СВЕРХПРОВОДНИКОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СМАРТ-ГРИД

Компания «Русский сверхпроводник» занимается разработкой технологий производства высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (ВТСП-2). Отличительной особенностью этих материалов является отсутствие электрического сопротивления при охлаждении до температуры жидкого азота (~77К). Указанное свойство, а также способность при замораживании «выталкивать» из своего объёма магнитное поле позволяет конструировать из сверхпроводников новые и традиционные виды электротехнического оборудования (ограничители токов короткого замыкания, электродвигатели, генераторы, трансформаторы, кабели, накопители энергии), которые обладают уникальными и недостижимыми для обычных электротехнических материалов свойствами – малыми потерями электроэнергии, более высокими КПД, низкими массо-габаритными характеристиками. Создание такого рода изделий для большой энергетики является также приоритетной сферой деятельности компании.

 

Развитие концепции «смарт-грид» как в развитых странах мира, так и в России – сейчас одна из самых актуальных тем, которая определит новое лицо энергетики на десятилетия вперед. Существенное место в этой парадигме занимают изделия и комплексы сверхпроводникового оборудования. На сегодняшний день в России благодаря усилиям нашей организации создан задел для успешного освоения сверхпроводниковой тематики в энергетике. Нами разработаны опытные образцы сверхпроводниковых ограничителей тока короткого замыкания (СОТ), кинетический (инерционный) накопитель энергии (КНЭ), начаты работы по созданию трансформаторов, электродвигателей, генераторов тока.

 

Сверхпроводниковый ограничитель токов короткого замыкания

Проблема коротких замыканий является одной из самых острых для сетевого хозяйства как большой энергетики, так и для системы энергоснабжения электрифицированного транспорта. Согласно проведённым замерам на одной из подстанций РЖД только за один месяц произошло 50 коротких замыканий на фидере питания депо. А в Подмосковье имеются подстанции, на которых происходит в месяц по 100-120 коротких замыканий. От этого явления происходит подгорание контактов и постепенное выгорание решёток камер быстродействующего выключателя – важного элемента системы защиты сетевого комплекса. Из-за этого возникает необходимость частой замены указанных частей этого оборудования. Но наибольший ущерб происходит от пережогов и отжигов проводов контактной сети в месте, где происходит короткое замыкание. Порча участков сети ликвидируется путём их замены  на новые провода, а это возможно только при остановке идущих по данному участку составов. В результате таких работ приходится или направлять составы по альтернативным, более длинным участкам железной дороги, или просто держать составы в тупиках. Как следствие, падают показатели эффективности работы железных дорог – скорость перемещения грузов, увеличение затрат на ликвидацию последствий коротких замыканий. Все эти расходы измеряются сотнями миллионов рублей ежегодно.

 

Традиционно применяемые токоограничивающие реакторы вносят своё индуктивное сопротивление в сеть, ухудшая тем самым коэффициент мощности и добавляя дополнительные потери. Принципиально другим решением является ограничение токов с помощью сверхпроводящих  токоограничителей СОТ.

 

Решить проблему возможно при использовании СОТ. Их действие основано на естественном свойстве сверхпроводника при достижении критического уровня пропускаемого тока вводить в сеть активное сопротивление, которое ограничивает до приемлемых размеров для энергосистемы уровень роста тока. В ходе нормальной работы энергосистемы СОТ практически не потребляет электроэнергии благодаря тем же естественным свойствам сверхпроводника – пропускать ток без сопротивления. СОТ позволяет использовать в сетях напряжением 10-500кВ  коммутационную аппаратуру с недостаточной отключающей способностью, т.е. позволяет резко снижать капитальные затраты при создании или модернизации объектов сетевого хозяйства.

 

Нами в содружестве с учёными ФГУП ВЭИ и РНЦ «Курчатовский институт» разработаны две альтернативные конструкции СОТ на уровень напряжения сетей до 4кВ, т.е. как раз для сетей энергоснабжения подвижного состава и депо РЖД. Проведены их стендовые испытания и осенью 2010 года планируется проведение испытаний на реальном энергетическом объекте. В ближайших планах компании – сертификация и поставка этих изделий для энергосистем РЖД, а также разработка типоряда СОТ для электросетей большой энергетики – на уровень напряжения 10, 35 и 110кВ. По словам специалистов ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ведущей научной организации электросетевого комплекса, входящей в структуру ФСК ЕЭС, для сетей энергоснабжения эти изделия в настоящее время также являются очень актуальными. Реализация отечественной технологии производства ВТСП-2 позволит производить СОТ с использованием российской сверхпроводниковой ленты.

 

Накопитель энергии

Кинетический накопитель энергии (КНЭ) сверхпроводниковый – устройство, которое запасает энергию в виде кинетической энергии вращающегося маховика. В КНЭ применяется  левитация сверхпроводника в магнитном поле для магнитного подвеса маховика и исключения механического износа подшипника от трения. Совместно с учёными ГОУ МАИ корпорацией «Русский сверхпроводник» проводится разработка этого вида накопителя. Создан макет КНЭ с запасаемой энергией на 0,5MДж, проведены его стендовые испытания.

 

Достоинства КНЭ: компактность, экологическая чистота, высокий коэффициент полезного действия (86/88%), срок эксплуатации 10 лет, неограниченный ресурс работы, простота эксплуатации и обслуживания, меньшие затраты на стоимость системы охлаждения (в 100 раз по сравнению с индуктивным накопителем энергии).

 

Целесообразно применение накопителя энергии типа КНЭ в системах с повторно-кратковременной нагрузкой для демпфирования колебаний нагрузки в сети и повышения устойчивости системы (при больших количествах запасаемой энергии – порядка до 1ГДж). Эффективны накопители в электрических системах с рекуперацией энергии в электрифицированном железнодорожном транспорте. Во многих современных электропоездах («Сапсан», электропоезд метрополитена «Русич» и др.) предусмотрена система частичного возврата энергии при торможении, вопрос только – как её принимать обратно, во что «складировать». Системы тягового электроснабжения характеризуются крайне неравномерным графиком энергопотребления, причиной которого является  неравномерный режим энергопотребления электроподвижного состава. Негативное влияние от неравномерности энергопотребления на рабочую мощность, как в метрополитене, так и магистральных железных дорогах можно существенно снизить при использовании  устройства типа КНЭ, которые принимали бы на себя кратковременные резкие броски тока.

 

Также отлично зарекомендовал себя кинетический накопитель энергии в качестве источника бесперебойного питания для ответственных потребителей. Он способен длительное время хранить запасённую энергию практически без потерь и практически мгновенно подключаться к сети в режиме выдачи мощности при перебоях в энергоснабжении. В 2011 году компания планирует разработать уже промышленный образец накопителя с запасаемой энергией до 25МДж. В нём будет применён новый материал для маховика на основе углеродных композитов, которые обладают существенно большим коэффициентом прочности, что позволяет раскручивать его до скоростей в несколько десятков тысяч оборотов в минуту и запасать при равных габаритах со стальным маховиком гораздо больший объём энергии.

 

В перспективных планах компании стоит разработка сверхпроводниковых электрических машин – двигателя, генератора и трансформатора. Задельные работы по ним в настоящее время начались.

 

Александр Владимирович КАЦАЙ,

генеральный директор

 

Корпорация

«Русский сверхпроводник»

115230, Москва,

Варшавское шоссе, д. 46

тел.: 8 (495) 730 8010 доб. 49-00

8 (916) 248 0244

e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

            www.rhsc.ru