Инновация в электрические сети энергосистем Республики Казахстан

           Министерство образования и науки Республики Казахстан

Колледж КазНТУ им.К.И.Сатпаева

 

 

                                                                                                  

 

 

 

Подготовил  студент 3-го курса группы 0707:   Бытыбаев Р.Б

 

Научный руководитель преподаватель спец.дисциплины:  Сегизбаев К.С

 

 

 

 

                                         Алматы 2012

Докладчик: студент группы 0707000 колледжа КазНТУ им.К.И.Сатпаева

Бытыбаев Рустам Болатович

Руководитель: преподаватель спец дисциплин колледжа КазНТУ им.К.И.Сатпаева Сегизбаев К.С.

 

Инновацию в  электрические сети энергосистем Республики Казахстан

 

   В электроэнергетике спрос на инновации растет не только в сфере производства но и потребления. В последнее время начался процесс внедрения энергоэффективных технологий и в процесс передачи электрической энергии. Практически одновременно в мире стали развиваться технологии так называемых интеллектуальных сетей (smart grids), задача которых снизить потери при передаче электроэнергии, увеличить пропускную способность ЛЭП, повысить управляемость и, как следствие, надежность энергосистем.

 В Казахстане как и в России в силу их огромных территории внедрение Smart Grid, с одной стороны, риск, с другой — перспектива. Ведь только за счет оптимального использования существующей энергопередающей инфраструктуры можно ежегодно экономить до 250 млрд тенге. Развитие smart grid началось с пилотных проектов, некоторые из них реализуются на Северо–Западе РК. Для начала стоит оговориться, что единого определения smart grid пока не существует. Например, один из руководителей сетевой компании это понятие трактует следующим образом: «умная» сеть — это полностью автоматизированная электрическая сеть, технологически объединяющая потребителей и производителей электроэнергии, способная устранять все аварии, неисправности, ненормальные режимы в процессе эксплуатации автоматически, а также сама выбирать наиболее оптимальные варианты своей работы. Таких сетей в настоящее время пока не существует, разработки ведутся по отдельным составляющим этого «определения». Так, в Европе потребность в «умных» сетях возникла ради решения задачи присоединения к сетевой инфраструктуре объектов малой энергетики. Генераторы, вырабатывающие энергию из возобновляемых источников (например, солнца или ветра), из–за природных ограничений не всегда в состоянии обеспечивать стабильную передачу тока в сеть, что в свою очередь сказывается на качестве выработанной электрической энергии. Поэтому энергокомпаниям пришлось искать способы воздействия на линии электропередачи, для того чтобы ЛЭП самостоятельно принимала решение о включении или отключении того или иного генератора.

Однако проблема включения малой  генерации в единую энергосистему  хотя и актуальная, но все же не первостепенная. Огромные расстояния, на которые передается электроэнергия в Республике Казахстан, ставят качество энергоснабжения в зависимость от надежности сетевого оборудования, уровня потерь, возможностей резервирования (например, в случае аварии). Создание интеллектуальной электроэнергетической системы как раз позволит решить задачу снижения потерь электроэнергии при передаче и повышения пропускной способности воздушных линий электропередач. Как следствие, снизится нагрузка на энергогенерирующее оборудование и потребность в строительстве новых электростанций. Строительство энергосистемы с интеллектуальной сетью позволит уменьшить потери в электрических сетях Казахстана  напряжениями 110-500кВ на 20%, что даст экономию порядка 1 трлн кВт•ч в год. Такой объем энергии в течение года вырабатывается несколькими электростанциями суммарной мощностью 7,5 ГВт.

  Мы уверены, что «Smart grid станет одним из приоритетных направлений развития электросетевого комплекса» Это связано с двумя основными тенденциями: ростом количества оборудования в распределительных сетях и сокращением численности персонала, обусловленным, прежде всего, демографической ситуацией. По прогнозам Schneider Electric, через 10–15 лет невозможно будет обеспечить необходимое количество персонала для обслуживания электрооборудования, работающего по технологиям, которые сегодня наиболее распространены. Поэтому применение технологий smart grid (в первую очередь систем телемеханики, телеуправления и диспетчеризации) необходимо для развития электрических сетей РК.

 Вместе с тем, поскольку Smart Grid на сегодняшний день представляет собой не какую–то определенную и проверенную технологию, а скорее общую концепцию, идеологию, в рамках которой происходит внедрение различных, зачастую конкурирующих технологических решений, инвестиции в такие сети могут оказаться рискованными.

Однако рискованно и игнорировать современные тенденции на этапе  активного капитального строительства, который имеет место в  энергетике Казахстана.  Восстанавливая изношенные сети, Казахстан может остаться с новыми, но морально устаревшими активами . По нашему мнению, возможность качественной перестройки энергетической инфраструктуры представляется нечасто — раз в десятилетие. Решить нынешнее противоречие позволит конкретизация довольно абстрактного понятия «умные сети» в виде его компонентов: учет, автоматизация, управление.

  Процесс разработки стандартов smart grid во многих странах только начинается, поэтому рассчитывать на быстрое внедрение технологий «умных» сетей в энергетику Казахстана еще рано. Сейчас в нескольких регионах планируется реализация пилотных проектов, в том числе и на Северо–Западе, на основе которых и будут приниматься решения о возможности тиражирования результатов на всю энергосистему.

Для решения этих проблем у нас должно быть создано несколько энергокластеров. В энергокластерах предполагается в зависимости от режимной ситуации в энергосистеме регулировать параметры электрической сети, удаленно управлять коммутационными аппаратами и оборудованием, изменяющими топологию сети. Также планируется в режиме реального времени проводить оценку технического состояния сети в нормальных, предаварийных и послеаварийных режимах работы энергосистемы, разработать информационно–технологические и управляющие системы. Объем инвестиций в создание интеллектуальной сети Севера и Запада Казахстана составит порядка 6 млрд тенге и будет уточнен по результатам проектирования и совершенствования применяемых технологий. Окупаемость проекта оценивается в 6 лет. Реализация проекта должна начаться с 2014 г.

Элементы «умных» сетей должны внедряются не только в магистральных, но и в распределительных сетях.

С 2012 года в рамках программы инновационного развития  Северных и Западных регионов РК планируется выход на этап проектирования интеллектуальной электрической сети. Предполагается создать пилотную зону для отработки методов управления и мониторинга параметров распределительных электрических сетей на базе концепции Smart Grid. Сейчас Минэнерго РК определяет территорию реализации такого проекта.

Например, пилотная «умная» сеть уже создана и в исторической части Петербурга на участке сети 6 кВ. Проект реализуется Schneider Electric совместно с «Ленэнерго».

 

     Как следует из последних событий, РК выиграл право проведения  ЭКСПО -2017 а ЭТО УЖЕ ДАЕТ РК БОЛЬШОЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ШАНС                             

 

  Поэтому движению в сторону модернизации и активного внедрения самых современных технологических решений в сетевом комплексе, крайне приятным событием является снятие вопроса поиска источников финансирования.

  По этой причине в условиях высокой изношенности сетей инвестпрограммы в основном (на 65–80%) предлагается замена силового оборудования  поддерживая при этом  в рабочем состоянии старое оборудование.

 

                   Остановимся на преимуществах данной инноваций

 

  Помимо интеллектуального учета (Smart Metering), «умные» сети решают следующие задачи:

  - Динамическое управление электросетями (Dynamic Grid Management). «Умная» сеть позволит подключить к интеллектуальной сети все электрооборудование, от генерирующего оборудования до энергопринимающих установок конечного потребителя, что позволит видеть текущее состояние всех устройств в любой момент времени, соответственно, контролировать и управлять электрическими режимами сетей.

  - Регулирование спроса (Demand Response). «Умные» сети позволяют регулировать потребление электрической энергии, cдвигая его по времени. Вместо того, чтобы использовать всю энергию в дневное время, мы можем подключать ряд энергопринимающих устройств в часы минимальной нагрузки.

  - Повышение безопасности. Интеллектуальная IP–сеть решает многие вопросы информационной и физической безопасности. Технологии сетевого видеонаблюдения и ограничения доступа позволят непрерывно наблюдать за удаленными объектами через «умные» сети.

  - Сокращение расходов. «Умные» сети повышают эффективность энергетических компаний. Кроме того, они дают значительную экономию потребителям электрической энергии.

 Кроме того, важнейшим  элементом ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СЕТИ является цифровая подстанция. Ее идея заключается в создании систем контроля, защиты и управления, собирающих и обрабатывающих весь объем информации о состоянии электрической сети, а также осуществляющих управление оборудованием в цифровом формате. Проект предусматривает разработку и внедрение на подстанциях оптических цифровых измерительных трансформаторов и комплексов цифровой аппаратуры нового поколения.  Основное назначение экспериментальной цифровой подстанции    это отработка различных инновационных технологий перед их внедрением на действующих энергообъектах ЕЭС. Подстанция нового поколения будет обеспечивать высокую точность и единообразие всех измерений, а автоматизация позволяет снизить влияние человеческого фактора на работу сети, повысить ее надежность и снизить потери при транспортировке электроэнергии. Также снижается себестоимость энергии, сокращаются затраты на эксплуатацию.

  На цифровых подстанциях будут установлены высоковольтные цифровые измерительные оптические трансформаторы тока и напряжения, многофункциональные приборы измерений и учета, система синхронизации, новая система отображения и управления подстанцией.

  При повреждении даже одной из этих линий величина соответствующих ручьев притока электрической энергии резко возрастает. Следствием такой зависимости мощности ручьев от целостности сети магистральных линий являются сетевые катастрофы – при отключении участков магистральных линий ручьи могут затопить региональную сеть и вызвать системную аварию типа "блэкаут". Такие аварийные сетевые коллапсы несколько раз наблюдались уже текущем столетии в 2000г. на Урале и 2005 г. в центральном регионе России и несколько раз в Европе и Северной Америке.

  В часы пиковых нагрузок создаваемые ручьями в совокупности с распределительными потоками сетевые потери недопустимо велики, поскольку превышают потери от основных транспортных потоков в магистральных линиях в 2-3 раза.. Это требует дополнительной генерации в сеть в часы максимума до 3% всей вырабатываемой электроэнергии ( порядка 7 млн кВт), то есть строительства нескольких мощных пиковых электростанций в разных регионах, соизмеримых по суммарной мощности с Саяно-Шушенской ГЭС.

 

Предполагаем, что в  ходе инновации будет реализовано  оснащение Единой  Энергетической Системы средствами управления сетевыми потоками активной мощности. Предварительно будут выделены узлы сети, формирующие неадекватные сетевые потоки – транспортные потоки в распределительной сети. Это стыковые узлы транспортной и распределительной частей единой сети. Подстанции 220 кВ этих узлов будут оснащаться фазосдвигающими (фазоповоротными) трансформаторами (ФСТ) для управления фазой неадекватных потоков с целью их нейтрализации. Управление ими будет осуществляться по алгоритмам, отработанным на начальном этапе реализации инновационного предложения.

 Будет применено фазовое управление скоростью вращения подвижных частей генераторов.

 В результате будет реализовано рациональное управление сетевыми потоками активной мощности на всей  территории РК.

Основную идею инновации  можно лаконично пояснить с помощью  простых геометрических фигур на рисунке ниже. Эти фигуры можно назвать архитектурными профилями потоков в сети.

 

 

Архитектурные профили  сетей 110, 220 и 500 кВ на выделенных сетевых  территориях.

а) - на одной из ВСТ  до нейтрализации неадекватных сетевых  потоков, б) –до и после нейтрализации, в) – до и после нейтрализации на трех последовательно расположенных ВСТ вдоль протяженного участка сети, загруженного дальним сетевым потоком.

  Смысл архитектурных профилей сети следующий. Наклонные линии, отмеченные на рис а цифрами напряжения 110, 220 и 500 кВ, отображают средний уровень транспортного напряжения на ЛЭП одной из ВСТ до нейтрализации неадекватных сетевых потоков. По мере продвижения от нагрузок к генераторам уровень транспортного напряжения растет. При этом наклон линий транспортного напряжения пропорционален суммарной активной мощности потоков ЛЭП, что символически отражает рисунок.

Достоинства модернизированной  на основе инновации сети:

 Две части единой сети – транспортная и распределительная – начинают работать строго по своему назначению. Об этом свидетельствует практическое отсутствие поля активной мощности между узлами стыка транспортной и распределительной сетей.

                                                    Это даст:

Рост весомости транспортной сети на величину порядка 30%

Значительно возрастет противоаварийная устойчивость к блэкаутам.

За счет снижения потерь в распределительной сети в 2,5 раза снизится суммарная располагаемая мощность генераторов ЭС РК на 3%.