8. Транспорт энергии

С 1920 г. в нашей стране началось создание Единой энергети­ческой системы страны по плану ГОЭЛРО. Основными источни­ками энергии были тепловые станции на угле и торфе, а позже – гидроэлектростанции (как более дешевые). Основное наращива­ние мощностей началось с вводом атомных электростанций (АЭС). Многие страны получают основную энергию именно с АЭС (на­пример, Франция 70 % энергии получает с АЭС). В России насчи­тывается 10 крупных АЭС, дающих более 12% электроэнергии. Часть вырабатываемой энергии наша страна экспортирует. Одна­ко несколько серьезных аварий, происшедших на атомных стан­циях и имевших тяжелые последствия, например, взрыв на Чер­нобыльской АЭС на Украине, поставили вопрос о допустимости расширения строительства атомных станций при сегодняшнем уровне безопасности. Некоторые государства, например Германия, в ближайшие годы намерены закрыть часть своих старых атомных станций.

Отличительная особенность технического оснащения транспор­та энергии, как и трубопроводного, состоит в том, что кабели или линии электропередачи (ЛЭП) являются и подвижным со­ставом, и путями, по которым проходит груз (в данном случае энергия). Энергия передается по линиям электропередач; в горо­дах она поступает на специальные распределительные устройства.

Для нормальной жизнедеятельности необходимо большое ко­личество энергии, особенно в крупных городах. Например, в Гер­мании на 1км2 городской площади приходится 2500 кВт, что соответствует 25 тыс. 100-ваттных ламп, Лондон потребляет энер­гии в 2 раза больше, Нью-Йорк – в 3 раза больше, Париж – в 5,5 раза больше, т.е. 14 тыс. кВт. Потребление увеличивается.

Такое большое количество энергии передать с помощью суще­ствующих воздушных линий практически невозможно. Проблему будут решать ЛЭП повышенного напряжения (1000 кВ и более). Так, Экибастуз должен передавать энергию под напряжением 1250 кВ.

Линии электропередач с повышенным напряжением и посто­янным током (постоянный ток дает возможность передавать энер­гию с большей скоростью, а при переменном токе возникает боль­ше потерь) должны проходить вне городов, где происходит пре­образование постоянного тока в переменный. С точки зрения эко­логии, ЛЭП требуют полосу отчуждения до 100 м. Подземные си­ловые кабели при высокой концентрации энергии из-за неизбеж­ных потерь нагревают почву вплоть до высыхания; при проведе­нии параллельных линий возможно их нежелательное взаимное влияние из-за тепловых потерь.

Проблемы и тенденции развития транспорта энергии: увеличе­ние мощности передачи (объема транспортировки) благодаря поиску новых способов, прежде всего охлаждения, при котором параллельно кабелю прокладывают трубопровод с водой или рас­полагают трубку внутри кабеля, помещенного в трубу большего диаметра с охлаждающей жидкостью. Такой способ увеличивает объем транспортировки в 4 раза. Кроме того, рассматриваются вопросы замены материала для изготовления кабелей, повыше­ния напряжения в сетях.

Фирмы США, Англии и других стран разрабатывают медные и алюминиевые кабели глубокого охлаждения для напряжения 500 кВ, повышающие пропускную способность в 10 раз по срав­нению с обычным маслонаполненным кабелем. Охлаждение про­изводится жидким азотом температурой – 196 ⁰С и требует специ­ального теплоизоляционного слоя для сохранности холода, что удорожает систему. Охлаждение жидким гелием (разработки Гер­мании), температура которого – 268,8 °С (на 4,2 °С выше абсолют­ного нуля), дает сверхпроводимость, т.е. исчезает сопротивление, ток передается без потерь, кабель не нагревается. Пропускная спо­собность таких систем в 15 раз выше обычного подземного зало­жения. Но на сегодняшний день создание и эксплуатация таких систем слишком дороги.

Многие считают панацеей для техники высоких и сверхвысо­ких напряжений гексафторид серы – газ, теплоизоляционные ха­рактеристики которого в 2–3 раза выше, чем воздуха. Незначи­тельное повышение давления превращает этот газ в изолятор. Ка­бель помещают в трубопровод, закладываемый в тоннель, как неф­тепровод, заполняют этим газом и пропускают ток очень высоко­го напряжения. Для снабжения Нью-Йорка, например, потребу­ется всего один такой кабель. Распределительное устройство зай­мет при этом площадь до 30 м², в отличие от 300 м², требующихся сегодня.

Линии электропередач напряжением 2250–2500 кВ заменят пе­ревозку 26–80 т топлива в год и будут конкурировать с железной дорогой для расстояния 2–4 тыс. км. Несмотря на многочисленные гидро- и теплоэлектростанции (Красноярскую, Саяно-Шушенскую, Братскую и др.), в нашей стране ощущается нехватка энергии, так как в ней нуждаются все отрасли промышленного производства и население для обеспечения нормальной жизнедеятельности.