Supravodiče pro připojení chytřejší sítě

Navrhovaný rozbočovač pro propojení tří nezávislých elektrických sítí, které pokrývají kontinentální Spojené státy, by mohl usnadnit navýšení výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů.

Chladná síla : Tyto supravodivé dráty tvoří základ silových kabelů, které přenášejí mnohem více energie než běžné měděné kabely.

Projekt nazvaný Tres Amigas Superstation by využíval supravodivé potrubí a konvertorové stanice k propojení tří sítí: Západní, Východní a Texaské propojení. Spojení mezi sítěmi byla omezena, protože sítě nejsou synchronizované – střídavý proud je mimo fázi. K přesunu energie z jedné sítě do druhé jsou zapotřebí speciální stanice, které převádějí střídavý výkon na stejnosměrný výkon a poté zpět na střídavý výkon ve správné fázi.

Mezi sítěmi lze v současnosti přenášet pouze zlomek 1 procenta elektřiny vyrobené ve Spojených státech a mezi Texasem a západní sítí neexistuje přímé spojení. Stanice Tres Amigas, která poprvé propojí všechny tři sítě dohromady na jednom místě, zpočátku více než zdvojnásobí možnost přenosu energie mezi nimi a poskytne kapacitu pět gigawattů. Nakonec se očekává, že stanice přenese až 30 gigawattů výkonu.

Stanice vyřeší řadu problémů souvisejících s obnovitelnými zdroji energie, říká Phil Harris, generální ředitel společnosti Tres Amigas se sídlem v Santa Fe, NM. Především pomůže řešit klíčový problém s obnovitelnými zdroji energie – jejich přerušovanost. Protože vítr přichází a odchází a mraky čas od času blokují slunce, může větrná a solární energie destabilizovat elektrickou síť.

Jedním ze způsobů, jak to kompenzovat, je zajistit, aby žádný obnovitelný zdroj netvořil příliš mnoho z celkového energetického mixu – aby se jiné zdroje mohly snadno doplnit, když dojde k poklesu výkonu. V Texasu by však tato strategie rychle omezila velikost větrných farem, protože tamní síť je relativně malá. Připojením ke zbytku země Tres Amigas odstraňuje omezení velikosti těchto farem.

Přerušovanost lze také řešit shromažďováním obnovitelné energie v široké oblasti. Tímto způsobem by mohl být pokles solární energie v důsledku zamračeného dne v jedné oblasti kompenzován větrem nebo solární energií jinde. Propojení tří sítí umožňuje čerpat širší škálu obnovitelných zdrojů, zejména na jihozápadě, který je mezi nimi rozdělen hranicemi. Stanice také poskytne 50 až 150 megawattů bateriového úložiště pro vyhlazení kolísání energie v síti, aby se zabránilo výpadkům.

Projekt by mohl být také cenným testovacím prostorem pro stejnosměrná supravodivá přenosová vedení, která by mohla mít významné výhody oproti konvenčním elektrickým vedením pro dodávání velkého množství energie na dlouhé vzdálenosti, říká Steven Eckroad, projektový manažer v Palo Alto, CA. Výzkumný ústav elektrické energie (EPRI), která studuje potenciál supravodičů pro přenos na dlouhé vzdálenosti. Takové přenosové vedení by mohlo sbírat větrnou energii ze Středozápadu, kde je hojná, a přenášet ji na jih, který má méně obnovitelných zdrojů.

Řazení výkonu : Energie přichází do stanice Tres Amigas ze tří energetických sítí a cirkuluje uvnitř supravodičového potrubí, ze kterého mohou čerpat všechny tři sítě.

K propojení všech tří sítí bylo zapotřebí místo, kde by byly geograficky blízko u sebe – v případě Tres Amigas, 60 kilometrů čtverečních území poblíž Clovis, NM. Stejně jako u konvenčních propojení mezi sítěmi systém převádí střídavý proud na stejnosměrný. Ale na rozdíl od konvenčních obousměrných připojení bude v Tres Amigas tato stejnosměrná energie cirkulovat v supravodivých kabelech, které tvoří trojúhelníkové elektrické potrubí. Kterákoli ze tří sítí z toho může podle potřeby čerpat energii.

Poskytnutí pěti gigawattů a nakonec 30 gigawattů přenosové kapacity mezi všemi třemi sítěmi vyžadovalo použití supravodivých stejnosměrných vedení, což značně snížilo počet kabelů potřebných k přenosu energie – jeden supravodivý kabel může přenášet stejný výkon jako devět nebo 10 sady konvenčních měděných kabelů. Pokud by byly konvenční kabely zavěšeny nad hlavou, spolu s příchozími a odchozími přenosovými vedeními by vytvořily krysí hnízdo zranitelné počasím a sabotáží, říká Jack McCall, ředitel rozvoje obchodu ve společnosti Devens, MA se sídlem v American Superconductor, která dodává supravodivé kabely.

Zakopání konvenčních kabelů by zvýšilo složitost a velikost projektu, protože kabely by bylo nutné udržovat několik metrů od sebe, aby se zabránilo přehřátí. Zpočátku by byl zapotřebí pouze jeden supravodivý kabel, což by ve srovnání s konvenčními kabely značně zjednodušilo systém. S rozšiřováním Tres Amigas bude potřeba více kabelů, ale mohou být uloženy blízko sebe.

Kromě propojení tří sítí poslouží Tres Amigas jako ukázka typu stejnosměrných supravodivých linek a konvertorů střídavého proudu na stejnosměrný proud, které by byly potřebné pro vysokovýkonné přenosové linky na dlouhé vzdálenosti – supravodičové potrubí EPRI studovalo. Umístění takového systému by mohlo být snazší než konvenční nadzemní vysokovýkonné přenosové vedení: supravodivé kabely mohou být uloženy podél stávajících cest, například podél mezistátních dálnic. Přesvědčit vlastníky pozemků, aby povolili velké nadzemní přenosové věže, je jednou z největších překážek pro instalaci konvenčních přenosových vedení a mohlo by to zmařit úsilí o vývoj systému distribuce větrné energie ze Středozápadu. Supravodivé přenosové vedení by také mohlo být snadněji integrovatelné do stávající sítě, protože množství energie převáděné ze stejnosměrného na střídavý proud ve stanicích podél vedení by mohlo být přesně řízeno.

Podle analýzy EPRI by supravodičové potrubí stálo asi tolik jako konvenční přenosové vedení, pokud by byl supravodičový systém navržen pro přenos velkého množství energie (větší než pět gigawattů) na velké vzdálenosti (kolem 1000 mil). Částečně je tomu tak proto, že náklady na chladicí supravodivé linky (potřebné pro zachování jejich supravodivých vlastností) tvoří malý podíl na celkových nákladech systému. Na dlouhé vzdálenosti je také důležitá vyšší účinnost supravodivých systémů – dochází k plýtvání asi o polovinu méně energie než u konvenčních vysokovýkonných vedení na velké vzdálenosti.

Ale je to technologie, kterou společnosti neznají, a tak se mohou zdráhat ji zavést v rozsahu požadovaném pro to, aby byla nákladově konkurenceschopná, říká Eckroad. Projekt Tres Amigas by mohl být důležitý k prokázání, že technologie funguje, říká.

McCall říká, že Tres Amigas plánuje v nadcházejících týdnech podat žalobu u Federální energetické regulační komise, čímž se tato regulační překážka stane dalším krokem společnosti. Pokud to půjde dobře, počáteční pětigigawattový systém by mohl být dokončen do konce roku 2014.

skrýt