Elektroenergetyczne linie WN i EWN - rekordy światowe

Transkrypt

1 Elektroenergetyczne linie WN i EWN - rekordy światowe Autor: Aleksandra Rakowska - Politechnika Poznańska ("Energia Elektryczna" - październik 2015) Informacje o oddawaniu do eksploatacji kolejnych linii elektroenergetycznych, których wybrane parametry techniczne stanowią przełamywanie kolejnych barier, docierają do nas coraz częściej. Obserwujemy na całym świecie bardzo dynamiczny rozwój sieci elektroenergetycznej - choć oczywiście w niektórych krajach ma on szczególnie duże tempo, a inwestycje energetyczne budzą zachwyt i... zazdrość. Dotyczy to zarówno budowy coraz dłuższych linii napowietrznych, jak i linii kablowych charakteryzujących się coraz wyższymi zdolnościami przesyłowymi. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na silny wzrost zainteresowania liniami energetycznymi prądu stałego, a przecież trzeba przypomnieć, że historia wykorzystywania energii elektrycznej rozpoczęła się właśnie od prądu stałego. Także i pierwsze linie do przesyłu energii były liniami prądu stałego (DC - Direct Current). Pierwszą stację energetyczną zaprojektowaną przez Thomasa A. Edisona w Nowym Jorku oddano do eksploatacji w 1882 r. i z niej zasilano w energię elektryczną fragment miasta w promieniu ok. 1,6 km [1]. Dlatego może warto przyjrzeć się kilku liniom, które w różnych kategoriach stanowią swoisty światowy rekord techniczny - zaczynając ten krótki przegląd właśnie od linii DC. Rozwój linii napowietrznych HVDC datuje się od 1979 r., gdy oddano do eksploatacji linię Cabora Bassa w Mozambiku na napięcie ±500 kv o długości 1,4 tys. km, choć zdecydowanie najsłynniejszą była linia Itaipu w Brazylii. Jej zdolność przesyłowa wynosi 6300 MW i przez wiele lat był to rekord światowy pod względem poziomu napięcia stałego wynoszącego ±600 kv. Linia jest linią 2-torową, z wodnej elektrowni Itaipu (Foz do Iguan) do systemu zasilającego Sao Paulo (San Rogu). Zdolność przesyłowa każdego z obwodu jest taka sama i sumarycznie wynosi MW (przy prądzie 2625 A). Kolejne etapy oddawania do eksploatacji tej linii zamykają się w latach Długość linii to 796,5 km plus 816 km [2]. Dynamiczny rozwój linii napowietrznych HVDC przyspieszył za sprawą budowy elektrowni wodnej Three Gorges (Trzech Przełomów) w Chinach i koniecznością wyprowadzenia energii m.in. liniami ± 500 kv: Three Gorges - Shanghai (zdolność przesyłowa 3 tys. MW; rok oddania do eksploatacji 2007,Three Gorges -Changzhou (3000 MW) i Gezhouba - Shanghai (1200 MW) [3]. W Chinach zbudowano również linię Xian-gjiaba-Shanghai, która oddana do użytku w połowie 2010 r. przez 3 lata była najdłuższą linią napowietrzną ultrawysokiego napięcia stałego (UHVDC) ponieważ jest linią o długości 2071 km, zdolności przesyłowej 6400 MW (pełna zdolność wynosi aż 7200 MW) przy napięciu ±800 kv.

2 Obecnie najdłuższą linią napowietrzną DC jest oddana do eksploatacji w 2013 r. linia Rio Madeira HVDC o długości km. Jak napisano w broszurze firmy ABB [4], potrzeba 3 godzin lotu samolotem, lecącym z prędkością 800 km/godz, aby zobaczyć jej początek i koniec. Linia ta jest linią 2-torową na napięcie ±600 kv (3150 MW/ każdy tor) i łączy stacje przekształtnikowe Porto Velho w stanie Rondónia i Araragu-ara w San Paulo (rysunek 1). Należałoby wspomnieć również i o innych spektakularnych liniach napowietrznych DC, np. w Indiach - lecz zajęłoby to zbyt dużo miejsca. Autorka niniejszego artykułu swoim zainteresowaniem liniami energetycznymi o rekordowych parametrach zachęciła jedną ze swoich dyplomantek do zajęcia się tym tematem, więc w tym miejscu chciałabym gorąco podziękować Pani Darii Puszkarek, która w swojej pracy dyplomowej zwróciła uwagę na wiele innych ciekawych linii, które kolejno uznawano za rekordy światowe [6]. Pozostając przy liniach DC, konieczne jest zwrócenie uwagi na linie kablowe, których dynamiczny rozwój związany jest m.in. z opracowaniem izolacji wytłaczanej z polietylenu usieciowanego (XLPE), zmodyfikowanego do zastosowań w układach DC. Podczas ostatniej Sesji Generalnej CIGRE koncern ABB zaprezentował kabel, oczywiście z izolacją XLPE-DC, na napięcie 525 kv. Zdolność przesyłowa tego kabla, w zależności od materiału żyły i jej przekroju, jest naprawdę imponująca (tabela, rysunek 2).

3 Pozostając przy kablach o izolacji wytłaczanej, wśród linii o rekordowych parametrach należy wymienić przede wszystkim linie w technologii Light, opatentowanej przez koncern ABB. Najdłuższą linią kablową lądową HVDC w systemie Light jest ciągle linia Murraylink w Południowej Australii oddana do użytku w 2002 r. Jest to linia o długości prawie 180 km (czyli 2 x 177 km kabla) na napięcie ±150 kv, o mocy przesyłowej 200 MW i prądzie maksymalnym DC równym 1400 A [7]. Choć wśród linii morskich ciągle najdłuższą jest linia NorNed (Norwegia - Holandia) - ułożona kablami o izolacji tradycyjnej - czyli papier+syciwo (parametry tej linii to: ±450 kv, 700 MW, 580 km - oddana do eksploatacji w grudniu 2007 r. [8], to na liście najdłuższych linii morskich DC musi się znaleźć linia NordBalt - łącząca system elektroenergetyczny Szwecji i Litwy. Będzie ona najdłuższą obecnie linią HVDC Light. Zakładane parametry linii NordBalt to: zdolność przesyłowa 700 MW, napięcie ± 300 kv, długość linii: 2 x 400 km HVDC morski kabel Light (Al), 2 x 40 km HVDC ziemny kabel Light (Al), 2 x 13 km HVDC ziemny kabel Light (Al).

4 Planowany termin oddania linii do eksploatacji to koniec 2015 r. [9] Przechodząc do linii prądu przemiennego (AC), konieczne jest wspomnienie doświadczalnej linii na napięcie 1200 kv, użytkowanej w Indiach w mieście Bina w stanie Madhya Pradesh. Linia ta zbudowana jest w dwóch odcinkach: 1,1 km linii jednotorowej i 800 m linii dwutorowej (rysunek 3). Zakładana moc przesyłowa to MW. Natomiast już nie jako doświadczalna linia - od 2008 r. eksploatowana w Chinach jest linia na napięcie 1000 kv. Jest to linia Jindongnan - Jingmen o zdolności przesyłowej 3000 MW i długości 640 km (rysunek 4). Kończąc ten krótki przegląd spektakularnych linii elektroenergetycznych - kilka zdań o liniach kablowych AC. Wśród tych linii należałoby wymienić co najmniej kilka linii 400 kv: Metropolitan Project - linia w Kopenhadze, w której ułożono w sumie 102 km kabli, Jutland Line - linia, w której m.in. część linii 2-torowej ułożona jest na dnie malowniczego Mariager Fjord i przecina dolinę rzeki Gudenaa oraz dolinę Indklide, Madrid Barajas - linia 2-torowa, w której zastosowano po raz pierwszy kable o przekroju żyły 2500 mm 2 i na dodatek w każdym torze ułożono kable o innej konstrukcji (z litą powłoką metalową oraz tylko z folią aluminiową jako uszczelnieniem promieniowym). Wśród ciekawych projektów linii kablowych 400 kv należy wspomnieć projekt rozbudowy sieci w Londynie. Pierwszą była linia o długości 20 km, ułożona w tunelu na maksymalnej głębokości 38 m i oddana do eksploatacji w 2005 r. Obecnie w ramach London Power Tunnel Project do eksploatacji w marcu 2015 r. oddano 4 pierwsze odcinki linii z 10 zaplanowanych. W sumie przewiduje się ułożenie ok. 196 km linii 400 kv w tunelach zlokalizowanych na głębokości od 30 do 60 m w centrum Londynu. Linie układane są kablami o izolacji XLPE 25 mm, a ich zakładana zdolność przesyłowa to 2555 A (zimą) i 2310 A (latem) - przy zastosowaniu wymuszonej wentylacji [12].

5 Pomimo że na wystawie towarzyszącej Sesji Generalnej CIGRE w 2010 r. pokazano próbkę kabla na napięcie 800 kv, to dotychczas najwyższy poziom napięcia linii kablowych ułożonych kablami o izolacji XLPE to 500 kv. Jedna z pierwszych takich linii to Shinkeiyo - Toyosu Line w Tokio o długości prawie 40 km. Inna linia 500 kv to oddana do eksploatacji w maju 2012 r. linia dwutorowa Moskwa - Skolkovo, w której ułożono prawie 70 km kabla o przekroju żyły roboczej 2500 mm 2, o grubości izolacji 27,5 mm i średnicy zewnętrznej 150 mm. Linia zakopana jest w ziemi wraz z komorami, w których zlokalizowano mufy (rysunek 6). W tym miejscu należy wspomnieć, że we wrześniu 2013 r., podczas 26. Międzynarodowych Energetycznych Targów Bielskich Energetab" w Bielsku-Białej -TeleFonika Kable Zakład w Bydgoszczy uzyskała honorowe wyróżnienie za kabel 500 kv o przekroju żyły 3000 mm 2 - czyli za kabel, który stanowi nadal rekord światowy pod względem przekroju żyły roboczej i poziomu napięcia - kabli eksploatowanych komercyjnie. Na rysunku 7 pokazano wręczenie wyróżnienia oraz próbkę nagrodzonego kabla. Wśród wielu innych osiągnięć naszego krajowego producenta kabli należy wymienić m.in. wyprodukowanie kabli 400 kv do przyłączenia jednej z farm wiatrowych i kabli 400 kveksploatowanych już od ponad 2 lat w Rumunii oraz dostarczenie kabli 110 kv o przekroju 3000 mm 2 do jednego z krajów Ameryki Południowej. W ramach ostatniej Sesji Generalnej CIGRE 2014 głównymi tematami dyskusji były: ekologiczne rozwiązania urządzeń i innych elementów systemu elektroenergetycznego, rozwój rozwiązań technicznych i technologicznych dla systemów prądu stałego (DC), monitoring w czasie rzeczywistym parametrów urządzeń i systemu elektroenergetycznego, uzyskiwanie społecznej akceptacji dla inwestycji elektroenergetycznych. Patrząc chociażby na ostatni z wymienionych problemów - należy w najbliższej przyszłości spodziewać się szczególnie dynamicznego rozwoju linii kablowych - linii na coraz wyższe poziomy napięcia i zapewniających coraz wyższe zdolności przesyłowe [14].

6 Literatura 1. Rakowska A., Linie kablowe prądu stałego - wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej CIGRE TB , Haimbl W.: Compendium of HVDC schemes throughout the Word DC power transmission poised for explosive growth, INMR, July2, Puszkarek D., Wysokonapięciowe linie napowietrzne i linie kablowe AC i DC - porównanie zdolności przesyłowych, praca dyplomowa IE PP, styczeń Worzyk T., Jeroense M., Farr M., S6rgvistT.,The Murraylink project - the first commercial 150 kvextruded HVDC cable system, Versailles, KABLE, 2003, paper A World Energy Transmission System, Workshop WETS'11, Versailles, The world's longest HVDC Light cable. NordBalt HVDC Light connection, Sweden-Lithuania, ABB broszura ,2GM5076 GB 10. Development of UHV Network in India, INMR, March 6, Weinlein A., Peters U., Laage U., Memmer H., Worldwide experiences and challenges with EHV XLPE cable projects 330 kv to 500 kv, JICABLE 2015, paper A Rakowska A., Rozwój linii kablowych wysokich i najwyższych napięć, Wiadomości Elektrotechniczne nr 1/ 2014