„Влакът-стрела за енергия": Електрическата мрежа за свръхвисоко напрежение в Китай

В заспало селце в покрайнините на Шанхай, китайски мегаполис с население от 25 милиона души, огромна зелена сграда, заобиколена от лабиринт от електрически жици и стълбове, контрастира с пейзажа наоколо. Около този звяр, недалеч от бреговата линия на залива Ханджоу, огромния фуниевиден вход на Източнокитайско море, има множество зеленчукови парцели, криволичещи селски пътеки и спокоен канал.

Тази странно нестандартна сграда е преобразувателната станция Fengxian - център за приемане на електроенергия, която е изминала около 1900 км, преди да бъде насочена за захранване на домовете, офисите и фабриките в Шанхай. В другия край на преносната линия се намира водноелектрическата централа Xiangjiaba в югозападен Китай, която използва енергията на могъщата река Jinsha, горното течение на река Yangtze.

Преносната линия Сянцзяба-Шанхай, която влезе в експлоатация през 2010 г., е един от първите китайски проекти за свръхвисоко напрежение (СВН) - технология, предназначена за доставка на електроенергия на големи разстояния. Той постави началото на епоха, в която страната ще изгради огромна мрежа от инфраструктура за високо напрежение, наречена „влакове-стрели за електроенергия“, за да изпраща електроенергия, произведена от водни и въглищни централи в отдалечени региони, до гъсто населени градове. 

Сега Китай смята тези огромни енергийни кабели за ключови за бързото изграждане на вятърни и слънчеви енергийни бази, които са концентрирани в няколко отдалечени региона. Подобни стратегии са възприети и от държави като Обединеното кралство, Индия и Бразилия.

Въпреки че използването на UHV не е единственият начин за пренос на енергия от възобновяеми източници, приложението му в Китай - където се намира най-голямата национална енергийна система в света - може да даде ценни уроци в глобалното търсене на решения за ускоряване на енергийния преход.

„Влакът-стрела за енергия"

Накратко, линиите за пренос на електроенергия с високо напрежение работят на принципа, че колкото по-високо е напрежението, толкова по-ниски са електрическите токове за същото количество пренасяна енергия. По-ниските токове водят до по-малки загуби на топлина при движението на електроенергията по кабелите, което ѝ позволява да изминава големи разстояния с по-голяма ефективност.

The world's highest-altitude and largest-capacity independent grid-forming energy storage project was connected to the grid on Nov 10 in SW China's Xizang. The 100MW/400MWh station at 4,600m above sea level can send 4.672 bln kWh of clean power to grid in its 20-year life cycle. pic.twitter.com/sfgWn7pcmz

— People's Daily, China (@PDChina) November 14, 2024

Китайците ги наричат „Shinkansen for power“, използвайки японското наименование на влаковете-стрели, символ на скорост и ефективност.

За Гуо Лианг, инженер в Китайската академия на науките, най-бързият начин за доставка на електроенергия е да я доставиш по кабел до потребителите, вместо да транспортираш суровини до електроцентрали, които са по-близо до тях.

Електричеството се разпространява почти толкова бързо, колкото светлината, а съхраняването му е скъпо.

„Веднага след като бъде генерирано, то трябва да бъде изпратено. Ето защо се нуждаем от такава мрежа - Шинкансен за електроенергия, която да осигури преноса ѝ до тези, които я използват", каза Гуо по време на токшоу по Китайската централна телевизия.

В различните държави има различни прагове за това какво се счита за линия за високоволтово електроснабдяване. Китай определя като СВН линиите, които изпращат постоянен ток (DC) с напрежение 800 киловолта (kV) или повече и променлив ток (AC) с напрежение 1000 kV или повече. Системите за постоянен ток могат да пренасят повече енергия с по-малко загуби от тези за променлив ток и се използват за покриване на по-големи разстояния, но изграждането им е по-скъпо. За сравнение, линиите за променлив ток могат да се свързват към местните мрежи по пътя, така че са по-гъвкави. Но дължината им обикновено не надвишава 1500 км (930 мили), за да бъдат рентабилни. В Китай има комбинация от тях.

Въпреки че сега Китай разглежда технологията като ключова част от своя план за вятърна и слънчева енергия, той не е тръгнал да ги изгражда за възобновяеми енергийни източници. Държавната електрическа мрежа на Китай, един от двата мрежови оператора в страната, предложи технологията на правителството през 2004 г., за да свърже водните и въглищните електроцентрали на страната с икономическите центрове, които консумират електроенергия на стотици километри.

China produces more clean energy than any other country. Now it's rolling out an ultra-high-voltage grid to match – will its strategy of going big pay off? https://t.co/BaFcjdH0eD

— Jeff Hall - PCI Guru - #StandWithUkraine (@jbhall56) November 15, 2024

„Повечето от природните ресурси на Китай се намират в северната, северозападната и югозападната част, докато най-голямото търсене на електроенергия и най-голямото население са съсредоточени по южното и източното крайбрежие“, казва Денг Сименг, базиран в Шанхай анализатор на възобновяеми енергийни източници в норвежката консултантска компания Rystad Energy.

В началото на 2000-те години Китай изпитваше редовен недостиг на електроенергия. Въпреки че три четвърти от товарните превози в страната са посветени на транспортирането на суровини, особено на въглища, ресурсите не пристигат достатъчно бързо. По това време централното правителство също търси начини да развие обширните си западни региони, като използва техните ресурси.

Лиу Женя, тогавашният ръководител на китайската държавна мрежа, наричан от китайските медии „бащата на високоволтовите електропроводи“, вижда бъдещето, в което мегамрежата ще сложи край на прекъсванията на електроснабдяването в страната чрез пренос на електроенергия в цялата страна и ще превърне Китай в световен лидер в технологиите за пренос. Но идеята му срещна твърда съпротива. През следващите години неговите противници, сред които бяха официални лица и видни учени, многократно изтъкваха пред правителството своите опасения, като например надеждността на технологията и нейното въздействие върху околната среда.

„Предложението на Лю беше наистина смело и новаторско по онова време и получи подкрепа сред китайските политици“, казва Фиона Куимбре, анализатор от Кеймбридж, който се занимава с Китай в RAND, глобална изследователска организация. Държавната електрическа мрежа, голяма държавна компания, успя да се съгласува „наистина добре с други правителствени приоритети“, включително с план за насърчаване на местните вериги за доставки, казва тя.

През 2006 г. развитието на УХВ е включено в петгодишния план на Пекин, което е знак, че то се е превърнало в национална стратегия. През същата година Китай започва изграждането на първия си проект - 640-километрова (400-милна) променливотокова връзка, свързваща въглищното сърце Шанси на север с централната провинция Хубей чрез спирка по средата. Тя е пусната в експлоатация в началото на 2009 г.

Бързо последваха още амбициозни проекти. Линията Сянцзяба-Шанхай, завършена през 2010 г., е най-дългата и мощна преносна система в света по това време. С 3939 стълба, пренасящи кабели през ждрела, реки и полегати полета в осем региона на ниво провинция, връзката за постоянен ток изпраща водната енергия на река Дзинша директно в Шанхай с максимален капацитет от 6,4 гигавата, като задоволява до 40 % от нуждите на града от електроенергия.

Към април 2024 г. Китай е пуснал в експлоатация 38 линии за високоволтови електропроводи, които доставят не само водна и въглищна, но и вятърна и слънчева енергия, според данни на China Power Equipment Management Net, уебсайт на индустрията. От тях 18 са били линии за променлив ток, а останалите - за постоянен.

Доставка на възобновяема енергия

Технологията UHV не е изобретена от Китай, но Пекин е превърнал тези проекти в „обичайно дело“, казва Исмаел Арсиниегас Руеда, икономист от RAND, базиран във Вашингтон, специализиран в областта на енергийната и преносната инфраструктура.  

„Китай премина на следващо ниво и разшири възможностите си по начин, по който го прави с много технологии, свързани с енергийния преход", казва Арсиниегас.

Той описва Китай като „единствения играч в града“, що се отнася до броя на километрите, построени по тази технология. Други страни, като Индия и Бразилия, също имат някои от най-дългите линии за високоволтови електропроводи в света, но те не ги използват в същия мащаб и не работят със същото ниво на напрежение.

“China has already developed 34 ultra-high voltage (UHV) lines on its territory.

The United States has none.”

We need permitting reform so we can keep up in the global energy race. pic.twitter.com/RmV7dcSNAp

— Alec Stapp (@AlecStapp) July 8, 2024

Според China Energy News, общата дължина на действащите в Китай преносни линии за високоволтови електропроводи е достигнала 48 000 км до края на 2020 г., което е повече от достатъчно, за да се обхване Земята по екватора.

Тъй като Китай ускори разгръщането на възобновяемата енергия, мисията на линиите UHV се промени. През 2022 г. Националната енергийна администрация на страната заяви, че базираните в пустинята вятърни и соларни бази трябва да планират преносни линии, за да извеждат електричеството си до градовете от другата страна на страната. През 2023 г. започва строителството на първата такава специална линия, която свързва автономния район Нинся Хуей в северозападната част на страната с южната провинция Хунан.

Технологията играе ролята на ключов компонент в предложението на Китай за изграждане на глобална енергийна мрежа, известна като Глобална енергийна взаимовръзка. Идеята - обявена от китайския президент Си Дзинпин на среща на върха на ООН през 2015 г. - е да се свържат националните мрежи през следващите три десетилетия. Целта е да се даде възможност за „широкомащабно разработване, пренос и използване на чиста енергия по целия свят“, според Лю Женя, който понастоящем председателства Организацията за развитие и сътрудничество в областта на глобалната енергийна взаимовръзка - неправителствена организация, създадена за популяризиране на концепцията.

За някои изследователи UHV носи очевидни ползи.

„От всички съществуващи технологии, UHV е единствената, която може да изпраща вятърна и слънчева енергия от отдалечени райони до центрове за натоварване (места с високо потребление на електроенергия)“, казва Фанг Луруи, доцент по планиране на енергийните системи в Xi'an Jiaotong-Liverpool University в Суджоу, Китай.

Лаури Миливирта, съосновател на базирания във Финландия Център за изследване на енергията и чистия въздух (CREA), е съгласен, че разстоянията между местата за производство на енергия и градовете са предизвикателство в толкова голяма страна. Но технологията носи и енергийни ползи.

„Китай е толкова голям - когато слънцето залязва в Източен Китай, то все още грее в Западен Китай. И когато зона на ниско налягане генерира силни ветрове в една част на Китай, друга част на Китай ще бъде част от съвсем различна метеорологична система по същото време“, казва Миливирта. 

"Ето защо преносните линии UHV могат да изравнят колебанията в производството на електроенергия от слънце и вятър, като пренасят електроенергия от място с благоприятни метеорологични условия до друго, където няма такива", заключи той.

Глобалната картина

Китай не е единствената страна, която прибягва до технологията UHV. В Бразилия, най-голямата страна в Южна Америка, са в експлоатация две линии за постоянен ток 800 kV, и двете построени от китайската компания State Grid. Те изпращат водноелектрическа енергия от басейна на Амазонка в северната част на страната към гъстонаселените югоизточни региони, включително Сао Пауло и Рио де Жанейро. Държавната електрическа мрежа изгражда още една високоволтова линия в Бразилия.

В Индия от 2015 г. правителството е инициирало схемата „Зелен енергиен коридор“, която включва специални преносни линии за възобновяема енергия в щатите, богати на тези ресурси, като Андхра Прадеш на юг и Гуджарат на запад, според Утамарани Пати, базиран в Бангалор анализатор по възобновяема енергия в Rystad Energy. В Индия линиите за високоволтови електропроводи работят с напрежение от 765 kV.

Проекти за междуконтинентални високоволтови линии - които работят с напрежение, по-ниско от това на UHV - също са в процес на изготвяне в различни части на света. В Европа се разработват няколко подводни кабела за пренос на слънчева и вятърна енергия от Северна Африка. Сред тях са Xlinks, 4000-километрова връзка, която ще свърже Мороко с Обединеното кралство, и проектът „GREGY “, който свързва Египет с Гърция и е с дължина около 950 км. В Азиатско-тихоокеанския регион е предложен мегапроект, наречен „Слънчев кабел“, за износ на слънчева енергия от Северна Австралия до Сингапур, който е на разстояние 4300 км, през Индонезия.

Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase