КРУЭ против РУ с воздушной изоляцией - сравнение экологичности

В целях обеспечения будущих поставок электроэнергии требуются устойчивое понимание способов сохранения ресурсов и защиты окружающей нас среды.
Человечество нуждается в надежном и безопасном с технической, экологической и экономической точки зрения, энергоснабжении - сегодня и в будущем.
С одной стороны, в состав электрических сетей, которые служат для передачи и распределения электроэнергии, входят кабели и линии электропередач, а с другой стороны, оборудование, такое как трансформаторы и распределительные устройства.
Конфигурация передающих и распределительных электрических сетей разделяются в зависимости от сферы применения.
Например, распределительные электрические сети разделяются на сети коммунальных и промышленных потребителей. Существующие технологии, применяемые при разработке распределительных устройств открывают широкие возможности по конфигурации электрической сети. Таким образом, производители и, прежде всего, операторы сети должны найти сбалансированные решения в широком диапазоне критериев.
Применение элегаза (SF6) вносит важный вклад в эту задачу. Технология применения элегаза для электрической изоляции и заполнения дугогасительных камер в диапазонах высокого и среднего напряжения, обеспечила непрерывное развитие передовых решений в передаче и распределении электрической энергии, как никакая другая технология с 1960 года.

Дискуссии об экологических аспектах.

Сразу же после подписания Киотского протокола, немецкие производители и операторы распределительных устройств и оборудования, использующие элегаз (SF6) и компании - производители элегаза - Solvay Fluor и Derivate GmbH & Co. KG заявили о поддержке требований о недопущении и сокращении выбросов в течение всего срока эксплуатации продукта, а также о контроле над выбросами SF6. Правительство Германии поддержало это добровольное обязательство в 1997 году.

Производители электрооборудования, поставщики электроэнергии и Solvay Fluor подготовили предварительную оценку функционирования энергосистем еще в 1999 году. В исследовании использовался анализ городской электросети. Результаты предварительной оценки функционирования энергосистемы показали, что использование элегазовой изоляции высоковольтного оборудования в городской энергосистеме является выгодным даже с учетом экологических аспектов.

Вскоре возникла необходимость проведения детального изучения последствий применения элегаза в распределительных устройствах, работающих в диапазонах среднего напряжения. Министерство Германии по делам окружающей среды в рамках Национальной программы по защите климата, определило, что исследование использования элегаза SF6 в установках среднего напряжения есть актуальным и соответствующим этой программе. Поэтому, для получения достоверной информации об экологических последствиях применения элегаза в распределительных устройствах, работающих в диапазоне среднего напряжения, в 2003 году проводились соответствующие исследования.

Цель и область оценки функциональности.

С одной стороны, исследования для оценки функционирования, подобные представленным здесь, необходимы для создания платформы для обсуждения рационального природопользования. С другой же стороны, исследования должны продемонстрировать возможности для дальнейшей экологической оптимизации заинтересованными компаниями.
Целью и областью настоящего исследования является разработка экологического профиля распределительных устройств в сетях среднего напряжения на основе сравнительного анализа подстанций с воздушной (ОРУ) и элегазовой изоляцией (КРУЭ).

Процедуры оценки функционирования.

Исследования проводились совместно компаниями ABB, AREVA T&D - ныне: ALSTOM, SIEMENS, EnBW, E.ON Hanse, RWE и Solvay Fluor. Оценка функционирования была проведена в соответствии со стандартами ISO 14040-43. При этом к участию в созданном в рамках исследования, консультационном совете привлеклись ученые и другие заинтересованные стороны, а также учитывался критический анализ от внешних, независимых экспертов TÜV NORD CERT.

В ходе исследования, были собраны данные о широком диапазоне электрооборудования работающего в сетях среднего напряжения: трансформаторных подстанциях, RMU* и абонентских подстанциях. В собранных данных, приводится анализ ключевых понятий электротехники (в частности, активных потерь), данных об анализе разборок, а также об электрической нагрузке и сроках службы.

* RMU (ring-main unit, дословно – главное устройство кольца), по принятой у нас терминологии, больше всего соответствует УРП (узловая распределительная подстанция).

Чтобы определить количество (исследуемых) структур были приняты два разных подхода:
• Для системного подхода на уровне электрической сети были рассмотрены две репрезентативные модели электрических сетей: с одной стороны, городских и с другой стороны - сельских районов. Эти модели сети характерны для энергоснабжающих сетей и имеют большое количество RMU.
В основу анализа сети также включались активные потери кабелей, линий электропередачи и трансформаторов.
• На уровне распределительного устройства образец немецкого ассортимента распределительных устройств в диапазоне среднего напряжения был определен на основании статистического количества выпускаемого в настоящее время оборудования компаниями Zentralverband Elektrotechnik-und Elektronikindustrie (ZVEI). Этот ассортимент охватывает весь диапазон распределительных устройств и для использования в коммунальных сетях, и для сетей инфраструктуры и промышленности. Однако исследование на уровне распределительного устройства означает, что значение активных потерь в кабелях, линиях электропередач и на трансформаторах не будут учитываться.

Результаты оценки функционирования.

Распределительные устройства, применяемые в городской распределительной сети, вносят лишь незначительный вклад в общий потенциал глобального потепления (ПГП). Другие же компоненты сети, такие как кабели и трансформаторы, наоборот, играют определяющую роль, причем независимо от того, какая технология, ВИ (воздушная изоляция) или КРУЭ, применяется в системе электроснабжения.

Анализ влияния распределительных сетей на потенциал глобального потепления (ПГП) в Германии показал, что наибольший удельный вес приходится на активные потери в электрических кабелях, линиях и трансформаторах. В настоящее время выбросы элегаза от среднего напряжения способствуют глобальному потеплению в Германии менее чем на 0,005%. Кроме того, из результатов оценки функционирования можно сделать следующие выводы:

Системный подход на уровне электрических сетей.

Системный подход на уровне сети является необходимым для получения значимых результатов. С одной стороны, это подтверждает, что суммарный вклад распределительных электросетей в потенциал глобального потепления в Германии очень низкий.
С другой стороны, активные потери четко определены в качестве решающего фактора этого вклада в глобальное потепление.

Следовательно, различия между технологиями, применяемыми в распределительных устройствах незначительны по сравнению со значительным влиянием активных потерь от кабелей, линий электропередачи и трансформаторов. Только по этой причине, соответствующие инструкции для распределительных устройств и их компонентов не внесут какой-либо значительный вклад в защиту климата.

Влияние распределительных устройств.

На рисунке показан обзор экологического воздействия, которое было рассмотрено в исследовании, на уровне распределительных устройств. За основу был взят образец немецкого ассортимента всех типов распределительных устройств в сетях диапазона среднего напряжения на основе статистики производства ZVEI. Также показаны явные преимущества комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) по сравнению с подстанциями с воздушной изоляцией в отношении потенциала глобального потепления.

Хотя подробные исследования проводились на уровне распределительных устройств для сравнения технологий воздушной и элегазовой изоляции, они показывают преимущества технологии SF6 в отношении потребления электроэнергии, потенциала окисления (кислотный дождь), потенциала эутрофикации (over-fertilisation) и потенциала глобального потепления.

Было показано, что определяющими факторами, влияющими на глобальное потепление на самом деле, есть электрические нагрузки в электросети и устройствах.
Нынешняя тенденция в сторону более высоких мощностей электрических сетей увеличивает преимущества применения элегазовой изоляции. Таким образом, для выполнения каких-либо значительных мероприятий по защите климатического потенциала может оказаться, что управление нагрузкой в сетях была бы более перспективным, чем дальнейшая оптимизация конструкции распределительных устройств.
В принципе, результаты этого исследования могут быть переданы в другие европейские страны.

Анализ зависимости показывает, что при выборе первичных энергоносителей используемых для выработки электроэнергии, большее значение имеет региональный фактор, но это мало влияет на результаты.

Заключение.

Результаты исследования, представленные здесь, демонстрируют преимущества элегазовой изоляции по сравнению с воздушной изоляцией на уровне распределительных устройств. Влияние самих распределительных устройств на глобальное потепление очень незначительное.
Проектирования и использования производственных мощностей в распределительной электросети имеют гораздо большее влияние, независимо от того, применяется технология с применением элегазовой или воздушной изоляцией. Таким образом, экологические аспекты не могут повлечь запрет или ограничение по использованию элегаза SF6 в качестве изолятора в сетях среднего напряжения.
Следовательно, соответствующие инструкции для распределительных устройств и их компонентов не внесут какой-либо значительный вклад в защиту климата.
Скорее операторам сети, для которых важны и другие критерии, такие как экономическая эффективность и личная безопасность, нужно дать свободу выбора между разными технологиями распределительных устройств.