В РФ начался финальный этап строительства крупнейшей в мире сверхпроводящей ЛЭП

В Санкт-Петербурге начато строительство крупнейшей в мире высокотемпературной сверхпроводящей кабельной линии. Уникальная ЛЭП станет первой в сети энергосистемы нового поколения и очередным достижением российской отрасли сверхпроводников.

Километры инноваций

Группа «Россети» реализует разработки «НТЦ Россети ФСК ЕЭС», возводя в Санкт-Петербурге самую длинную в мире высокотемпературную сверхпроводящую кабельную линию (ВТСП КЛ). Линия постоянного тока длиной 2,5 км соединит подстанции ПС 330 кВ «Центральная» и ПС 220 кВ «РП-9» Московского и Фрунзенского районов северной столицы. ВТСП будет передавать до 50 МВт мощности на среднем напряжении 20 кВ. В данный момент проложено 1,5 км кабеля и ведутся работы по установке преобразовательных устройств на подстанциях. Ввод системы в эксплуатацию запланирован на 2023 год.

Новшеством для мирового энергостроения является не только протяженность ЛЭП, но и ее технология. Сверхпроводимость достигается при охлаждении проводников до сверхнизких температур. Для «заморозки» будет использоваться двухконтурная система криогенного обеспечения длиной 5 км.

Введение в технологии

Высокотемпературная сверхпроводимость проводников позволяет передавать большие мощности, практически, без потерь. Для получения данного эффекта необходимо охладить кабель до температуры ниже 77 К. Питерская ВТСП КЛ будет иметь следующие характеристики:

• конструкция — монополярная передача с обратным проводником в конструкции одного кабеля;
• класс напряжения — 20 кВ;
• расчетный ток — 2,5 кА;
• мощность — 50 МВт
• внешний диаметр криостата — 110 мм;
• криогенная система замкнутого типа производительностью 12 кВт;
• температура охлаждения — 67 К.

В основе системы лежит формер — медный металлический каркас, на который намотана ВТСП-лента — она, непосредственно, является проводником. На ленту накладываются слои фиксирующей обмотки и изоляции. Кабель помещен в трубу криостата, по которой прокачивается жидкий азот.

Будущее без потерь

Проект в Санкт-Петербурге станет флагманским. На основе полученного опыта планируется создать сеть сверхпроводящих ЛЭП по всей стране. Это станет одним из приоритетных направлений работы ПАО «ФСК ЕЭС» — «Снижение потерь и энергоэффективность». Планируется разработка и внедрение инновационных технологий производителями оборудования, генерирующими компаниями и крупными потребителями электроэнергии.

Применение высокотемпературных сверхпроводников в сфере передачи электроэнергии принесет множество преимуществ, по сравнению с традиционными воздушными ЛЭП. Новые линии способны передавать большие мощности с минимальными потерями энергии. Они более легкие, с бо́льшим сроком службы, без электромагнитных и тепловых полей рассеяния. Система будет экологичнее и пожаробезопаснее, появится возможность ограничить токи короткого замыкания, повысить устойчивость сети и предотвратить каскадные отключения потребителей за счет взаимного резервирования энергорайонов.

В условиях плотной городской застройки ВТСП КЛ позволит сохранить городской ландшафт и сократить площадь отчуждаемой территории. Затраты на строительство при этом снизятся до 20%. Помимо пользы для гражданских потребителей, сверхпроводники можно будет использовать при строительстве кольцевых схем и энергомостов и для вывода мощности с крупных объектов генерации, таких как ГЭС и АЭС.

Зарубежный опыт

Работа над сверхпроводниковыми линиями электропередач является приоритетной отраслью науки во многих странах мира. В настоящее время существуют опытные системы и действующие ВТСП КЛ.

Линии переменного тока в разных странах имеют протяженность:

• AmpaCity, Эссен, Германия – 1000 м;
• Bixby, штат Огайо, США — 200 м;
• Yokohama, Япония — 250 м;
• Furukawa, Япония — 87 м.

Линии постоянного тока:

• IEE CAS, Китай — 362 м;
• Jeju, Республика Корея — 500 м;
• Ishikari, Япония — 500 м.

Как видно, российский проект станет самым масштабным: еще ни одна сеть не достигла длины 2,5 км. Стоимость разработки проекта, испытаний и строительства объекта составляет 3,5 млрд рублей.

Лидерские амбиции

Линия электропередач — далеко не единственный российский проект в сфере сверхпроводников. Страна семимильными шагами стремится к лидерству в данной отрасли. За последние несколько лет был создан электрический авиадвигатель с использованием технологий высокотемпературной сверхпроводимости для летающей лаборатории Як-40ЛЛ, в Швейцарию были поставлены ниобий-оловянные сверхпроводники для проекта Кольцевого коллайдера, Франция получила низкотемпературные сверхпроводящие кабели российского производства для международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР).

Российские ученые открыли новый вид сверхпроводимости в соединениях галлия и молибдена; физики МФТИ создали сверхпроводящее устройство из ниобия и меди, которое можно использовать для реализации энергоэффективных вычислительных устройств и устройств памяти; специалисты ВНИИНМ им. А.А. Бочвара завершили разработку ниобий-титанового провода в рамках международного проекта по созданию магнита-детектора для проведения экспериментов по сжатию барионной материи.

Несмотря на санкционную политику иностранных государств, они продолжают заказывать у России различные изделия из сверхпроводников. Российское государство, судя по всему, имеет большие планы на данную отрасль. Нет сомнений, что при поддержке правительства усилия ученых реализуются в новые сверхтехнологичные проекты.