ПРОТЯЖЕННЫЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ РОССИИ

Аннотация

Г. И. Давыдов, А. М. Хоютанов, П. Ф. Васильев, В. П. Кобылин. Протяженные электропередачи на Северо-Востоке России. Наравне с широкомасштабной интеграцией ВИЭ на северо-востоке России следует рассмотреть транспорт электрической энергии на дальние расстояния применительно к децентрализованной зоне электроснабжения. Предложена магистральная линия в северном направлении, обеспечивающая централизованным электроснабжением новые промышленные центры северных и арктических территорий Якутии и разработаны новые методы построения протяженной электропередачи в заниженном классе напряжения на основе сильноточной электроники.

Дальний Восток России обладает уникальным потенциалом в области возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Это связано с технологическим прогрессом, влияющим на удешевление оборудования ВИЭ.

Ежегодные объемы северного завоза оцениваются в 320 тыс. тонн условного топлива, а затраты на них – в сумму, превышающую 9 млрд руб. Ежегодные расходы РАО «ЭС Востока» на подготовку объектов компании к отопительному сезону составляют 10-11 млрд руб. [1].

Опыт, накопленный в советские годы, показывает, что можно экономить на дизельном топливе для ДЭС за счет использования технологий ВИЭ. Так, в Камчатском крае в структуре РусГидро действуют объекты геотермальной энергетики под управлением АО Геотерм (Паужетская, Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоЭС) с совокупной установленной мощностью 74 МВт. Сегодня эти уникальные станции обеспечивают до 30 % энергопотребления центрального Камчатского энергоузла, позволяя значительно ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного топлива (мазута). Геотермальные источники на Дальнем Востоке есть не везде по сравнению с серьезным потенциалом использования энергий солнца и ветра для производства электрической энергии. Наибольший потенциал применения ВИЭ определен в Республике Саха (Якутия), в Приморье – это солнечные станции и ветрогенераторы, Камчатский край – ветрогенераторы, мини-ГЭС и геотермальные станции. Сахалинская область и Чукотский автономный округ – ветряная генерация [1]. Программа развития ВИЭ Русгидро представлена на рис. 1.

Наравне с широкомасштабной интеграцией солнечных и ветровых электростанций следует реализовать задачи транспорта электрической энергии на дальние расстояния применительно к децентрализованной зоне электроснабжения.

Согласно инвестиционной стратегии Республики Саха (Якутия) до 2030 года появится новый промышленный район в Арктической зоне Якутии.

Основная цель инвестиционного проекта Комплексное развитие Томпонского горнопромышленного района – создание на основе принципов государственно-частного партнерства условий для формирования на Дальнем Востоке России и на территории Томпонского района Якутии нового промышленного района, основанного на богатом природно-ресурсном потенциале и мероприятиях по развитию транспортной и энергетической инфраструктуры.

Первый этап инвестиционного проекта включает:

проекты освоения Нежданинского золоторудного и Верхне-Менкеченского серебряно-полиметаллического месторождений;

строительство Джебарики-Хаинской угольной электростанции;

строительство линии электропередач «Хандыга – Теплый Ключ – Развилка – Нежданинское» с ответвлением на Верхне-Менкече;

строительство участка автомобильной дороги от федеральной трассы Колыма до Дыбинского перевала.

На втором этапе реализации инвестиционного проекта «Комплексное развитие Томпонского горнопромышленного района» возможно освоение Джалканского медного и Агылкинского медно-воль-фрамового месторождений, строительство единого горно-обогатительного комбината.

Планируется возобновление добычи оловянных концентратов в Усть-Янском районе Республики Саха (Якутия).

Также в Республике Саха (Якутия) планируется реализация крупнейшего инвестиционного проекта освоения Яно- Колымской золоторудной провинции, в рамках которого планируются к освоению золоторудные месторождения Бадран, Удума, Дражный, Малый Тарын, Базовский, а на территории Магаданской области – Наталкинское, Верхний Хакчан, Олбот, Дегдекан, Токичан, Павлик, Игуменско-Родионовское, Осадочное, Чумыш.

Развитие перерабатывающих производств должно обеспечить рост их доли в ВРП, что повысит уровень конкурентоспособности Республики Саха (Якутия), будет способствовать развитию кадрового, научного и инновационного потенциала региона, снизит зависимость экономики от волатильности цен на первичные природные ресурсы. В связи с этим освоение месторождений природных ресурсов должно рассматриваться в формате комплексного развития с локализацией на территории Республики Саха (Якутия) производств по обогащению, переработке и выпуску готовой продукции и полуфабрикатов.

Обеспечение транспортной доступности и доступности подключения к энергетическим источникам является основным необходимым условием локализации новых производств и реализации инвестиционных проектов на территории Республики Саха (Якутия).

Немаловажную роль в реализации проектов играют тарифы на энергоресурсы. При объединении энергосистем Восточной Сибири и Дальнего Востока будут вовлечены электрические мощности кластера гидроэлектростанций: Братская ГЭС, Усть-Илимская ГЭС, каскад Вилюйских ГЭС, Южно-Якутский гидроэнергетический комплекс, Колымская ГЭС, Усть-Среднеканская ГЭС, Зейская и Бурейская ГЭС. Их электроэнергия значительно дешевле энергии тепловых и дизельных станций, и поэтому для реализации надежного и бесперебойного энергоснабжения и объектов промышленности бытовых потребителей арктической зоны Республики Саха (Якутия) целесообразно расширить зону влияния централизованного электроснабжения.

Предлагается вариант альтернативного электроснабжения арктической зоны Республики Саха (Якутия) от магистральной межсистемной сети, объединяющей Восточную Сибирь и Дальний Восток, путем строительства линии электропередачи «Хандыга – Усть-Куйга» протяженностью 825 км, суммарной мощностью 140 МВт, напряжением 220 кВ и пропускной способностью 203 МВт (рис. 2) [2], Трасса линии планируется вдоль автозимника Яна, которая будет действовать круглогодично.

Во всём мире для передачи, распределения и отбора мощности используются трёхфазные системы переменного тока. Традиционные линии электропередачи конструктивно простые, но их пропускная способность низкая. Новые разработки позволяют увеличить передачу активной мощности трёхфазной воздушной линии, в сравнении с традиционной, более чем в два раза. Использование электропередач постоянного тока для передачи электроэнергии на сверхдальние расстояния следует признать нецелесообразным ввиду высокой стоимости преобразовательных подстанций, которые в 2,5-3 раза дороже подстанций переменного тока, и отсутствия надёжных выключателей.

Транспорт электроэнергии переменного тока на сверхдальние расстояния возможен одним из двух принципиально отличающихся способов. Первый способ предусматривает компенсированные электропередачи с отборами мощности [3–6]. Во втором варианте используются полуволновые и настроенные на полуволну транзитные (без отбора мощности) электропередачи [7– 9]. Целесообразность настройки на полуволну возникает при длине линии 1500 км и более. Линию, длина которой меньше 1500 км, целесообразно привести к линии «нулевой длины» [10]. Поскольку протяженность рассматриваемой линии меньше граничной длины 1500 км, ее реактивное сопротивление следует скомпенсировать и привести к линии нулевой длины для повышения пропускной способности и стабилизации режима напряжения вдоль линии с помощью тиристорного стабилизатора параметров (ТСП) [11], разработанного в Институте физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН.

Слабой стороной одноцепных компенсированных электропередач на дальние расстояния является их недостаточная надежность, поскольку нет совершенных способов ликвидации однофазных отказов на линии и способов длительной работы электропередачи на двух фазах с передачей 50…60 % номинальной мощности, как это имеет место в передаче постоянным током, работающей в униполярном режиме. Поэтому для решения проблемы надежности предлагается вариант линии с расщепленной на три составляющие провода резервной фазой, которая значительно экономичнее двухцепных ВЛ [12,  13].

Предложена магистральная линия в северном направлении, обеспечивающая централизованным электроснабжением новые промышленные центры северных и арктических территорий Республики Саха (Якутия) и разработаны новые методы построения протяженной электропередачи в заниженном классе напряжения на основе сильноточной электроники.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Габдерахманова Т.С. Некоторые аспекты развития возобновляемой энергетики в арктической зоне РФ / Т.С. Габдерахманова // Альтернативная энергетика и экология. 2016. № 19-20. С. 41-53.
2. Альтернативные источники электроэнергии для снабжения предприятий промышленных центров Арктической зоны Якутии / Г.И. Давыдов, А.В. Кобылин, Р.П. Ли-Фир-Су, В.А. Седалищев, А.С. Нестеров // Электротехника. 2017. № 9. С. 84-88.
3. China’s construction in four decades (1949-1989). Electric Power Industry in China. Information Institute of Water Resources and Electric Power: MOE; MWR, 1990. Vol. 10.
4. Felix F. Wu. China’s Future in Electric Energy / Felix F. Wu, Shuti Fu // IEEE Power and Energy. 2005. Vol. 3. No. 4.
5. Щербаков В.К. Технические и экономические характеристики настроенных электропередач / В.К. Щербаков. Новосибирск: Наука, 1965. 68 с.
6. Щербаков В.К. Возможности передач, настроенных на полуволну / В.К. Щербаков // Вопросы дальних электропередач. 1960. С. 3-20.
7. Зильберман С.М. Оценка эффективности применения полуволновой передачи электроэнергии в Южной Африке / С.М. Зильберман, Г.И. Самородов // Известия Российской академии наук. Энергетика, 2009. № 5. С. 115–124.
8. Самородов Г.И. Прогрессивные технологии передачи электроэнергии на переменном токе на дальние и сверхдальние расстояния / Г.И. Самородов, Т.Г. Красильникова // Энергетическая политика. 2013. № 5. С. 31-38.
9. Зильберман С.М. Сверхдальние электропередачи полуволнового типа / С.М. Зильберман, Г.И. Самородов // Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водного трансп., 2010. 327 с.
10. Транспорт электроэнергии переменного тока на сверхдальние расстояния / Г.И. Давыдов, А.М. Хоютанов, П.Ф. Васильев, В.П. Кобылин // Интерактивная наука. 2018. № 3 (25). С. 10- 15.
11. А.с. СССР № 1473004. Устройство для автоматического регулирования напряжения линии электропередачи / Кобылин В.П., Обрусник В.П., Дордин Ю.Р., Кобзев А.В., Дульзон Н.А. и др. Заявка № 4227658/24-07 от 13.04.1987. Опубл. Бюл. № 14 от 15.12.1988.
12. Пат. № 2578040 Российская Федерация. Устройство резервирования линии электропередачи / Нестеров А.С., Лебедев М.П., Кобылин В.П., Васильев П.Ф. 2016. Бюл. № 8.
13. Повышение эффективности эксплуатации воздушных линий электропередачи с резервной фазой / Нестеров А.С., Лебедев М.П., Кобылин В.П., Васильев П.Ф., Давыдов Г.И., Хаютанов А.М. // Вестник Южно- Уральского государственного университета. Сер. Энергетика. 2016. Т. 16. № 4. С. 45-48.