Ольга Третьякoва
Этo нoвая разрабoтка рoccийcких атoмщикoв. Наряду co cвoими глoбальными прoектами, oни не забывают o вoпрocах пoвышения энергoэффективнocти предприятий прoмышленнocти, транcпорта, коммунальной cферы. Причем предлагают решать их в чиcто практичеcкой плоcкоcти – при помощи накопителей энергии.
Извеcтно, что технологичеcкие процеccы потребляют cвыше 30% вcей производимой в стране электроэнергии. Анализ использования электродвигателей в различных отраслях промышленности, проведенный специалистами Института электромашиностроения (Владимир), показал, что интенсивность и экстенсивность загрузки двигателей зависят не только от области применения, но и главным образом от типа механизма и их номинальной мощности.
При замене двигателей с двойным превышением номинальной мощности над рабочей (а именно такой запас имеется у 5-10% установленного оборудования) экономия электроэнергии может составить 40-50%, не говоря о снижении дополнительных затрат на завышенную мощность. Экономия электроэнергии при внедрении двигателей с повышенным КПД колеблется от 2 до 5,5% в зависимости от установленной мощности.
Годовой потенциал экономии электроэнергии по энергосберегающим мероприятиям в четырех отраслях народного хозяйства (промышленности, сельском хозяйстве, транспорте и сфере услуг) определен в размере 27,7 млрд кВт/ч на период 2010 г. и 45,7 млрд кВт/ч на уровне 2015 г. Но, пожалуй, самое существенное позитивное влияние на энергетическую сферу может оказать широкое применение накопителей энергии.
Плюс энергия перетоков
На основании модели электроэнергетической системы с учетом влияния процессов аккумулирования энергии были проведены расчеты по определению оптимальной структуры генерирующих мощностей для энергосистемы Европейской части России на период до 2020 г. Для сравнения были также проведены расчеты по варианту, предложенному в Энергетической стратегии России. Результаты показывают, что прогнозируемые объемы потребления к 2020 г., при наличии в системе накопителей электроэнергии, даже по оптимистическому сценарию, покрываются на существующих, но реконструированных мощностях за счет более полного использования базовых мощностей и применения электроэнергии перетоков.
Широкое использование системного эффекта накопителей энергии (НЭ) позволяет значительно снизить объемы вводимых мощностей и капиталовложений в электроэнергетику. Общая экономия инвестиций при альтернативном варианте, по сравнению с оптимистическим вариантом стратегии, составляет 39 млрд долл., или более 30% от общего объема запланированных инвестиций. Применение НЭ, тем более при немодернизированном оборудовании, позволяет уменьшить капиталовложения в генерирующие мощности, сэкономить топливо и снизить эксплуатационные затраты на базовых мощностях, уменьшить потери от межсистемных перетоков избыточных мощностей в периоды минимумов нагрузки.
С помощью сверхпроводникового накопителя энергии энергоемкостью от 40 до 100 МДж можно повысить динамическую устойчивость энергосистем, а работая в системе автоматического регулирования энергосистемы, он будет гасить нежелательные колебания потоков мощности. Накопители меньших энергоемкостей также могут компенсировать реактивную мощность, снижая тем самым потери при транспортировке электроэнергии. Кроме того, расчеты свидетельствуют в пользу применимости cверхпроводникового индуктивного накопителя энергии (СПИН) в качестве буферного накопителя энергии в железнодорожном транспорте на электрической тяге с рекуперацией энергии.
Принципиальное преимущество
СПИН представляет собой, по сути, магнитную катушку из сверхпроводника. Упрощая, можно сказать, что эффект сверхпроводимости заключается в полном исчезновении электрического сопротивления сверхпроводника при охлаждении его ниже некой критической температуры. Естественно, пропадают и все потери энергии, связанные с электрическим сопротивлением.
Подобное устройство может хранить энергию сколь угодно долго в виде энергии магнитного поля, создаваемого с помощью сверхпроводящего соленоида. Очевидно, что при длительном использовании такого аккумулятора понадобятся дополнительные расходы на охлаждение, однако выгода от использования в итоге существенно покрывает эти расходы.
Принципиальное преимущество индуктивных накопителей заключается в том, что энергия в них запасается в том же виде, в каком и используется, – электромагнитном. А раз нет необходимости в преобразовании из одного вида энергии в другой, то нет и связанных с преобразованием потерь энергии и затрат времени на сам процесс, чем грешат иные типы аккумуляторов, например, химические или гидравлические. Поэтому уникальным свойством сверхпроводящего индуктивного накопителя является возможность практически мгновенного перехода из режима накопления энергии в режим ее выдачи.
Генеральный директор компании "Русский Сверхпроводник" А. В. КАЦАЙ
Опробовано на реакторе
Техническое предложение о разработке источника бесперебойного питания на основе СПИН было выдвинуто еще в 2005 г. рядом предприятий Росатома. Опыт создания самих сверхпроводниковых накопителей имеет еще более давнюю историю. Такие мощные сильноточные устройства уже создавались на предприятиях Росатома, построивших в стране десятки крупных сверхпроводящих соленоидов и в настоящее время участвующих в международном проекте экспериментального термоядерного реактора ITER. К примеру, обмотка тороидального магнитного поля этого реактора типа «Токамак» намотана из российского сверхпроводника, и энергия, запасаемая в ее магнитном поле, может составлять 600 МДж или 166 кВт/ч. Это устройство с полным правом можно назвать аналогом СПИН.
Специалистам проект может показаться чересчур амбициозным. Ведь для участия в суточном регулировании энергопотока необходимо аккумулировать энергию порядка 1012Дж и выдавать мощность в сотни мегаватт, а находящиеся в разработке СПИН имеют сейчас проектную энергоемкость от единиц до сотен мегаджоулей. Тем не менее, за последние годы источники бесперебойного питания на основе СПИН были проработаны в некоторых развитых странах – США, Японии, Италии, Германии – и показали себя как надежные и эффективные устройства для стабилизации провалов напряжения.
В серийное производство
По словам генерального директора компании «Русский Сверхпроводник» Александра Владимировича Кацая, вРоссии уже был создан ряд СПИН для фундаментальных научных исследований, проведены успешные испытания прототипов в действующей энергосистеме Москвы. Налаживание серийного производства индуктивных накопителей позволит повысить надежность энергосистем и сделать серьезные шаги по широкому внедрению сверхпроводниковых технологий в энергетику.
В настоящее время отраслевая компания «Русский Сверхпроводник» совместно с разработчиками технологии ведет активную работу над созданием компактного сверхпроводящего индуктивного накопителя энергоемкостью 24 МДж, состоящего из четырех модулей по 6 МДж. Впоследствии из таких модулей возможно будет собирать накопители большей емкости.
Развитие сверхпроводниковой индустрии, в т.ч. производства сверхпроводящих материалов, обеспечивает возможность изготовления накопителей на основе СПИН практически для любой энергетической системы.
