Енергозберігаюча та ресурсозберігаюча технологія передачі електричної енергії на великі
Однопровідна передача електроенергії
Пропонована технологія, що базується на ідеях Н.Тесли, доопрацьована з урахуванням сучасного розвитку науки і техніки та заснована на використанні двох резонансних контурів з частотою 0,5-50 кГц та однопровідної лінії між контурами з напругою лінії 1-100 кВ при роботі в режимі резонансу напруги.
Провід лінії є напрямним каналом, вздовж якого рухається електромагнітна енергія.
Електрика, альтернативна енергія, електрообладнання
При такому способі передачі електричної енергії омічні втрати в проводах вкрай незначні, що в кінцевому підсумку дозволяє забезпечити зниження собівартості кіловат/години.
Опис запропонованої технології (методу) підвищення енергоефективності, його новизна та поінформованість про нього
Однією з найбільш актуальних проблем сучасної енергетики є забезпечення енергозбереження та зниження економічних витрат під час вирішення завдання передачі електричної енергії на великі відстані.
Насправді передачі електричної енергії великі відстані, зазвичай, використовують трифазні системи, реалізації яких потрібно застосування щонайменше 4 проводів, якій властиво такі істотні недоліки:
- великі втрати електричної енергії у проводах, так звані джоулеві втрати;
- необхідність використання проміжних трансформаторних підстанцій, що компенсують втрати енергії у проводах;
- виникнення аварій внаслідок короткого замикання проводів, у тому числі через небезпечні погодні явища (сильний вітер, льоду на проводах та ін.);
- велика витрата кольорових металів;
- Великі економічні витрати на прокладання трифазних електричних мереж (кілька мільйонів рублів на 1 км).
Зазначені вище недоліки можуть бути усунуті за рахунок застосування резонансної однопровідної системи передачі електричної енергії, що ґрунтується на ідеях Н.Тесли, доопрацьованої з урахуванням сучасного розвитку науки і техніки.
В даний час технологія резонансної однопровідної системи передачі електричної енергії набула свого розвитку.
Пропонована технологія заснована на використанні двох резонансних контурів із частотою 0,5-50 кГц та однопровідної лінії між контурами (рис.1) з напругою лінії 1-100 кВ при роботі в режимі резонансу напруги.
Провід лінії є напрямним каналом, вздовж якого рухається електромагнітна енергія. Енергія електромагнітного поля розподілена навколо провідника лінії.
Мал. 1. Електрична схема однопровідної системи передачі електроенергії1 - генератор підвищеної частоти; 2 - резонансний контур трансформатора, що підвищує; 3 – однопровідна лінія; 4 - резонансний контур понижуючого трансформатора; 5 - випрямляч; 6 - перетворювач
Як показують розрахунки та проведені експерименти при такому способі передачі електричної енергії, втрати в проводах практично відсутні (в сотні разів менше, ніж при традиційному способі передачі електричної енергії) і дана технологія безпечна для навколишнього природного середовища та людини.
Рис.2 наочно ілюструє переваги однопровідної резонансної системи порівняно з традиційною трифазною системою передачі електроенергії. На рис.2 представлені дві світлодіодні лінії освітлення. Зліва 7 метрова двопровідна. Праворуч 30 метрова однопровідна. Як видно зрис.2 при застосуванні 7 метрової двопровідної лінії є суттєві втрати у проводах - останній світлодіод світить значно тьмяніше, ніж перший.
В однопровідній резонансній 30 метрової лінії передачі електричної енергії такого ефекту не спостерігається - перший і останній світлодіоди світять практично з однаковою яскравістю.
Мал. 2. Переваги однопровідної резонансної системи порівняно з традиційною трифазною системою передачі електроенергії
Іншою важливою перевагою однопровідної резонансної системи передачі електричної енергії є суттєва економія кольорових металів.
На рис. 3 представлені два зразки ліній електропередач потужністю 50 кВт. Лівий зразок призначений для застосування у традиційній трифазній системі передачі електричної енергії. Правий зразок для застосування в однопровідній системі резонансної передачі електричної енергії. Витрата кольорового металу (міді) у правому зразку у 20 разів менша, ніж у лівому зразку.
Мал. 3. Зразки проводів ліній електропередач (зліва для застосування у трифазній системі передачі електроенергії, праворуч - в однопровідній резонансній)
При прокладанні кабельних ліній електропередач переваги однопровідної резонансної системи полягають, перш за все, в тому, що перетин кабелю в 3-5 разів менше 16 перерізів традиційної трифазної системи передачі електроенергії, а це в свою чергу дозволяє:
- значно зменшити радіуси повороту ліній, що є дуже важливим під час прокладання кабелів у міських умовах;
- значно (до 10 разів) зменшити витрати на прокладку кабелів.
Крім того, у разі реалізації однопровідної резонансної системиелектропередачі відсутнєміжфазне коротке замиканняі забезпечується високий рівень електробезпеки.
Необхідно відзначити, що наразі створено потужну кооперацію українських науково-дослідних та виробничих організацій (ВІЕСГ, НВО «СОДІС», Науковий центр аерокосмічного моніторингу «Аерокосмос», Інститут аерокосмічних технологій та моніторингу РГУ нафти та газу ім.І.М.Губкіна, мале інноваційне підприємство губкінського університету «Енергозбереження», Московський комітет з науки та технологій), яка успішно розпочала велику практичну роботу з впровадження технології резонансної однопровідної системи передачі електричної енергії в різні сфери економіки нашої країни.
Наразі вдалося реалізувати кілька проектів з використанням однопровідної резонансної системи передачі електричної енергії.
До реалізованих проектів відносяться, наприклад, такі проекти:
1. 200-метрова однопровідна лінія вуличного освітлення на молодіжному форумі «Селігер 2007» (рис. 4).
Мал. 4. Резонансна однопровідна лінія вуличного освітлення на молодіжному форумі «Селігер 2007»
2. Система електроживлення вузлів автоматики на ракеті-носіях.
Проведені випробування в Науково-виробничому центрі автоматики та приладобудування імені академіка Н. А. Пілюгіна Роскосмосу переконливо показали, що однопровідна резонансна система електроживлення вузлів автоматики ракети-носія зменшує перетин кабельної лінії у кілька разів, дозволяючи тим самим скоротити масу силових проводів, розташованих на борту. ракети-носія на 130 кг.
Ця обставина є важливим для ракетно-космічної галузі, т.к. дозволяє збільшитикорисне навантаження, тобто. збільшити масу корисного вантажу, що виводиться на космічну орбіту.
В даний час у стадії реалізації знаходяться ряд проектів, що використовують резонансну однопровідну систему передачі електричної енергії: система світлодіодного вуличного освітлення (держ. замовник – Департамент науки та промислової політики міста Москви) та система електроживлення станцій катодного захисту трубопроводів (замовник – ВАТ «Газпром») та ін.
Розглянута технологія представляє великий економічний інтерес для нашої країни, враховуючи широку територію України та необхідність передачі електроенергії на великі відстані.
За проведеними розрахунками широкомасштабне впровадження запропонованої технології в Україні дозволить заощадити сотні мільярдів рублів, що є особливо важливим у сучасних умовах.
Найбільш ефективно однопровідна резонансна система передачі електричної енергії, крім зазначених вище областей застосування, може бути використана для електропостачання віддалених від основних магістральних ЛЕП об'єктів: фермерських господарств, будівельних майданчиків, телекомунікаційного обладнання та ін.
У поєднанні з технологіями, що використовують відновлювані джерела енергії (сонячна енергетика, вітроенергетика, мікроГЕС), однопровідна резонансна система передачі електроенергії може бути дуже корисною та економічно вигідною для регіонів України, які мають необхідний потенціал у галузі відновлюваної енергетики.
Резонансна однопровідна система передачі електричної енергії є новою енергозберігаючою та ресурсозберігаючою технологією, що дозволяє значно знизити економічні витрати при вирішенні задачі передачі електричної енергії на великі відстані порівняно з традиційною (трифазною) системоюелектропередач.
Результат підвищення енергоефективності при масовому впровадженні
Зниження собівартості кіловат/години за рахунок зниження рівня непоправних втрат енергії у проводах
Існуючі заходи заохочення, примусу, стимулювання запровадження запропонованої технології (методу) і їх вдосконалення
На початковому етапі, як і будь-якої нової технології, потрібна певна організаційна підтримка.
Надається доцільним забезпечити насамперед інформаційну підтримку у ЗМІ (газети, телебачення, Інтернет) з наочною демонстрацією економічних переваг пропонованої технології порівняно з традиційною трифазною системою електропостачання, особливо для віддалених від основних ЛЕП об'єктів (фермерських господарств, будівельних майданчиків. телекомунікаційного обладнання, сіл та ін.)
Наявність технічних та інших обмежень застосування технології (методу) на різних об'єктах
Пропонована технологія є новою та працює на стику двох наук: електротехніка та радіотехніка і через це існують певні бар'єри між науковими школами в галузі електротехніки та радіотехніки, а також адміністративні бар'єри між двома галузями економіки, що впроваджують результати НДДКР у галузі електротехніки та радіотехніки.
Для зняття цих бар'єрів необхідно створення під єдиним організаційним початком кооперації вчених та фахівців, які працюють у галузі електротехніки та радіотехніки. Така робота вже розпочалася.
Наразі відпрацьовано технологію передачі електроенергії потужністю до 100 кВт. Передача електроенергії більшої потужності потребує застосування електронних приладів (транзисторів, тиристорів, діодів та ін.) підвищеної потужності та надійності. Необхідне проведеннядодаткових досліджень для вирішення задачі енергозабезпечення об'єктів, що споживають електроенергію потужністю понад 100 кВт.
Необхідне проведення НДДКР з розробки резонансної однопровідної системи передачі електричної енергії потужністю понад 100 кВт з розробкою комплекту конструкторської та технічної документації та дослідного зразка системи для подальшого його тиражування.