Датчики метеостанции, установленные на опоре линии электропередачи
Во всем мире перед компаниями, передающими электроэнергию, стоит одна и та же проблема: им необходимо больше мощностей для передачи и распределения энергии, и необходимо им это прямо сейчас. Спрос на электроэнергию продолжает расти с беспрецедентной скоростью, а для его обеспечения требуется прокладывать больше линий электропередачи. Кроме того, на сцену выходят производители электроэнергии на основе возобновляемых источников, которым также требуется больше мощностей для доставки на рынок производимого ими электричества. Компании, осуществляющие передачу электроэнергии, обязаны обеспечить таким производителям подключения к сети, а это также требует прокладки дополнительных проводов воздушных линий.
К сожалению, добавить к уже существующей сети новые линии передачи или распределения электроэнергии, не так-то просто. Этот процесс может потребовать для своего завершения нескольких лет, не говоря уже о значительных затратах. Но при этом нельзя сказать, что эти компании не увеличивают состава своих линий. Они это делают, что указывает на степень важности для них увеличения мощности передачи электроэнергии до максимума.
По существующим оценкам, только в Соединенных Штатах имеется более 200 000 миль (321,869 км) высоковольтных (от 220 кВ и выше) линий передачи электроэнергии, и примерно 8.85 миллионов км распределительных линий электроэнергии. В глобальном масштабе также наблюдается рост электрических сетей. По имеющимся оценкам, в Китае к 2015 году будет использоваться более 901,233 км высоковольтных линий электропередачи. В июне 2013 года Всемирная Ядерная Ассоциации сообщила, что Европейский Союз будет вынужден затратить 126 миллиардов долларов на прокладку новых, и на обновление существующих линий передачи электроэнергии. Это необходимо для того, чтобы обеспечить пропускную мощность, требуемую грядущему производству электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии.
Однако чтобы справиться с этой проблемой, помимо расширения сетей существует еще один метод. Он заключается в применении датчиков и технологии мониторинга внутри сетей. Развитие сенсорных технологий сегодня позволяет размещать датчики непосредственно на линиях передачи и распределения электроэнергии. Хотя такие устройства были доступны уже несколько лет, только недавно развитие технологии позволило снизить их цены до уровня, позволяющего применять их в количестве, достаточном для мониторинга всей линии.
Это количество должно быть довольно большим, чтобы предоставить специалистам возможность точно определить, что именно происходит по всей длине линии (получить достаточный объем данных, чтобы создать динамические модели линий электропередачи в реальном времени, позволяющие увеличивать пределы нагрузки этих линий).
Статика против динамики
Ученые давно признали существование неиспользуемых возможностей с большим потенциалом, ожидающих, когда электрическая промышленность перейдет от устаревшего статического определения пропускной способности линий (SLR) к динамическому определению (DLR).Без отслеживания состояния реального мира в реальном времени специалисты электрических компаний не могут использовать всех возможностей проводника. Не вдаваясь в длительное и подробное обсуждение инженерных вопросов конструкции линии передачи энергии, можно сказать, что тепловая мощность проводника является всего лишь одним аспектом ограничения энергетических потоков. Необходимо учитывать стабильность системы, обращать внимание на непомерные падения напряжения, и скачки импеданса нагрузки линии. Но именно тепловая мощность линии представляет собой низко висящий плод, который так и просится в руки.
В качестве примера можно взять проводник Дрейка, широко используемый в линиях передачи электроэнергии по всему миру. Некоторая компания Северной Америки, например, предполагает, что тепловая мощность этого проводника составляет 100°C, и что ветер будет непрерывно дуть перпендикулярно к линии, со скоростью 0.6 м/сек. Это дает им пропускную способность линии, равную 990 А.
Предположение о скорости ветра в 0.6 м в секунду часто встречается в большинстве климатических справочников отрасли. Если теперь увеличить предполагаемую скорость ветра до 0.9 м/сек, то тогда, согласно расчетам компании, пропускная способность линии возрастет на 9%, до 1 080 А.
А если предположить, что скорость ветра будет равна 1.2 м/сек, то вычисляемая пропускная способность подскочит до 1 160 А, увеличившись на 17%. Но насколько обоснован переход компании к предположению о более высокой скорости ветра, для увеличения пропускной способности своей линии?
