Энергоэффективность в электрических сетях. Провода ЛЭП пора менять.

Повышение энергетической эффективности в последние годы стало основным приоритетом как российской, так и международной экономической политики.

Для отечественных электросетей это особенно важно, поскольку понятно, в каком плачевном состоянии они находятся. Достаточно отметить, что с 1991 года потери электроэнергии при передаче в сетях выросли в 1,5 раза, при этом эффективность использования капиталовложений снизилась в 2,5 раза. По мере роста стоимости энергоресурсов энергосбережение признано стратегической задачей, связанной с поддержанием технического состояния электросетей на современном уровне. А как показано на диаграмме, в структуре технологического расхода электроэнергии около 60% всех потерь при передаче составляют потери в проводах ЛЭП.

Решение указанных задач по энергоэффективности и энергосбережению возможно за счет:

• увеличения пропускной способности электросетей;
• снижения потерь электроэнергии при передаче;
• обеспечения бесперебойности энергоснабжения в сложных природных условиях, а также повышения надежности и долговечности ЛЭП.

С точки зрения надежности по данным НТЦ «Электроэнергетики» за 11 лет наблюдений за ЛЭП 110-750 кВ более половины технологических сбоев в электросетях приходится на провода.

Следовательно, повышение надежности проводов существенно повысит надежность самих сетей. Проблема надежности линий электропередачи усугубляется тем, что в последующие годы при возрастающем энергопотреблении (что естественно для страны с развивающейся экономикой) старение сетей и оборудования будет происходить интенсивнее, а, значит, без полномасштабной модернизации эти проблемы могут перерасти в энергетический коллапс.

Проблему повышения пропускной способности электросетей также можно эффективно решать с помощью замены проводов ЛЭП.

На прилагаемой диаграмме приведены данные по эффективности принимаемых сегодня технических решений по мере возрастания показателей «повышение пропускной способности/увеличение стоимости:

• Увеличение нагрузки (синий):
• Замена проводов (желтый);
• Увеличение напряжения (черный);
• Преобразование в постоянное напряжение (зеленый).

Среди путей повышения пропускной способности электросетей использование проводов нового поколения – это достаточно результативный и не самый дорогой путь.

Таким образом, можно решать проблемы повышения энергоэффективности простой и быстрой заменой типовых проводов на инновационные, причем без использования дорогостоящего оборудования. Мировая практика показывает, что замена проводов старых конструкций на новейшие и применение инновационных технологий в значительной степени снижают риски выхода ЛЭП из строя из-за угрозы повреждений и воздействия экстремальных погодных условий, обеспечивают решение экологических проблем и способствуют в полной мере энергоэффективности и энергосбережению. Но использование импортных инноваций – это только первый шаг. Следующий этап внедрения энергоэффективного решения – локализация. И в данный момент в России завершается строительство российско-бельгийского предприятия по производству современных проводов для ЛЭП. На первом этапе для изготовления продукции будет использоваться катанка, произведенная на заводе Lamifil. В дальнейшем планируется создать собственное литейно-прокатное производство алюминиевой катанки.

Высоковольтные неизолированные провода нового поколения: это новые конструкции (с использованием Z-образных и трапециевидных проволок) и новые материалы повышенной прочности и проводимости.

В проводах нового поколения используются материалы, обладающие высокими электрическими и механическими характеристиками (термообработанные алюминий и алюминиевые сплавы с добавками редкоземельных металлов, алюминий-циркониевые термостойкие сплавы) в соответствии с международными и европейским стандартами: МЭК 62219 (2002), МЭК 60004 (2007), МЭК 60121 (1960), EN 60889 (1987), EN 50183 (2000). Применение композитных материалов в качестве несущего сердечника позволяет добиться уникальных свойств у проводов нового поколения.

В России планируется производство:

Высокоэффективные провода с композитным сердечником ACCC® (Aluminium Composite Core Conductor - алюминиевый провод с композитным сердечником) являются новинкой для российского электроэнергетического рынка. Это инновационная технология американской компании СТС с применением композитного материала из углеродного волокна – карбоновых нитей, которые значительно легче и прочнее стали.

Основные преимущества проводов ACCC®:

• позволяют удвоить номинальный ток и увеличить пропускную способность линии в 2 раза;
• позволяют сократить потери линии и связанные с ней выбросы в атмосферу на 20-30%;
• легче по сравнению с проводами АС аналогичного эффективного сечения на 50-60%;
• обеспечивают меньшие стрелы провеса, что позволяет увеличивать длины пролетов линии, использовать анкерные опоры меньшей высоты или меньшее количество опор;
• не подвержены коррозии;
• позволяют снизить нагрузку на опоры при обледенении и ветровых нагрузках, что повышает надежность и долговечность работы ЛЭП.

Высокотехнологичные провода типа Z с улучшенными механическими характеристиками:

• AAACZ (All Aluminium Alloy Conductor, Z-type) - провод из алюминиевого сплава, в котором 1-2 внешних слоя выполнены из проволок Z-образного сечения;

• AACSRZ (Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced, Z-type) - провод из алюминиевого сплава со стальным сердечником, 1-2 внешних слоя провода выполнены из проволок Z-образного сечения.

В проводах типа Z в качестве 1-2 наружных слоев взамен круглых использованы проволоки Z-образного профиля, что дает возможность получить наружный слой практически идеально гладким. При этом достигается значительное уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления и более плотная компоновка. С одной стороны, при сравнении проводов равного эффективного сечения опоры на линиях и сами провода типа Z испытывают меньшие механические напряжения, что снижает риски выхода линии из строя при возникновении повышенных нагрузок в виде шквалистых ветров и гололедно-изморозевых отложений. С другой стороны, данная конструкция более компактная и позволяет увеличить эффективное сечение провода, а, значит, снизить потери и повысить пропускную способность ВЛ.

Термостойкие провода с зазором G(Z)TACSR (Gap Type (Super) Thermal Resistant Aluminium Conductor Steel Reinforced) – это провода из термостойкого алюминиевого сплава со стальным сердечником. Эти провода позволяют существенно увеличить пропускную способность линии без замены опор, обеспечивая заданный габарит. На наш взгляд несмотря на дополнительные тепловые потери эта технология имеет хорошие перспективы при реконструкции отечественных ЛЭП, т.к. позволяют снизить затраты при строительстве (не потребуется замена опор для увеличения пропускной способности линии), а высокотемпературный режим может использоваться не постоянно, а только при пиковых нагрузках.

Провода повышенной проводимости AAAC UHC (All Aluminium Alloy Conductor, Ultra High Conductivity - провода из алюминиевого сплава и повышенной проводимости) могут быть различных конструкций, но в их наружном слое используется материал с минимальным электрическим сопротивлением – термообработанный алюминий. Это позволяет снизить потери линии до 9%.

В планах развития предприятия – расширение линейки проводов нового поколения и работа по принципу “tailor made” (буквально «индивидуальный пошив») с учетом пожеланий, потребностей и возможностей заказчиков.

И, хотя провода нового поколения достаточно дороги сейчас, оценочные расчеты доказывают, что замена типовых проводов на провода нового поколения не только позволяют снизить риски аварий на ВЛ, вызванные непогодой, но и позволяют получить экономический эффект.

Ниже приведено сравнение вариантов реконструкции ЛЭП 220кВ энергосистемы города Калуги.

Таким образом, несмотря на более высокую начальную стоимость применение в проекте провода нового поколения АССС 430 Brussels позволяет за короткий срок окупить инвестиции и в дальнейшем при эксплуатации получить значительный экономический эффект.

Приведенные выше доказательства позволяют сделать следующие ВЫВОДЫ.

Энергоэффективность. Применение проводов нового поколения

Применение проводов нового поколения позволяет решать основные проблемы электросетей: повышение надежности, бесперебойности энергоснабжения, сокращение потерь и увеличения пропускной способности. Использование проводов нового поколения приводит к снижению потерь линий электропередач до 30% и увеличению их пропускной способности в 1,5 - 2 раза. Замена имеющихся проводов на провода нового поколения позволяет достичь экономии за счет более низких потерь около 98 тыс. руб. на 1 км линии в год и за счет дополнительной передаваемой мощности 150 - 250 млн руб. на линию в год.

Следует отметить, что реализация полномасштабных инновационных проектов, таких как Smart Grid, не возможно без проводов нового поколения, которые являются инновационным решением, основанным на новых технологиях и материалах, сырье высокого качества.

Энергосбережение. Замена проводов

По причине очевидного роста стоимости энергоресурсов потери, которым ранее почти не уделялось внимание, сейчас стали обходиться слишком дорого. Высокий уровень потерь в российских электросетях (около 5% для ФСК и 8-11% для МРСК) определяется не только высоким уровнем изношенности электросетевого оборудования и сложными условиями климата России. При реализации пилотных проектов с проводами нового поколения выяснилось, что несмотря на все очевидные преимущества и экономический эффект существуют административные барьеры при внедрении инновационных проводов.

Производство проводов регламентируется устаревшей нормативной базой электрокомплекса (ГОСТ 839-80 Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Технические условия – 1980 года, Правила устройства электроустановок, 7-ая редакция 2002 года в части ЛЭП унаследовала основные положения версии 1997 года), которая была создана несколько десятилетий назад и не только не стимулирует отечественных производителей к разработке новых конструкций проводов, но и определяет проектные и эксплуатационные требования электросетей с достаточно высоким по современным меркам уровнем потерь. Устаревшие технические требования к проводам ЛЭП позволяют сетевым компаниям закладывать в новые проекты и использовать для реконструкции ЛЭП сталеалюминиевые провода АС, оставляя для проводов нового поколения только участки, где АС не проходят по механическим расчетам, не обеспечивая требуемые габариты пролетов ЛЭП даже при максимальной высоте опор.

Наша компания, через Агенство стратегических инициатив, инициировала процесс пересмотра устаревшей нормативной базы электроэнергетики России, что позволит снять административные барьеры при внедрении востребованных инновационных решений.

Импортозамещение

Организация производства проводов нового поколения на территории РФ позволит производить высококачественную продукцию по ценам ниже западных аналогов за счет отсутствия транспортно-таможенных издержек, а так же более оперативно реагировать на потребности клиентов, что в конечном итоге приведет к замещению импортной продукции.

Локализация производства ведущих мировых производителей электрооборудования на территории РФ отвечает политике импортозамещения, проводимой ОАО «ФСК ЕЭС» и направленной на развитие российского электротехнического оборудования и увеличение доли поставок оборудования российского производства в рамках реализации масштабных инвестиционных проектов. Создание отечественного предприятия с привлечением передового опыта, ноу-хау и лучших мировых технологий в полной мере соответствуют требованиям программ по модернизации российских электросетей. Появление в России современного предприятия с высокой культурой производства, несомненно, даст толчок отечественной кабельной промышленности, выводя ее на новый, конкурентноспособный уровень, и позволит задать направление развития электросетевого комплекса.

Экспорт продукции

Вступление России в ВТО требует от отечественных производителей повышенной конкурентоспособности. Расширение экспортных возможностей России должно происходить за счет продукции предприятий современных, высокотехнологичных, обладающих новейшими технологиями и инновационными решениями. В условиях либерализация режима экспорта продукция СП будет востребована в странах Европы и мира, так как аналогичная продукция производства бельгийской компании LAMIFIL используется электросетевыми компаниями США, Франции, Великобритании, Швеции, Бельгии, Китая и многих других стран. Реализация политики стимулирования экспорта позволит предприятию успешно осваивать новые рынки, предлагая высокотехнологичную продукцию.

Предложения для программы модернизации электроэнергетики

Для внедрения энергоэффективных инновационных решений в рамках проводимой модернизации электроэнергетики необходимо :

• усовершенствовать нормативно-техническую базу в части повышения энергоэффективности и энергосбережения, а также учета рисков эксплуатации электросетей;
• определить критерии сравнения различных технических решений для ЛЭП по уровню энергетической эффективности, экономичности, экологичности и надежности передачи электроэнергии;
• обеспечить возможности проектирования ЛЭП с применением инновационных разработок;
• пересмотреть принципы экономического расчета проектов строительства или реконструкции ЛЭП с учетом стоимости владения.

Наконец, самое главное. Описанные проблемы при внедрении инновационных решений в электроэнергетике России требуют комплексного, государственного подхода. Поэтому Группа компаний «Сим-Росс», в состав которой входит ООО «Сим-Росс-Ламифил», предлагает заинтересованным организациям (ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «Холдинг МРСК», Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, Министерство энергетики, Министерство экономического развития, Комитет по энергетике Госдумы) в соответствии со ст.6 Федерального закона №261-ФЗ инициировать разработку Федеральной программы по обеспечению энергосбережения и повышению энергетической эффективности магистральных и распределительных электросетей, включающую государственную поддержку инновационных энергоэффективных и энергосберегающих технологий для электросетей.