Nadprzewodniki do okablowania inteligentniejszej sieci

Proponowany węzeł łączący trzy niezależne sieci energetyczne, które obejmują kontynentalne Stany Zjednoczone, może ułatwić zwiększenie produkcji odnawialnej energii elektrycznej.

Fajna moc : Te nadprzewodnikowe druty stanowią podstawę kabli zasilających, które przenoszą znacznie więcej mocy niż konwencjonalne kable miedziane.

Projekt, nazwany Tres Amigas Superstation, miałby wykorzystać nadprzewodnikowe rurociągi i stacje konwertorowe do połączenia trzech sieci: zachodniego, wschodniego i teksańskiego. Połączenia między sieciami zostały ograniczone, ponieważ sieci nie są zsynchronizowane – zasilanie prądem przemiennym jest przesunięte w fazie. Aby przenieść energię z jednej sieci do drugiej, potrzebne są specjalne stacje, które przekształcają prąd przemienny na prąd stały, a następnie z powrotem na prąd przemienny we właściwej fazie.

Tylko ułamek 1 procenta energii elektrycznej wytwarzanej w Stanach Zjednoczonych można obecnie przesyłać między sieciami i nie ma bezpośredniego połączenia między Teksasem a siecią zachodnią. Stacja Tres Amigas, która po raz pierwszy połączy wszystkie trzy sieci w jednym miejscu, początkowo ponad dwukrotnie zwiększy zdolność do przesyłania energii między nimi, zapewniając pięć gigawatów mocy. Docelowo stacja ma przekazywać nawet 30 gigawatów mocy.

Stacja rozwiąże szereg problemów związanych z energią odnawialną – mówi Phil Harris, dyrektor generalny firmy Tres Amigas z siedzibą w Santa Fe w stanie Nowy Meksyk. Przede wszystkim pomoże rozwiązać kluczowy problem związany z odnawialnymi źródłami energii – ich nieciągłość. Ponieważ wiatr przychodzi i odchodzi, a chmury od czasu do czasu blokują słońce, energia wiatrowa i słoneczna może zdestabilizować sieć elektryczną.

Jednym ze sposobów kompensacji jest upewnienie się, że żadne źródło odnawialne nie stanowi zbyt dużej części całkowitego miksu mocy – aby inne źródła mogły łatwo uzupełnić, gdy nastąpi spadek mocy. Jednak w Teksasie taka strategia szybko ograniczyłaby wielkość farm wiatrowych, ponieważ sieć tam jest stosunkowo niewielka. Łącząc się z resztą kraju, Tres Amigas znosi limit wielkości tych farm.

Z nieciągłościami można również poradzić sobie poprzez gromadzenie energii odnawialnej na dużym obszarze. W ten sposób spadek energii słonecznej spowodowany pochmurnym dniem w jednym regionie może zostać zrekompensowany przez wiatr lub energię słoneczną w innym. Połączenie trzech sieci umożliwia czerpanie z szerszej gamy źródeł odnawialnych, zwłaszcza na południowym zachodzie, który jest podzielony granicami między nimi. Stacja zapewni również akumulator o mocy od 50 do 150 megawatów, aby wygładzić wahania mocy w sieci, aby zapobiec awariom.

Projekt może być również cennym poligonem doświadczalnym dla nadprzewodzących linii przesyłowych prądu stałego, które mogą mieć znaczną przewagę nad konwencjonalnymi liniami energetycznymi pod względem dostarczania dużych ilości energii na duże odległości, mówi Steven Eckroad, kierownik projektu w Palo Alto w Kalifornii. Instytut Badawczy Energetyki (EPRI), który bada potencjał nadprzewodników do transmisji na duże odległości. Takie linie przesyłowe mogłyby pobierać energię wiatrową ze Środkowego Zachodu, gdzie jest jej pod dostatkiem, i przesyłać ją na południe, które ma mniej zasobów odnawialnych.

Zmiana mocy : Energia dociera do stacji Tres Amigas z trzech sieci energetycznych i krąży w nadprzewodnikowym rurociągu, z którego mogą czerpać wszystkie trzy sieci.

Połączenie wszystkich trzech sieci wymagało miejsca, w którym znajdowały się geograficznie blisko siebie – w przypadku Tres Amigas, 60-kilometrowego pasa ziemi w pobliżu Clovis w stanie Nowy Meksyk. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych połączeń między sieciami, system przekształca prąd przemienny na prąd stały. Ale w przeciwieństwie do konwencjonalnych połączeń dwukierunkowych, w Tres Amigas prąd stały będzie krążył w nadprzewodzących kablach, które tworzą trójkątny rurociąg elektryczny. Każda z trzech sieci może w razie potrzeby pobierać z tego energię.

Zapewnienie pięciu gigawatów, a ostatecznie 30 gigawatów, zdolności przesyłowej między wszystkimi trzema sieciami wymagało użycia nadprzewodzących linii prądu stałego, co znacznie zmniejszyło liczbę kabli potrzebnych do przenoszenia mocy – pojedynczy kabel nadprzewodnikowy może przenosić taką samą moc jak dziewięć lub 10 zestawy konwencjonalnych kabli miedzianych. Gdyby konwencjonalne kable były zawieszone nad głową, razem z przychodzącymi i wychodzącymi liniami przesyłowymi stworzyłyby szczurze gniazdo, podatne na warunki pogodowe i sabotaż, mówi Jack McCall, dyrektor ds. rozwoju biznesu w amerykańskim nadprzewodniku z siedzibą w Devens, który dostarcza kable nadprzewodzące.

Zakopanie konwencjonalnych kabli zwiększyłoby złożoność i rozmiar projektu, ponieważ kable musiałyby być oddalone od siebie o kilka metrów, aby uniknąć przegrzania. Na początku potrzebny byłby tylko jeden kabel nadprzewodzący, co znacznie uprościłoby system w porównaniu z użyciem konwencjonalnych kabli. Wraz z rozbudową Tres Amigas potrzebnych będzie więcej kabli, ale można je zakopać blisko siebie.

Oprócz połączenia trzech sieci, Tres Amigas posłuży jako demonstracja typu nadprzewodników prądu stałego i konwerterów AC-DC, które byłyby potrzebne w przypadku linii przesyłowych dużej mocy na duże odległości – badał nadprzewodnikowy rurociąg EPRI. Taki system mógłby być łatwiejszy do zlokalizowania niż konwencjonalne napowietrzne linie przesyłowe dużej mocy: kable nadprzewodzące można zakopać wzdłuż istniejących pasów drogowych, na przykład wzdłuż autostrad międzystanowych. Przekonanie właścicieli gruntów do dopuszczenia dużych napowietrznych wież przesyłowych jest jedną z największych przeszkód w instalowaniu konwencjonalnych linii przesyłowych i może utrudnić wysiłki na rzecz opracowania systemu dystrybucji energii wiatrowej ze Środkowego Zachodu. Nadprzewodnikowe linie przesyłowe mogą być również łatwiejsze do zintegrowania z istniejącą siecią, ponieważ ilość mocy przekształcanej z prądu stałego na prąd przemienny w stacjach wzdłuż linii może być precyzyjnie kontrolowana.

Według analizy EPRI, rurociąg nadprzewodnikowy kosztowałby mniej więcej tyle, co konwencjonalna linia przesyłowa, gdyby system nadprzewodników był zaprojektowany do przesyłania dużych ilości energii (powyżej pięciu gigawatów) na duże odległości (około 1000 mil). Dzieje się tak po części dlatego, że koszt nadprzewodzących linii chłodniczych (niezbędnych do utrzymania ich właściwości nadprzewodzących) stanowi niewielką część całkowitych kosztów systemu. Ponadto w przypadku dużych odległości ważna jest wyższa sprawność systemów nadprzewodzących — marnuje się około połowy energii mniej niż w przypadku konwencjonalnych dalekobieżnych linii energetycznych dużej mocy.

Ale jest to technologia, z którą firmy nie są zaznajomione, więc mogą niechętnie wdrażać ją na skalę wymaganą, aby była konkurencyjna kosztowo, mówi Eckroad. Projekt Tres Amigas może być ważny dla wykazania, że ​​technologia działa, mówi.

McCall mówi, że Tres Amigas planuje złożyć wniosek do Federalnej Komisji Regulacji Energetyki w nadchodzących tygodniach – wyjaśniając, że przeszkoda regulacyjna jest kolejnym krokiem dla firmy. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, początkowy pięciogigawatowy system może zostać ukończony do końca 2014 roku.

ukryć