Как сегодня обстоит дело с электрической инфраструктурой в РФ? Какие проблемы существуют с ней?
Автор: Владимир Бурлак / Руководитель департамента электроснабжения / Архитектурное бюро «Далее».
Энергетическая инфраструктура, входящая в Единую энергетическую систему России (ЕЭС) включает в себя на сегодняшний день более 900 электростанций мощностью свыше 5 МВт каждая, с общей установленной мощностью около 247 000 МВт, более 13000 линий электропередач (ЛЭП) класса напряжения 110 -750 кВ, общей протяженностью свыше 490 тысяч километров, и более 10 тысяч электрических подстанций напряжением 110-750 кВ. Протяженность сетей напряжением 0,4-6 (10)кВ, предназначенных для питания, в основном, коммунально-бытовых потребителей городов и поселков, при этом, превышает 900 тысяч километров, а число трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ ориентировочно составляет 400 тысяч шт.
Это одна из крупнейших по протяженности, и четвертая по энергопотреблению энергосистема в мире. При этом, на основании опыта десятилетий, можно утверждать, что ЕЭС России очень устойчивая система, обеспечивающая надежность и безопасность, что достигается за счет межсистемных связей между различными объектами генерации и распределением нагрузки между ними.
Безусловно, есть некоторые проблемы. Например, использование морально и физически устаревшего оборудования в электрических сетях, а также их износ. Значительная часть инфраструктуры и сетевого хозяйства эксплуатируется более 25 лет, а, в некоторых случаях, более 40 лет, при этом, модернизация зачастую происходит локально, либо в крупных населенных пунктах. Однако, в последнее время можно говорить о положительной динамике в решении данной проблемы.
Также заметна проблема значительного сокращения научно-технического потенциала отрасли энергетики, развития инновационных технологий, и отставание от Западных коллег в части применения автоматизированных систем управления, учета электроэнергии, внедрения комплексов диагностики и контроля.
Существует «нависающая угроза» прогнозируемого дефицита мощности в быстро развивающихся регионах, который может возникнуть в пик энергопотребления в теплое время года, при активном использовании кондиционеров, а также в холодное время года, при дополнительном использовании электрических радиаторов для отопления, что приведет к отключениям потребителей из-за перегрузки питающих линий. По данным Системного оператора ЕЭС, уже сейчас есть необходимость в строительстве новых объектов генерации на Юге России, в юго-восточной части Сибири и на Дальнем Востоке для покрытия прогнозируемого дефицита мощности.
Также, локально, присутствует проблема отбора мощности с существующих подстанций, загруженных на 100%, и требующих модернизации, в следствие чего, у потребителей не всегда есть возможность подключения к действующим электросетям.
Какой должна быть современная электрическая инфраструктура в России? Каким требованиям она должна отвечать? Каким вы видите развитие электрической инфраструктуры в России в ближайшие годы?
Как было сказано ранее, несмотря на некоторые проблемы, энергетическая инфраструктура в России вполне соответствует текущим потребностям, а Единая Энергосистема отвечает основным требованиям по устойчивости и надежности.
За последнее десятилетие заметны значительные шаги в части развития объектов распределенной генерации, таких, как Возобновляемые Источников Электроэнергии (солнечные и ветровые электростанции). Например, в ОЭС Юга процент генерации ВИЭ приближается к 6% от всех генерирующих мощностей региона, что является значительным прогрессом. Также, в соответствии с утвержденной Схемой и программой развития электроэнергетических систем России на 2024-2029 годы прогнозируется ввод еще 2464,3 МВт мощности СЭС и ВЭС.
В ближайшие годы хотелось бы наблюдать техническое перевооружение подстанций, замену морально устаревшего и изношенного оборудования, дальнейшее развитие объектов «чистой» генерации, в том числе малых ГЭС, а также развитие инновационных технологий и исследований в области сверхпроводящих высокотемпературных линий электропередач, а также использования композиционных материалов для увеличения пропускной способности линий.
Почему рвущиеся провода электросетей по-прежнему остаются проблемой в стране, особенно на фоне непростого климата? Какие выходы есть из этой ситуации, как проблема решается в мире (возможно, где-то провода уводят под землю)? Какой метод мог бы быть применим в России?
Воздушные линии электропередач (ЛЭП) являются достаточно уязвимым элементом энергетической системы. Значительная часть повреждений ЛЭП приходится на посторонние воздействия, такие как ДТП, вандализм и т. п. (около 19%), на дефекты проектирования и монтажа (около 12%), снижение прочности в результате старения и износа (около 12%), атмосферные перенапряжения (около 7%), неправильную эксплуатацию (около 20%). Однако, если говорить о наиболее опасных для ЛЭП климатических явлениях, основная доля повреждений и обрыва проводов происходит при образовании на них гололеда.
Чаще всего такие условия образуются при температуре вблизи поверхности земли около нуля градусов Цельсия, высокой влажности, близкой к 100%, и положительной температуре в воздушном слое на высоте около 1,5 километров. При совпадении этих условий, осадки выпадают в виде дождя, и при соприкосновении с переохлажденными предметами, такими как провода, замерзают, образуя ледяную корку. Процесс образования наледи, при этом, происходит лавинообразно, и толщина льда значительно превышает площадь поперечного сечения провода, масса которого значительно увеличивается, создавая большую нагрузку в месте крепления к изоляторам и подвесам. Если к данным условиям добавить боковой ветер, и принять во внимание увеличенную поперечную проекцию провода, то также создаются условия для «пляски» проводов, и высокой вероятности обрыва. При обрыве в одном из пролетов между опорами ЛЭП проводов, возникает дополнительная нагрузка на стойки опор от тяжения провода в соседнем пролете, что зачастую, ведет к их перелому.
Нужно обратить внимание на то, что проблема образования гололеда на проводах сильно зависит от региона, и наиболее актуальна для Дальнего Востока, Сахалина, Урала, Поволжья, Северного Кавказа и Северо-Запада России, но это явление сезонное, то есть большую часть времени Воздушные линии электропередач функционируют без значительного числа аварий.
Существует методика расчета механической прочности конструкций опор ВЛ при ветре и гололеде, в соответствии с которой должен выполняться проверочный расчет на этапе проектирования. Если данный расчет не выполняется, либо берутся неверные данные по климатической зоне и т. п., это может привести к неверному выбору типа стоек ВЛ, пролета между ними, что приводит к превышению допустимых нагрузок при образовании гололеда, и дальнейшей аварии на ВЛ.
Хорошим способом защиты ВЛ от воздействий гололеда является использование самонесущих изолированных проводов СИП (торсада) для сетей 0,4кВ, кронштейны и подвески которых рассчитаны таким образом, что разрушаются раньше, чем повредится опора или самонесущий провод. Таким образом, с высокой вероятностью, повредится только подвеска, и аварийно-монтажной бригаде необходимо будет лишь повторно подвесить целый провод на опоры. В Европейских странах практически все воздушные линии выполняются самонесущими изолированными проводами. В России на многих ВЛ уже сделана, или проводится модернизация, и выполняется подвес проводов СИП взамен неизолированных проводов. Новые воздушные линии, в большинстве случаев, сразу строятся в РФ с использованием СИП.
Кабельные линии, в отличие от ЛЭП, выглядят более эстетично, и не подвержены проблемам, связанным с образованием гололеда, однако пропускная способность кабельных линий ниже, чем у воздушных. Кабельные линии зачастую невозможно проложить в стесненных городских условиях, где все подземное пространство занято инженерными коммуникациями. Кабельные линии подвержены повреждениям строительной техникой, а также неявным повреждениям при их неправильной укладке (отсутствие песчаной подушки, и повреждение камнями и т. п.).
Таким образом, нет идеального способа прокладки электрических сетей, у всех способов есть свои сильные и слабые стороны.