Электр желісін кеңейту жобалары үшін жоғары кернеулі толық жиынтықтар

Жоғары кернеулі жинақтарды түсіну және желіні кеңейтудегі рөлі

Жоғары кернеулі жинақтар деген не? Негізгі компоненттер мен қызметтері

ЖЭЖ жүйелері электр желілері бойынша 110 кВ астындағы жоғары кернеуді берумен айналысады. Олар, әдетте, GIS жабдықтарынан, ажыратқыштардан, трансформаторлардан және нақты электр желісінің қажеттіліктеріне сәйкес орналастырылған әртүрлі қорғаныс релелерінен тұрады. Қазіргі жоғары кернеулі жүйелер жақсартылған изоляциялық материалдар мен жақсартылған жылу реттеу механизмдері арқасында сенімді жұмыс істеуге негізгі назар аударады. Көбінесе орнатылған жүйелер үлкен жөндеулерге мұқтаж болмай-ақ үштен астам онжылдық қызмет етеді. 2024 жылғы соңғы нарықтық зерттеулерге сәйкес, пайдаланушы компаниялардың сегізден бесі осындай жүйелерге нақты уақыт режиміндегі диагностикалық мүмкіндіктерді қосуды талап етуде. Бұл қуат қажеттілігі үздіксіз өсе берген сайын бар желілік инфрақұрылымды кеңейткен кезде күтпеген қараңғылықтардың алдын алуға көмектеседі.

Ультра жоғары кернеулі (UHV) AC және DC беру жүйелерінде интеграциялау

800 кВ астам өте жоғары кернеуде жұмыс істейтін жүйелер электр энергиясының үлкен қашықтықтарға тасымалдану әдісін өзгертуде. Көбінесе аймақтар желілерді байланыстыру үшін алғашқыда салу құны төмен болғандықтан UHV AC жүйелеріне сүйенеді. Алайда, 1000 шақырымнан астам сияқты өте ұзақ қашықтықтар бойынша елдер арасында электр энергиясын беру жағдайында HVDC технологиясы нақты тасымалдау барысында шамамен 40 пайызға азырақ энергия жоғалтады. Бұл айырмашылық масштабты операциялар үшін өте маңызды. Алдағы уақытта осы жоғары кернеулі жүйелерде қолданылатын компоненттерге деген нарық та жылдам өсе береді деп күтілуде. Саланың болжамдарына сәйкес, елдер электр желілеріне жаңартылбалы энергия көздерін одан әрі интеграциялауға тырысқан сайын, 2030 жылға дейін жылдық өсу көрсеткіші шамамен 8,9 пайыз болады.

Қазіргі заманғы электр желісі инфрақұрылымындағы негізгі қолданыстар

• Шетелден шағын жел электр станцияларын қалалық орталармен байланыстыратын жаңартылбалы энергия коридорлары
• Кеңістік шектеулері бар метрополиялық аймақтардағы жер асты өткізу желілері
• Халықаралық деңгейде электр энергиясын бөлісу мүмкіндігін беретін шекарааралық байланыстырушы желілер

Нақтылық: Желінің кеңеюіне байланысты глобалдық жоғары кернеулі қосқыштар нарығының өсуі

Жоғары кернеулі қосқыштар сегменті жоғары кернеулі қосқыш құралдарын сатып алу бюджетінің 62% құрайды, ал GIS орнатулары 2020 жылдан бері жыл сайын 15% өсіп келеді. Бұл өсу жаңартылатын энергия көздерін интеграциялау және ескірген инфрақұрылымды ауыстыру үшін жылына 300 миллиардтан астам доллар шығындалатын глобалдық желілік инвестициялармен сәйкес келеді.

Стандарттау мен тиесілікке лайықтау: Орнатудағы икемділік пен тиімділікті теңестіру

Коммуналдық қызмет көрсетушілерге модульдік жоғары кернеулі қосқыш құрылғылардың 70% стандартталған компоненттерін пайдалану мүмкіндігін беретін, бірақ аймақтық тиесілікке лайықтауға рұқсат ететін дизайндарын қолдану қарқынды қолданысқа түсуде. Бұл аралас тәсіл толығымен дербес шешімдерге қарағанда орнату уақытын 6–8 айға қысқартады және жаңартылатын энергия көздерінің жобаларын желіге қосу мерзімдеріне сәйкес келу үшін маңызды.

Жоғары кернеулі берілістердің дамуындағы қиыншылықтар мен сыйымдылық шектеулері

АҚШ-тың беріліс желісіндегі ескірген инфрақұрылым және сенімділік қаупі

Америка Құрама Штаттарының жетпіс пайызынан астам электр желілері бүгінде екі жарым онжылдықтан астам уақыт бойы қызмет етуде, сонымен қатар трансформаторлар мен ток өшіргіштер сияқты көптеген маңызды бөлшектер жұмыс істеу шектеріне жақындап келеді. 2021 жылғы Американдық ғимарат инженерлері қоғамының есебіне сәйкес, біздің елдің энергетикалық желісі D+ бағасын алды, бұл оның үлкен ауа-райы оқиғаларына және кеңінен таралған электр қуатының болмауына қаншалықты сезімтал екенін көрсетеді. Бұл сенімділік мәселелері Жоғары кернеулі Толық Комплект Жабдық өндірушілері үшін нақты қиындықтар туғызады, себебі ескірген инфрақұрылым жаңа технологияларды енгізуді қиындатады, ал олар желінің жұмыс істеуін жақсартуға мүмкіндік береді. Мәселе сандарға назар аударғанда одан да нашарлайды: минималды беру қуаты таза энергия өндірудің тек өткен жылы ғана он миллиард долларға жуық шығынға әкеп соқты. Осындай деңгейдегі қаржылық шығын энергетика саласындағы барлық қатысушылар үшін ақылды инфрақұрылымды дамытуға инвестиция салудың қаншалықты маңызды екенін айқын көрсетеді.

Біріктіру уақытының кешігуі және Қайталанатын энергияға әсері

Ток желісіне қосылу орташа уақыты Американың көптеген аймақтарында төрт жылдан асты, бұл жаңа жел электр станциялары мен күн сәулесін пайдаланатын қондырғыларға үлкен кешігулерге әкелуде. Өткен жылғы салалық есепке сәйкес, тоқтап қалған қайталанатын энергия жобаларының жуық екі үштен бірі негізгі проблемасы ретінде берілген желілердің шектеулі өткізу қабілетін көрсетеді. Келесі не болады? Жиі дамытушылар өздері бастапқыда жоспарлаған ең жақсы жоғары кернеулі жүйелерді салуға емес, бар желілерге лайықтап өз жоспарларын өзгертуге мәжбүр болады. Бұл таза энергия жобалары алғаш ұсынылған кезде желі дайын болса, болмауы мүмкін болатын қосымша шығындар мен тиімділіктің төмендеуіне әкеледі.

Зерттеу мысалы: ERCOT-тың Техас штатындағы беріліс бітіністігін жеңілдету үшін желіні жақсарту технологиялары

ERCOT динамикалық желілік рейтингтік жүйелер мен озық қуат ағынын басқару арқылы 2023 жылы Батыс Техас күн сәулелерін 19% қысқартты. Оператор қолданыстағы дәліздерде 800 МВт қосымша өткізуді жүзеге асырды бұл жаңа тасымалдау желілерінің 200 мильін салуға тең. Бұл жаңартулар адаптивті технологиялардың күрделі инфрақұрылымдық шектеулерді уақытша жеңілдететінін көрсетеді.

Солтүстік Америкада байланыс желілерінің кезегі артта қалды

Аумақтың өзара байланыс кезегі 2024 жылдың бірінші тоқсанында 1,4 ТВт-қа жетті. Лоуренс Беркли ұлттық зертханасының деректері бойынша, ұсынылған жобалардың тек 21% коммерциялық іске қосылады, 78% тоқтатылған жобалар көлікті көтеруді жаңартудың шығынына байланысты. Бұл артта қалған қаражат коммуналдық қызметтерді жоғары кернеулі желілерді жоспарлаудың орнына, кеңейтуді басымдыққа қоюға мәжбүр етеді.

Үш жоғары кернеу технологиясы және энергия жүйелерінің өзгеруі

ҰЖЖ беру ұлттық энергия құрылымын оңтайландыруға қалай мүмкіндік береді

800 кВ астам болатын өте жоғары кернеу (UHV) деңгейінде жұмыс істейтін беріліс жүйелері үлкен аймақтардағы энергияға деген қажеттілікті қол жетімді тапсырумен сәйкестендіру мәселесін шешуде ойын түбегейлі өзгертуде. Өткен жылы Ponemon Institute жүргізген зерттеулерге сәйкес, бұл жүйелер елдердің 1500 шақырымнан астам қашықтыққа 6 пайыздан кем жоғалтумен үлкен мөлшерде электр энергиясын тасымалдауына мүмкіндік береді. Бұл ненің арқасында мүмкін болды? Ойланып көріңіз — бір UHV желісі шамамен 12 гигаватт қуат тасымалдай алады, бұл он екі атом электр станциясының тікелей қалаларға қуат беруіне ұқсайды. Тағы бір артықшылығы: мұндай желілер дәстүрлі 500 кВ беріліс коридорларымен салыстырғанда жерде шамамен 30% аз орын алады. Көптеген елдер әртүрлі аймақтарға таралған таза көздермен ескі көмір мен газ зауыттарын алмастыруға тырысқан кезде, мұндай сыйымдылық үлкен маңызға ие. Алдағы уақытта мамандар үкіметтер осындай дамыған желілерге үнемі инвестиция салып отырғаны салдарынан 2030 жылға дейін жоғары кернеулі жабдықтар нарығы жылына шамамен 7,2% қарқынмен өсе береді деп болжайды. Жаңартылатын энергия көздері орналасқан жерлер мен халық тұратын орындар арасындағы жақсырақ байланыс желілерінің желісінде жел электр станциялары немесе күн батареялары өндіретін электр энергиясын жіберуге орын болмағаны үшін тоқтатылу жағдайларының санын азайтады.

HVDC және HVAC: Ұзақ қашықтықтағы желі кеңейту үшін тиімділікті салыстыру

Қазіргі заманғы желі кеңейтілулері 600 км-ден асатын коридорлар үшін айнымалы ток (HVAC) орнына тұрақты жоғары кернеу (HVDC) жүйесін қолдануды басымдық ретінде қарастырады. HVDC жүйелері мыналарды көрсетеді:

• 800 км қашықтықта жол шығыны 40% төмен
• құқықтық жолды пайдалану талаптары 25% азайтылған
• өткізгіш басына 200% жоғары қуат беру сыйымдылығы

HVAC қысқа арақашықтықтағы байланыстар үшін экономикалық тиімді болып қала берсе де, континент масштабындағы жобаларда HVDC-нің тиімділік артықшылықтары басым болады. Оңтүстік Қытай желісінің HVDC жобасы 1 642 км қашықтықта 95,4% беріліс тиімділігіне жетті және 5 ГВт қуатты гидроэлектр станцияларынан сағынды мегаполистерге жеткізді.

Зерттеу жағдайы: Үлкен масштабты орнату үшін Қытайдың UHV AC және DC жобалары — нұсқаулық

2016 жылдан бастап Қытайдың 350 миллиард долларлық UHV-ке салымы ұлттық электрлендіру стратегияларында жоғары кернеулі толық жинақтардың масштабталуын көрсетеді. ±1,100 кВ Чанжи-Гуцюань HVDC желісі – әлемдегі ең жоғары кернеулі жоба – Синьцзян шөлдерінен 3 300 км қашықтықта орналасқан Аньхуи провинциясына 12 ГВт береді және 50 миллион үйді электрмен қамтамасыз етеді. Бұл жобалау сызбасы келесіні көрсетеді:

Метрика	Дәстүрлі желі	UHV желісі
Қайта өңделетін ресурстарды интеграциялау	4,1 ГВт (2015)	28,3 ГВт (2023)
Беріліс сыйымдылығы	0,8 ГВт/км	2,4 ГВт/км
Құрылыс уақыты	72 ай	36 ай

Бұл жобалар стандартталған жоғары кернеулі толық жинақтардың аймақтық желілік кодтар үшін икемділікті сақтай отырып, жобаларды іске қосуды қалай үдететінін және басқа да G20 елдері үшін қайталанатын модельді қалай ұсынатынын көрсетеді.

Жаңартылатын энергия және пайда болып жатқан жүктеме факторлары беріліс сұранысын қалыптастырады

Жоғары кернеулі беріліс кеңейту арқылы Жаңартылатын Энергия Мақсаттарын Қолдау

Жаңартылған энергияны кез-келген маңызды масштабта қосу үшін заманауи электр желісіне жоғары кернеулі беріліс жүйелерін кеңейту қажет. Көбінесе жаңа күн сәулесі панельдері мен жел турбиналары кеңістігі бар, бірақ инфрақұрылымы жоқ алыстағы жерлерде орнатылады, сондықтан бізге ауылдан қалалық аудандарға дейін созылатын ұзақ қашықтықтағы электр желілері қажет. Бұл жел мен күннен айнымалы шығыс беретін коммутациялық құрылғылар мен ажыратқыштар сияқты тарату құрылғылары үшін мамандандырылған жабдықтарға үлкен нарық пайда болуына әкелді. Сандар да осыны растайды: «Market Data Forecast» деректеріне сәйкес, 2022 жылдан бастап Солтүстік Америкадағы жоғары кернеулі жабдықтарды сататын компаниялардың бизнесі жыл сайын шамамен 8,4% өсті, бұл барлығы жасыл энергияға деген қажеттіліктің арқасында. Электр компаниялары енді осы мәселеге тапқырлықпен қарайды, олар жылдам орнатуға мүмкіндік беретін модульді конструкцияларды таңдайды. Бұл өзгерістер жаңа күн сәулесі немесе жел электр станцияларын желіге қосу кезіндегі күтудің уақытын төрттен бірінен жартысына дейін қысқартты.

Торапты жақсарту технологиялары: Динамикалық желі рейтингі және басқалар

Динамикалық желі рейтингі (DLR) жүйелері негізінен ауа райының ағымдағы жағдайына және нақты уақытта қанша электр энергиясы пайдаланылатынына байланысты желілердің өткізу қабілетін өзгерту арқылы бар желілерді тиімдірек пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл жүйелер жоғары кернеуді бақылау құрылғыларымен бірге қолданылған кезде өте жақсы жұмыс істейді, осылайша электр желілері жаңадан ештеңе салмай-ақ бар инфрақұрылымдарынан шамамен 30% артық пайда табуына мүмкіндік туады, бұл уақыт пен ақша үнемдеуге көмектеседі. Сонымен қатар, соңғы кездері желілерге көбірек жылу шыдайтын арнайы өткізгіштер мен импульстік токтар кезінде торапты қорғайтын қысқа тұйықталу тогын шектеуіштер сияқты жаңа дамулар да байқалуда. Бұл барлық жақсартулардың маңызы зор, себебі біз күнделікті қажеттілік пен сұраныс өзгерістеріне жылдам бейімделе алатындай етіп торапты дамытқан кезде барлық кезде жел және күн энергиясын көбірек қосып отырамыз.

Жаңартылатын жобалардың уақыт бойынша кестесіне сәйкес келетін жоғары кернеулі толық жинақтардың стратегиялық сатып алуы

Коммуналдық қызметтер қазір жоғары кернеулі толық жинақтарды жаңартылатын энергия әзірлеушілердің құрылыс кезеңдерімен синхрондауда. Бұл координация стандартталған трансформаторлық будың сызбаларын қолдану арқылы жабдықтарды дайындау уақытын 18 айдан астам уақыттан 12 айдан кем уақытқа дейін қысқартады. GIS компоненттері бар алдын-ала жобаланған жинақтар жел электр станцияларын желіге қосу кезінде тиімділігі тұрғысынан дәстүрлі жобаларға қарағанда 22% жылдамырақ болып шықты.

Трансформациялау жоспарына әсер ететін негізгі жүктеме көздері ретінде дерек орталықтары

2025 жылға арналған Frontiers in Energy Research журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, дерек орталықтары қазіргі уақытта Америка Құрама Штаттарының жалпы электр энергиясына деген шамамен 7,2 пайызға сәйкес сұранысты қолдануда. Бұл нақты кезде көптеген орташа өлшемді қалалардың ең көп тұтынатын күндеріндегі тұтынысына тең. Мұндай объектілер, әдетте, бір мезгілде 100 мегаваттан астам қуат тартады, яғни олар үшін арнайы электр беру желілері салу қажет. Жаңадан салынған ірі масштабты дерек орталықтардың жартысынан көбі (шамамен 58%) 500 киловольттық жоғары кернеу деңгейінде тікелей қосылуын талап етуде. Осындай көп энергия тұтынатын операциялардың санының өсуі энергия жоспарлаушыларға жаңа беру инфрақұрылымы жобаларына рұқсат беру процесін жеделдету бағытында нақты қысым тигізуде. Сала ішіндегілердің хабарлауынша, жасанды интеллект қолданбалары мен деректерді сақтау талаптарының тез өсуіне байланысты Тәуелсіз Жүйе Операторларының жылдам үштен екісі (72%) жүктеме болжамдарын толығымен қайта қарауға мәжбүр болды.

Жоғары кернеулі жинақтық жабдықтарды деректер орталығының электрмен қамтамасыз ету коридорларына интеграциялау

Жаңа деректер орталықтарының топтары 5 мильдің ішінде 345 кВ+ трансформаторлық станцияларын, сондай-ақ екі еселенген резервтелген желілерді қажет етеді, компактты жоғары кернеулі толық жинақтарды модульді қосқыш құрылғылардың конфигурациялары қазір параллель шиналар жүйесі арқылы 99,999% қолжетімділікті қамтамасыз ететін осындай орнатуларда басым болып табылады. Соңғы жобалар дайындалған жоғары кернеулі жабдықтар пакеттерін дәстүрлі бөлшектеп жинаумен салыстырғанда энергия беру уақытын 40% жылдамдататынын көрсетті.

Жоғары кернеулі беріліс инфрақұрылымы үшін үкіметтің қолдауы мен қаржыландыруы

Негізгі заңнама: IIJA, IRA және BIL торапты заманауылатуға инвестицияларды ынталандырады

Федералдық заң шығарушылар соңғы кезде Американың электр желісін жаңарту үшін 80 миллиардтан астам доллар бөлді, және осыны іске асыру үшін жоғары кернеулі жабдықтар маңызды болып табылады. Бірегей негізгі инвестициялар мен жұмыстар туралы заң ғана түрлі желілік жақсартуларға шамамен 65 миллиард доллар бөледі, оның шамамен 2,5 миллиард доллары жоғары кернеулі технологияларды қажет ететін ірі аймақтық беріліс жобаларына бағытталады. Сонымен қатар, басқа да заң шаралары да көмектесуде. Инфляцияны Қысу туралы заң жаңа беріліс жабдықтарын орнататын компанияларға салық жеңілдіктерін ұсынады, ал Екіжүздік Негізгі Заң орасан зор жоғары кернеулі жүйелермен үйлесімді жұмыс істейтін ақылды желілерді енгізуге бағытталған. Бұл әртүрлі заңдар бірге-бірімен 2020 жылдан бері ұсынылған беріліс жобаларында шамамен 60 пайызға өсу сияқты маңызды құбылысқа жауап ретінде пайда болды. Ескі инфрақұрылымдар енді ел бойынша жаңа қосылып жатқан қайта қалпына келтірілетін энергия көздері мен деректер орталықтарының үлкен өсуіне үлгермейді.

Федералдық бағдарламалар қалай электр желілерін жаңарту мен орнатуды тездетуде

Энергетика министрлігіндегі желілерді дамыту басқармасы стандартты жоғары кернеулі жабдықтар пакетін қолданатын жобаларға рұқсат беру процесін тездетуді бастады. Бұл компаниялар өз құрылымдарын ұсынған кезде болатын уақытпен салыстырғанда рұқсат алу уақытын шамамен 30-40 пайызға қысқартады. Трансмиссияны ынталандыру сияқты федералдық несиелендіру бағдарламалары арқылы дербес инвесторлар 2022 жылдың басынан бері HVDC жоғары кернеулі желілер салуға 3,2 миллиард доллар салды. Осындай шаралар ел бойынша жел және күн электр станцияларына жоғары кернеулі коннекторлар мен коммутациялық жабдықтар орнатуды жеңілдетуде. Қаржыландырылатын жобалардың бесінің төртеуі 500 киловольттан жоғары кернеуде жұмыс істейтін компоненттерді қамтиды. Электр желілері компаниялары сатып алу кестесін соңғы инфрақұрылым заңнамасында белгіленген мақсаттармен сәйкестендіргенде, олар осы қымбат жоғары кернеулі компоненттердің 15%-дан бастап жартысына дейінгі құнын қамтитын мемлекеттік гранттарға ие болады.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Жоғары кернеулі жинақтар (ЖКЖ) дегеніміз не?

Жоғары кернеулі жинақтар (ЖКЖ) 110 кВ-тан жоғары электр энергиясын беру үшін арналған жүйелер. Оларға GIS жабдықтары, ажыратқыштар, трансформаторлар және электр желісінің нақты қажеттіліктеріне сәйкес келетін қорғаныс релелері сияқты негізгі компоненттер кіреді.

Аса жоғары кернеуді (АЖК) берудің маңызы қандай?

Аса жоғары кернеуді беру аз шығынмен ұзақ қашықтыққа үлкен мөлшерде электр энергиясын тасымалдауға мүмкіндік береді. Бұл елдердің энергияға деген қажеттілігін қамтамасыз етуге сәйкестендіруге көмектеседі және қалаларға қайта қалпына келтірілетін энергия көздерінен электр энергиясын тасымалдау үшін идеалды болып табылады.

АҚШ-тағы беру желісі қандай қиындықтарға тап болуда?

АҚШ-тың беру желісі ескірген инфрақұрылымдар мен сенімділікке қауіптермен қателеседі, ол шектеулі сыйымдылық пен қайта қалпына келтірілетін энергияны интеграциялауға әсер ететін байланыстыру кешігулері сияқты мәселелерге әкеледі.

Динамикалық сызықтық бағалау (DSB) жүйелері торға қандай пайда әкеледі?

DLR жүйелері ағымдағы жағдайға сәйкес электр жүктемесін бейімдеу арқылы бар электр желілерінің пайдалануын ең жоғары деңгейге көтереді және жаңа инфрақұрылым қажетсіздігінде тиімділікті арттырады.

Жоғары кернеулі беру инфрақұрылымын қолдауда үкіметтің рөлі қандай?

Инфрақұрылымдық инвестициялар мен жұмыс орындары туралы заң сияқты үкіметтің инициативалары желіні заманауылату және жоғары кернеулі жабдықтар пакетін пайдалануға бекіту уақытын қысқарту үшін маңызды қаржыландыру мен қолдау көрсетеді.