, вблизи рек, заливов, что позволяет получить необходимое количество воды для охлаждения реактора. Наилучшее место размещения АЭС – естественный или искусственный остров, находящийся в нескольких километрах от берега. В этом случае для присоединения АЭС к системе энергоснабжения потребуются кабельные линии постоянного тока мощностью до 1 ГВА.
3. Передача энергии постоянным током позволяет связывать энергосистемы, работающие на разных частотах. Это преимущество используется для реализации так называемого межсистемного эффекта. Например, объединение систем Франции (частота 50 Гц) и Великобритании (частота 60 Гц) осуществляется с помощью кабельной линии постоянного тока через пролив Ла-Манш. В результате удается снизить мощность генераторов в объединенных системах за счет несовпадения во времени их максимальной нагрузки. Кроме того, совместная работа систем позволит уменьшить резерв мощности, необходимой для покрытия возможной ошибки прогнозов потребления нагрузки.
|
|
Еще пример, электропередача постоянного тока Норвегия – Дания реализует следующий эффект: энергоснабжение Норвегии осуществляется гидроэлектростанциями, Дании – тепловыми электростанциями. В периоды дождей Норвегия отдает избыток энергии в Данию, где в это время уменьшается расход топлива на тепловых электростанциях. В период малых расходов воды в реках Норвегии дефицит энергии здесь покрывается за счет электроэнергии Дании.
Однако электропередача постоянного тока имеет и недостатки. Основной из них – большая стоимость преобразовательных подстанций.
Тем не менее, расчеты показывают, что более высокая стоимость преобразовательных подстанций компенсируется снижением стоимости линий электропередачи постоянного тока в том случае, если их длина превышает 500 км для воздушных линий и 30–50 км для кабельных линий.