Довідкова інформація.
Енергетичний перехід Німеччини на відновлювані джерела енергії передбачає поступову відмову від атомної енергії до кінця 2022 року та поступову відмову від вугілля до 2038 року. Берегові та морські вітряні електростанції розташовані в основному на півночі країни, а сонячна енергетика – в основному на півдні, та збільшення частки цих поновлюваних, але нестабільних джерел енергії потребує посилення існуючої країни мережі змінного струму напругою 380 кВ.
Основні центри навантаження знаходяться на південному заході, і площа виведених з експлуатації атомних електростанцій здатні забезпечити потужні точки доступу до мережі змінного струму 380 кВ. Три проекти коридору HVDC, що будуються, покращать балансування електроенергії від відновлюваних джерел і одночасно забезпечать постачання електроенергії після закриття останніх трьох атомних електростанцій наприкінці 2022 року.
Спочатку планувалося побудувати коридори у вигляді повітряних ліній, але, незважаючи на широке суспільне схвалення енергетичного переходу, виникли протести. Тому у 2015 році федеральний уряд віддав пріоритет кабелям над повітряними лініями, погодившись на більш високі витрати та повністю перепланувавши проекти коридорів. У той час були доступні тільки екструдовані кабелі HVDC напругою 320 кВ та з обмеженим досвідом експлуатації, в основному за рахунок використання їх як експортні кабелі для морських вітряних електростанцій та для кількох наземних проектів. Перше видання стандарту IEC 62895 «Високовольтні кабелі постійного струму (HVDC) з екструдованою ізоляцією та їх приладдя на номінальну напругу до 320 кВ для наземного застосування – Методи випробувань та вимоги» було опубліковано та надійшло якраз вчасно для нещодавно запланованих проектів.
Рис. 1: Проекти кабельних коридорів HVDC 525 кВ у Німеччині (Ultranet: наземна лінія HVDC 400 кВ).
Для зменшення кількості кабелів і особливо з'єднань, необхідних для запланованої пропускної спроможності майже наполовину, переважним було б номінальну напругу 525 кВ.
Оскільки екструдовані кабелі HVDC на 525 кВ були на той момент кваліфіковані, відповідний стандарт обмежувався напругою 320 кВ. Тому, щоб розпочати роботу, випробування кабельних систем на 525 кВ спочатку проводилися на основі рекомендації CIGRE TB 496. У 2018 та 2019 роках було успішно проведено кілька передкваліфікаційних випробувань (PQ-тестів) екструдованих кабельних систем HVDC 525 кВ, тобто кабельних систем. зовнішніх закладень і з'єднань). Ці випробування PQ ще не включали інтерфейси розподільних пристроїв з ізоляцією елегазової, оскільки в той час не було сертифікатів типових випробувань для цього типу аксесуарів. Після інтенсивного обговорення DIN IEC 62895 (включаючи німецький додаток) був опублікований у 2019 році, зокрема, для розширення сфери застосування з 320 кВ до 525 кВ. На підставі пройдених випробувань PQ наприкінці 2019 року німецькі TSO ухвалили рішення щодо застосування екструдованих кабелів HVDC 525 кВ для проектів коридорів. Видача основних замовлень була проведена у 2020 році, а поточні оцінки загальної вартості проектів кабельних коридорів HVDC становлять від 50 до 70 млрд євро. У серпні 2020 року успішно пройшло перше у світі затвердження типових випробувань інтерфейсу розподільчого пристрою з елегазовою ізоляцією для HVDC 525 кВ.
Введення в експлуатацію проектів кабельних коридорів HVDC планується у 2025 році. SuedLink, найдовша кабельна система, матиме довжину близько 700 км. Введення в експлуатацію SuedLink може бути відкладено до 2028 року.
Кабельна система постійного струму напругою 525 кВ.
Кабельні системи проектів німецьких коридорів будуть складатися з екструдованих кабелів HVDC, з'єднань та зовнішніх кінцевих закладень. Конструкція кабелю аналогічна звичайним конструкціям кабелів HVAC з ключовою відмінністю - провідником, який навіть за найвищого перерізу не вимагає оптимізації втрат змінного струму (див. рис. 2).
Рис. 2: Конструкція екструдованого кабелю 525 кВ HVDC.
У проектах німецьких коридорів для основної ізоляції кабелів HVDC 525 кВ будуть використовуватися три різні полімерні ізоляційні матеріали:
- зшитий поліетилен, XLPE;
- поліпропілен, ПП;
- XLPE з неорганічним наповнювачем.
Тільки наповнений XLPE підходить для роботи в «класичних» системах HVDC із перетворювачами LCC, де напрямок потоку навантаження змінюється полярністю постійної напруги. З використанням перетворювачів SVC зміна полярності напруги виключено. На відміну від довгих кабельних систем змінного струму, у кабельних системах HVDC немає потреби у перехресному з'єднанні для мінімізації втрат в екрані. Відповідно, потрібні лише прямі наскрізні з'єднання (див. рис. 3).
Рис. 3: Типи з'єднань (спрощено без масштабу).
Тим не менш, розривні з'єднання екрана із зовнішніми та доступними з'єднаннями екрана встановлюватимуться через кожні 5-12 км. Конструкція з'єднань екранів (DC) аналогічна або ідентична з'єднанням поперечного з'єднання змінного струму. Це дозволяє заземлити екран кабелю і, при необхідності, отримати доступ для перевірки оболонки та локалізації пошкоджень, а також дозволяє виявити розподілені часткові розряди.
Індуктивні датчики ЧР на заземленні прямих наскрізних з'єднань із додатковим заземленням забезпечують дуже низьку чутливість до часткових розрядів.
Через виняткову довжину кабельних систем у німецьких коридорних проектах кожна з них складатиметься із секцій кабелів від різних виробників. З урахуванням обмежень післямонтажних випробувань, довжина кожної кабельної секції складе близько 100 км. Очевидним вибором для з'єднання двох кабелів є з'єднання. Однак для з'єднання кабелів HVDC двох різних виробників будуть потрібні спеціальні перехідні з'єднання. Залежно кількості виробників, перехідні з'єднання доведеться розробляти всім комбінацій. На додаток до необхідних зусиль по розробці це стало б основною проблемою для логістики запасних частин.
З вищевказаних причин кожна кабельна секція буде оснащена зовнішніми кабельними з'єднаннями, які можуть бути легко підключені до наступної кабельної секції, що дозволить проводити окремі випробування кожної кабельної секції. Це необхідно не лише з технічних, а й з комерційних причин. Технічна споруда для з'єднання двох кабельних секцій називається "кабельною перехідною станцією". Зовнішня кабельна перехідна станція HVDC 525 кВ буде розміром з невеликий розподільний пристрій.
Рис. 4: Зовнішня кабельна перехідна підстанція.
Щоб зменшити візуальний вплив, станції кабельних переходів можуть бути встановлені під землею. Однак для цього будуть потрібні відповідно великі та складні будівлі. Найбільш компактним рішенням для з'єднання кабельних систем HVDC різних виробників є використання інтерфейсів розподільчих пристроїв з ізоляцією елегазової в конфігурації «один до одного». За наявності двох вбудованих роз'єднувачів та відповідним зовнішнім випробувальним введенням, що встановлюється тільки під час випробування напруги, окреме випробування кожної кабельної секції після монтажу повинно здійснюватися відносно просто. Але через пізнє затвердження типу та відсутність сертифікату про попередні кваліфікаційні випробування це рішення, як очікується, не зіграє ролі при реалізації першого проекту коридору.