До сих пор примеров практического применения индустриальных сверхпроводящих кабелей было раз-два и обчёлся, да и то счёт шёл на сотни метров. Запуск нового комплекса ознаменует собой переход сверхпроводников из области сравнительно небольшой техники (медицинские томографы, научное оборудование) в гигантскую индустрию распределения энергии.

Уникальная суперстанция-узел «Три товарища» (Tres Amigas Superstation) по плану энергетиков должна впервые соединить в одной точке три независимые электросети США — восточную, западную и техасскую (Eastern Interconnection, Western Interconnection, Texas Interconnection). Новая станция решит многие проблемы энергосети страны и особенно ценной окажется в свете расширения производства альтернативной энергии.

Tres Amigas должна стать первым узлом, способным перекидывать большие мощности в любом направлении сразу между тремя сетями, каждая из которых работает самостоятельно и потому не совпадает по фазе тока с соседями. Для переброски нагрузки между ними в настоящее время имеется несколько ограниченных по пропускной способности узлов, переводящих переменный ток в постоянный и обратно. Но они могут передавать менее процента всей генерируемой мощности, а, к примеру, прямой связи между техасской и западной сетью — и вовсе нет.

Такое положение дел не устраивает энергетиков. И не только потому, что оно ограничивает гибкость общей энергетической системы государства. Невозможность переброски тока в достаточном количестве сдерживает, как ни странно, развитие альтернативной энергетики — солнечных и ветровых станций.

Дело в том, что выработка на них отличается непостоянством, и компенсировать его негативный эффект можно только двумя путями — создавая колоссальные аккумулирующие мощности (а это дорого) либо соединяя такие станции с как можно большим числом потребителей, то есть передавая пик генерирующей мощности в те районы, где имеется пик потребления.

Так, техасская сеть слишком мала, что сдерживает строительство там альтернативных электростанций. С другой стороны, имеющиеся большие ветровые фермы Среднего Запада нуждаются в большем числе потребителей (в том числе — на юге), дабы сглаживать свою неравномерность в производстве электричества. Равно как пасмурная погода над солнечными станциями в одном штате может быть легко компенсирована ярким солнцем над другим регионом — была бы только связь между ними.

Весь этот узел проблем, по оценке исследовательского института электроэнергетики (Electric Power Research Institute), участвовавшего в идеологическом обосновании проекта, может разрубить одно суперсоединение, возведённое в точке, где все три сети близко подходят друг к другу. Это место уже выбрано — оно расположено близ города Кловис (Clovis) в Нью-Мексико.

Самое примечательное в проекте — в новой станции будут использованы сверхпроводящие линии электропередачи постоянного тока (Superconductor Electricity Pipelines) от компании American Superconductor. Они расположатся под землёй в форме многокилометрового треугольника.

После строительства первой очереди Tres Amigas по нему в любом направлении может быть переброшено до 5 гигаватт мощности. А в конечном варианте максимальный поток по каждой из сторон этого треугольника достигнет 30 гигаватт. При этом сама узловая станция будет располагать ещё и аккумулирующими мощностями в размере 150 мегаватт, помогающими сглаживать нагрузку.

Схема Tres Amigas Superstation. Голубым цветом показан сверхпроводящий треугольник, связывающий во всех возможных направлениях три крупные энергосети страны. Благодаря такому узлу энергия ветра из Канзаса может прийти в Колорадо, или солнечная энергия из Аризоны – добраться до Оклахомы (иллюстрация American Superconductor).

American Superconductor известна как один из пионеров индустрии сверхпроводников. Компания выпускает серийные сверхпроводящие кабели, рассчитанные на промышленные токи. Она сравнивает внедрение таких систем в электросети с переходом индустрии связи с медных жил на оптоволокно.

Применение её разработки в данном проекте сулит целый ряд выгод. Во-первых, потери в многокилометровых линиях «треугольника» окажутся заметно более скромными, чем в случае, если бы в нём применялись традиционные ЛЭП. Собственно КПД передачи тока по сверхпроводящему кабелю равен 100%, но некоторая мощность требуется на работу системы охлаждения его до температуры жидкого азота.

Во-вторых, сверхпроводящие кабели (каждый из которых по несущей способности идентичен набору из 10 медных кабелей сопоставимого размера) будут незаметно проложены под землёй с минимальным вмешательством в окружающую среду. В противовес этому традиционные воздушные ЛЭП потребовали бы широких полос отчуждения. Да и договориться с владельцами земли было бы сложнее. А так уже имеется договорённость об аренде участка.

В-третьих, дальнейшее масштабирование комплекса традиционным способом потребовало бы возведения новых тяжеленных ЛЭП, отстоящих на энное расстояние от линий первой очереди, что создало бы лишние проблемы с землёй опять-таки, а ещё пришлось бы строить дополнительные трансформаторные подстанции.

В случае со сверхпроводниками ничего этого не нужно. Дополнительные кабели просто укладываются бок о бок с предыдущими.

Один-единственный сверхпроводящий кабель (на рисунке вверху) на 5 гигаватт может быть уложен под землю с минимальной «зоной безопасности», в то время как обычная ЛЭП на ту же передаваемую мощность займёт полосу шириной под 200 метров и в высоту будет насчитывать метров 40 (иллюстрации American Superconductor)

Если федеральные власти замысел утвердят (а Tres Amigas — частный коммерческий проект, развиваемый одноимённой компанией), первая очередь узловой суперстанции вступит в строй в 2014 году. Успех же Tres Amigas будет иметь важное значение и для распространения сверхпроводящих ЛЭП в индустрии, пока ещё осторожно относящейся к новации.

Дело в том, что, по оценке института электроэнергетики, как раз при передаче по таким сетям больших мощностей (от пяти гигаватт и выше) на большие расстояния (тысяча миль) сверхпроводящие ЛЭП сравниваются в цене постройки с обычными, так как доля затрат на криогенное оборудование оказывается уже небольшой. К тому же только при промышленных масштабах в полной мере проявляет себя выгода от обнуления потерь в проводах.

Тремя оттенками синего показаны
три энергосети США, звёздочкой – место
расположения уникального
сверхпроводящего концентратора
(иллюстрация American Superconductor)

Ну и большую роль Tres Amigas должна сыграть в формировании национального рынка возобновляемых источников энергии, так как она сделает возможным покупку и продажу любым клиентом «зелёного» электричества, произведённого в границах любой из трёх национальных энергосетей.

Правда, как сообщает Popular Mechanics, проект Tres Amigas может быть торпедирован Техасом, который в силу ряда экономических и исторических причин считает свою «электрическую» независимость от остальных штатов конкурентным преимуществом и благом, а не слабостью.

Сеть ERCOT (Electric Reliability Council of Texas), поставляющая потребителям 85% от всего электричества в штате, не горит желанием немедля влиться в общенациональную сеть. А некоторые местные производители альтернативной энергии высказывают экономические доводы за независимость техасской сети: подключение новых станций к любой из «больших сетей» требует согласования проекта со слишком большим числом инстанций, а в Техасе всё проходит в одном месте и быстро.

В конечном счёте — это оказывается просто дешевле. Не зря именно в этом штате ряд крупных компаний развивает сейчас собственные энергетические проекты.

Сторонники «великого объединения» указывают, что станция «Три товарища» (которую в таком разе стоило бы переименовать в «Два товарища») будет иметь ценность, даже если соединит только «запад» и «восток». К тому же после её постройки у Техаса возникнет соблазн передумать и всё же подключиться к данному узлу. К этому ERCOT могут подтолкнуть некоторые местные производители энергии, исчерпавшие локальный рынок и мечтающие выйти за пределы штата.

Для всего мира эти политические дебаты американцев не слишком интересны. Зато сам факт постройки узловой станции на сверхпроводниках будет иметь громадное значение: как первая демонстрация технического и экономического потенциала сравнительно новой технологии.

Источник: http://www.membrana.ru/…/174300.html