Доклад на Координационном Совете по сверхпроводящим технологиям 23 мая 2007 г. КОНЦЕПЦИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ВТСП КАБЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ г. МОСКВЫ ОАО «НТЦ электроэнергетики», ОАО «ВНИИКП», ОАО «Мосэнерго», ОАО «Мосэнергопроект», ОАО «Московская городская электросетевая компания», ОАО «Институт «Энергосетьпроект», РНЦ «Курчатовский институт»

2 Принципиальная схема электроснабжения г. Москвы Бескудниково Чагино ЦП РП ТП Центры питания (146) Кабельная сеть 6-10, 20 кВ Распред. пункты (1800) Трансф. пункты (13750) Кабельная сеть 6-10 кВ Кабельная сеть 0,4 кВ Белый Раст 500 кВ Очаково Ногинск Пахра 220 кВ 110 кВ

3 Основные характеристики системы электроснабжения г. Москвы Подстанции высокого напряжения (110, 220 кВ) – Центры питания 10 кВ длины линий 0,7-10 км; передаваемая мощность до 100 МВА. Подстанции высокого напряжения (110, 220 кВ) – Центры питания 20 кВ длины линий – 0,7-12 км; передаваемая мощность до 200 МВА. Центры питания – Распределительные пункты длины линий – 0,4-3,5 км; передаваемая мощность 5-20 МВА.

4 Проектные параметры ВТСП кабелей Напряжение 10 кВ, мощность трехфазного кабеля 10 – 100 МВА Проектная стоимость 1 км трехфазного кабеля 52.5 – 216 млн. руб. для пилотного проекта; 40 – 144 млн. руб. при опытно-промышленном производстве; 20 – 72 млн. руб. при прогнозируемых ценах на СП материалы на уровне гг Напряжение 20 кВ, мощность трехфазного кабеля 20 – 200 МВА Проектная стоимость 1 км трехфазного кабеля 54 – 221 млн. руб. для пилотного проекта; 41.5 – 147 млн. руб. при опытно-промышленном производстве; 21 – 73.5 млн. руб. при прогнозируемых ценах на СП материалы на уровне гг В перспективе (после гг) возможно создание ВТСП кабелей: переменного тока напряжением 110 кВ, мощностью до МВА, постоянного тока напряжением до ±110 кВ, мощностью до МВА.

5 Эффективность применения ВТСП кабелей Передача электроэнергии на низком напряжении Практическое отсутствие потерь в электропередаче Малая отчуждаемая территория Экологическая чистота, взрыво и пожаробезопасность Отказ от коллекторов при прокладке ВТСП кабелей в траншеях.

ВТСП кабель XLPE кабель 10 (20) кВ 110 (220) кВ 10 (20) кВ XLPE кабель 10 кВ20 кВ ВТСП кабель Традиционные схемы электропередачи Схемы электропередачи с ВТСП кабелями (220) кВ 10 (20) кВ 20 кВ Сравниваемые варианты электропередачи Оценка экономической эффективности ВТСП кабелей

Основные допущения Стоимость ВТСП и XPLE кабелей предоставлена ОАО «ВНИИКП» без учета затрат на земельные работы по прокладке кабеля В расчетах не учитывалась стоимость коммутационной аппаратуры Расчет затрат, связанных с потерями энергии, проведен исходя из срока эксплуатации кабеля 10 лет Стоимость электроэнергии принята равной 600 руб/МВтчас 7

Передача электроэнергии ВТСП кабелем на генераторном напряжении 10 кВ (мощность 60 МВА) Стоимость, млн. руб. Длина, км ВТСП кабель XLPE кабель 10 кВ 110÷220 кВ На сегодняшний день эффективно использование ВТСП кабеля для пере- дачи электроэнергии на расстояние до 0.6 км. В перспективе после 2010 г – на расстояние 1.2÷1.4 км 8 Стоимость электропередачи с пилотным образцом ВТСП кабеля Стоимость электропередачи с промышленным образцом ВТСП кабеля на сегодняшний день Прогнозируемая после 2010 г стоимость электропередачи с ВТСП кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем с учётом потерь

Передача электроэнергии ВТСП кабелем на генераторном напряжении 10 кВ (мощность 100 МВА) Стоимость, млн. руб. Длина, км ВТСП кабель XLPE кабель 10 кВ 110÷220 кВ Стоимость электропередачи с пилотным образцом ВТСП кабеля Стоимость электропередачи с промышленным образцом ВТСП кабеля на сегодняшний день Прогнозируемая после 2010 г стоимость электропередачи с ВТСП кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем с учётом потерь На сегодняшний день эффективно использование ВТСП кабеля для пере- дачи электроэнергии на расстояние до 1 км. В перспективе после 2010 г – на расстояние 2÷2.5 км 9

Передача электроэнергии ВТСП кабелем на напряжении 20 кВ (мощность 120 МВА) Стоимость, млн. руб. Длина, км ВТСП кабель XLPE кабель На сегодняшний день эффективно использование ВТСП кабеля для пере- дачи электроэнергии на расстояние 0.75÷1 км. В перспективе после 2010 г – на расстояние 1.75÷2 км 20 кВ 110÷220 кВ 10 Стоимость электропередачи с пилотным образцом ВТСП кабеля Стоимость электропередачи с промышленным образцом ВТСП кабеля на сегодняшний день Прогнозируемая после 2010 г стоимость электропередачи с ВТСП кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем с учётом потерь

Передача электроэнергии ВТСП кабелем на напряжении 20 кВ (мощность 200 МВА) Стоимость, млн. руб. Длина, км ВТСП кабель XLPE кабель На сегодняшний день эффективно использование ВТСП кабеля для пере- дачи электроэнергии на расстояние до 1 км. В перспективе после 2010 г – на расстояние 2÷2.5 км 20 кВ 110÷220 кВ 11 Стоимость электропередачи с пилотным образцом ВТСП кабеля Стоимость электропередачи с промышленным образцом ВТСП кабеля на сегодняшний день Прогнозируемая после 2010 г стоимость электропередачи с ВТСП кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем с учётом потерь

Передача электроэнергии ВТСП кабелем на напряжении 20 кВ (мощность 120 МВА) Стоимость, млн. руб. Длина, км На сегодняшний день эффективно использование ВТСП кабеля для пере- дачи электроэнергии на расстояние до 1÷1.25 км. В перспективе после 2010 г – на расстояние 2.25÷2.5 км ВТСП кабель XLPE кабель 20 кВ 110÷220 кВ 12 Стоимость электропередачи с пилотным образцом ВТСП кабеля Стоимость электропередачи с промышленным образцом ВТСП кабеля на сегодняшний день Прогнозируемая после 2010 г стоимость электропередачи с ВТСП кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем с учётом потерь

Передача электроэнергии ВТСП кабелем на напряжении 20 кВ (мощность 200 МВА) Стоимость, млн. руб. Длина, км На сегодняшний день эффективно использование ВТСП кабеля для пере- дачи электроэнергии на расстояние до 2 км. В перспективе после 2010 г – на расстояние 4÷4.5 км ВТСП кабель XLPE кабель 20 кВ 110÷220 кВ 13 Стоимость электропередачи с пилотным образцом ВТСП кабеля Стоимость электропередачи с промышленным образцом ВТСП кабеля на сегодняшний день Прогнозируемая после 2010 г стоимость электропередачи с ВТСП кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем Стоимость электропередачи ВН с XLPE кабелем с учётом потерь

14 Интегральные показатели экономической эффективности применения ВТСП кабелей Применение электропередачи с ВТСП кабелем на напряжении 10 кВ и передаваемой мощностью 60 – 100 МВА эффективно при расстояниях: 0,4 – 0,7 км для пилотного проекта ВТСП кабеля; 0,6 – 1,0 км для промышленного образца ВТСП кабеля; 1,3 – 2,3 км при прогнозируемой стоимости ВТСП кабеля. При мощностях менее МВА применение ВТСП кабелей напряжением 10 кВ нецелесообразно.

15 Интегральные показатели экономической эффективности применения ВТСП кабелей Применение электропередачи с ВТСП кабелем на напряжении 20 кВ и передаваемой мощностью 120 – 200 МВА с применением трансформации генераторного напряжения 10/20 кВ эффективно при расстояниях: 0,55 – 0,65 км для пилотного проекта ВТСП кабеля; 0,85 – 1,0 км для промышленного образца ВТСП кабеля; 1,8 – 2,0 км при прогнозируемой стоимости ВТСП кабеля. Применение электропередачи с ВТСП кабелем на напряжении 20 кВ и передаваемой мощностью 120 – 200 МВА с шин генераторов или третичных обмоток автотрансформаторов напряжением 20 кВ эффективно при расстояниях: 0,75 – 1,3 км для пилотного проекта ВТСП кабеля; 1,1 – 2,0 км для промышленного образца ВТСП кабеля; 2,4 – 4,2 км при прогнозируемой стоимости ВТСП кабеля. При мощностях менее МВА применение ВТСП кабелей напряжением 20 кВ нецелесообразно

Сравнение стоимости электропередачи напряжением 10÷20 кВ ВТСП и XLPE кабелями ВТСП кабель XLPE кабель 10÷20 кВ Стоимость, млн. руб/км ВТСПXLPEКоллектор Для передачи мощности свыше 60 и 120 МВт XLPE кабелем на напряжении 10 – 20 кВ соот- ветственно требуется сооруже- ние кабельного коллектора. При этом электропередача ВТСП кабелем всегда более эффективна при мощностях свыше МВА для напряжений 10 и 20 кВ соответственно. 20 кВ, 200 МВт 16

17 Область эффективного применения ВТСП кабельных линий напряжением 10 и 20 кВ в схемах электроснабжения г. Москвы ВЫВОДЫ Целесообразной областью применения ВТСП кабельных линий являются схемы электроснабжения Центров питания от шин генераторного напряжения и от третичных обмоток автотрансформаторов подстанций 220 и 500 кВ. При этом, помимо отмеченных выше достоинств: – разгружаются распределительные сети 110 кВ, в черте города, не сооружаются новые; – высвобождается земля под воздушные линии электропередачи. ЦП 220 кВ 500 кВ 10 (20) кВ

18 Перспективные схемы электроснабжения г. Москвы с ВТСП кабелями кВ. Возможно создание колец или сегментов ВТСП кабельных линий 20 кВ Возможно создание колец или сегментов ВТСП кабельных линий 10 кВ к ЦП 20 кВ 10 кВ 20 кВ 500 кВ 220 кВ 110 кВ

Выдача мощности ТЭЦ-20 на генераторном напряжении по ВТСП кабелю Напряжение 20 кВ Передаваемая по ВТСП кабелю мощность до 200 МВА Длина от 0,5 до 2 км 19 Замена электропередачи высокого напряжения (220 кВ) на электропередачу среднего напряжения (20 кВ) с ВТСП кабелем Срок реализации 2010 – 2012 гг. ВТСП кабель

Выдача мощности ТЭЦ-16 на генераторном напряжении по ВТСП кабелю Напряжение 20 кВ Передаваемая по ВТСП кабелю мощность до 200 МВА Длина до 2 км 20 Замена электропередачи высокого напряжения (220 кВ) на электропередачу среднего напряжения (20 кВ) с ВТСП кабелем Срок реализации 2010 – 2012 гг. ВТСП кабель Москва-Сити

Выдача мощности ТЭЦ-12 на генераторном напряжении по ВТСП кабелю Напряжение 20 кВ Передаваемая по ВТСП кабелю мощность до 200 МВА Длина до 2 км 21 Замена электропередачи высокого напряжения (220 кВ) на электропередачу среднего напряжения (20 кВ) с ВТСП кабелем Срок реализации 2010 – 2012 гг. ВТСП кабель

Выдача мощности ТЭЦ-7 на генераторном напряжении по ВТСП кабелю Напряжение 10 кВ Передаваемая по ВТСП кабелю мощность до 100 МВА Длина от 3 до 4 км 22 Замена нескольких XLPE кабельных линий напряжением 10 кВ на ВТСП кабельную линию Срок реализации 2010 – 2011 гг. ВТСП кабель Москва-Сити

Электроснабжение потребителей района Большое Домодедово 23 Длина ВТСП кабеля – 10 км Передаваемая мощность – 200 МВА Напряжение – 20 кВ ВТСП кабельная линия Исключение подстанций 220/20 кВ Гальчино и Купчинино Срок реализации 2010 – 2012 гг.

Электропередача ПС Бескудниково – ПС Лианозово Длина 2 км Передаваемая мощность 100 МВА Напряжение 20 кВ 24 ВТСП кабель Замена ВЛ 110 кВ на ВТСП кабельную линию 20 кВ Срок реализации 2010 – 2012 гг.

25 Перспективы применения ВТСП кабелей переменного и постоянного тока Концептуальной схемой развития электроэнергетики Московского региона на период до 2030 г. предусмотрено: сооружение кабельной линии 220 кВ вдоль 4-го транспортного кольца. Создание линий постоянного тока (технология HVDC-Light) для транспорта электроэнергии от ВЛ 220 и 500 кВ к городским сетям. Альтернатива: ВТСП кабельная линия переменного тока 20 кВ вдоль 4-го транспортного кольца. ВТСП кабельная линия постоянного тока ±20 кВ или ±110 кВ. Основная эффективность: Передача больших мощностей практически без потерь на сравнительно низком напряжении. Малая отчуждаемая территория.

26 Мировой опыт

27 Применение в мегаполисах ВТСП кабелей кВ – мировая тенденция. Эффективность: малая отчуждаемая территория, безопасность, минимальные потери. ВТСП ВТСП кольцо 23 кВ 154 кВ Проектируемая схема электроснабжения г. Сеул (Юж. Корея) гг. Мировой опыт

28 Мировой опыт

29 Мировой опыт

Пилотный проект применения ВТСП кабельной линии в схемах электроснабжения г. Москвы Московской городской электросетевой компанией предложено в качестве пилотного проекта ВТСП кабельной линии питание одного из высотных зданий г. Москвы от Центрального распределительного пункта (ЦРП) напряжением 20 кВ, мощностью МВт и протяженностью м. Конкретный выбор объекта будет осуществлен во 2 кв г., проектные работы предполагается начать в 3 кв г., изготовление пилотной ВТСП кабельной линии будет выполнено в 2009 г., ввод в эксплуатацию 2010 г. 30

31 Выводы Областью эффективного применения ВТСП кабельных линий напряжением 10 и 20 кВ в схемах электроснабжения мегаполисов, и крупных городов являются схемы выдачи мощности к Центрам питания от генераторов ТЭЦ и третичных обмоток автотрансформаторов подстанций 220 и 500 кВ. Определен ряд таких объектов для г. Москвы. В перспективе (после 2012 г) возможно создание протяженных кабельных линий переменного и постоянного тока напряжением кВ для транспорта больших мощностей (500 МВт и выше) городским потребителям. Создание ВТСП кабельных линий является принципиально новой технологией («высокоамперной») передачи электроэнергии, что требует адаптации существующей инфраструктуры, а в некоторых случаях создание нового сопрягающего оборудования. С этой целью, а также для накопления практического опыта эксплуатации целесообразно создание пилотного проекта ВТСП кабельной линии на одном из объектов г. Москвы.

Выводы В качестве пилотного проекта ВТСП кабельной линии выбрана схема электроснабжения одного из высотных зданий г. Москвы от Центрального распределительного пункта. Учитывая высокую степень проработки и наличие конкретных объектов применения ВТСП кабельных линий в схемах электроснабжения г. Москвы, считать целесообразным выделение в специальный проект всех работ по созданию и внедрению ВТСП кабельных линий с назначением руководителя данного проекта. 32

33 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ