Создание энергетического объединения в Северной Америке для содействия развитию чистой энергетики

Page 1

Page 2

130

мировой опыт

Создание энергетического
объединения в Северной
Америке для содействия
развитию чистой
энергетики

Лицензированный

перевод

статьи

опубликованной

журнале

Global Energy Interconnection

Information —

официальном

издании

Организации

по

развитию

сотрудничеству

облас

ти

глобального

объединения

энергосистем

(Global Energy Interconnection Development and

Cooperetion Organization, GEIDCO),

№

апрель

2020

Северная

Америка

характеризуется

высоким

уровнем

развития

общества

тесными

региональными

связями

высоким

уров

нем

свободной

торговли

экономической

интеграции

Стра

ны

Северной

Америки

занимают

ведущее

положение

мире

по

уровню

образования

науки

также

обладают

большими

запасами

энергетических

ресурсов

другими

преимущества

ми

Представленные

статье

результаты

исследования

про

веденного

GEIDCO,

опираются

на

данные

по

развитию

эконо

мической

социальной

сфер

странах

Северной

Америки

актуальные

проекты

по

развитию

энергетики

на

континенте

Предложенный

проект

по

созданию

североамериканского

энергетического

объединения

позволит

реализовать

иннова

ционные

решения

для

устойчивого

социально

экономического

развития

стран

Северной

Америки

НАПРАВЛЕНИЯ

ПЕРЕТОКОВ

МОЩНОСТИ

Принимая во внимание обеспечен-

ность различных регионов Север-

ной Америки ресурсами и распре-

деление спроса на электроэнергию,

позиционирование каждого из реги-

онов с точки зрения энергетическо-

го баланса (перетоков мощности)

выглядит следующим образом: вос-

точная и западная Америка и рай-

он Великих озер являются основ-

ными центрами нагрузки; богатые

ветряными и солнечными энерге-

тическими ресурсами Северная

Канада и Центральная Америка —

основными базами производства

и поставок экологически чистой

энергии. Мексика, используя свои

преимущества ресурсов солнечной

энергии, способна удовлетворить

внутренние потребности в элек-

трической энергии, а также, при

необходимости, реализовать схе-

му взаимных поставок с богатыми

вод ными ресурсами странами в За-

падной Америке. Таким образом,

Мексика также является крупным

энергетическим хабом в Северной

Америке, который может создать

устойчивые связи с Центральной

и Южной Америкой.

Реализация ключевых этапов со-

здания североамериканского энер-

гетического объединения запланиро-

вана на 2035 и 2050 годы, при этом

должен быть создан запас мощности

в системе в объеме не менее 15% от

максимальной. Для определения за-

паса мощности учитывались следую-

щие особенности:

– мощность гидроэлектростанций

(ГЭС) в Канаде определена на

уровне 70–80% от установленной

мощности (учитывая их годовой

график загрузки);

Page 3

131

– мощность атомных электро-

станций, геотермальных и био-

газовых установок опреде-

лена на уровне 90–100% от

установленной мощности;

– мощность тепловых энерго-

блоков (включая уголь, нефть

и газ) в различных регионах

определена на уровне 70–90%

от установленной мощности;

– учитывая конфигурацию на -

копителей энергии и регио-

нальные различия, допусти-

мая мощность ветроэнерге-

тических и солнечных энерго-

блоков определена на уровне

30–40% и 20–30% от установ-

ленной мощности соответ-

ственно.

На основе вышеизложенно-

го принципа был проведен ком-

плексный анализ существующего

и перспективного энергобаланса.

В настоящее время основное

направление перетока мощности

в Северной Америке с севера на

юг и от центра к обоим побере-

жьям. Также имеется транскон-

тинентальный обмен мощностью

с Центральной и Южной Амери-

ками.

К 2035 году запланированы

усиления и изменения в схеме

передачи электроэнергии с севе-

ра на юг и от центра к обоим по-

бережьям, предусматривающие

дополнительные трансграничные

и трансконтинентальные энерге-

тические связи, способные в со-

вокупности обеспечить переток

мощности около 100 ГВт.

На межгосударственном уров-

не будет обеспечена передача

электрической мощности:

– 29 ГВт из восточной, западной

и центральной Канады в США;

– 3 ГВт ветровой и гидроэнергии

будут направлены из про-

винции Квебек (Канада) в вос-

точные штаты США, чтобы

удовлетворить возрастающий

спрос на электроэнергию го-

родов восточного побережья

и в районе Великих озер;

– провинция Манитоба в цен-

тральной Канаде передаст

8 ГВт гидроэнергии в район

Великих озер США, а Британ-

ская Колумбия в западной

Канаде — 8 ГВт в Калифор-

нию.

Предусмотрена генеральной

схемой и возможность передачи

электроэнергии в больших объ-

емах между регионами США:

– 64 ГВт электроэнергии из цен-

тральной части США к центрам

нагрузки двух побережий;

– 48 ГВт ветровой и солнечной

энергии будут переданы в вос-

точные центры нагрузки из

Небраски, Канзаса, Оклахомы

и других штатов центральной

части США;

– 16 ГВт ветровой и солнечной

энергии будет передаваться на

запад в Калифорнию от Коло-

радо и Нью-Мексико;

– 7 ГВт энергии гидро- и ветро-

электростанций будут направ-

ляться из штата Вашингтон

в Калифорнию.

К 2050 году перетоки электро-

энергии в Северной Америке

значительно увеличатся, а транс-

национальный переток достигнет

0,2 ТВт

ч, обеспечивая энерго-

снабжение между Востоком и За-

падом Северной Америки, а также

Северной, Центральной и Южной

Америками.

При этом на межгосударствен-

ном уровне будут наблюдаться

следующие особенности:

– объем передаваемой мощно-

сти достигнет 66 ГВт;

– 54 ГВт гидроэнергии и энергии

ветра будут направляться из

Канады в Америку, при этом

объемы передачи из Восточно-

го Квебека и западной Британ-

ской Колумбии составят 30 ГВт

и 16 ГВт соответственно, а из

провинции Манитоба — 8 ГВт

на юг;

– США с Мексикой будут осу-

ществлять взаимные поставки

солнечной и гидроэнергии: во

время влажного сезона 10 ГВт

избыточной

гидроэнергии

в Западной Америке будет

передаваться в Мексику, а во

время сухого сезона 12 ГВт

солнечной энергии из Мекси-

ки удовлетворят потребности

в электроэнергии в Западной

Америке.

Мощность энергообмена по

трансконтинентальным перето-

кам достигнет 8 ГВт. Принимая

во внимание сезонные различия

в южном и северном полушариях,

взаимный обмен электроэнергией

будет осуществляться между сол-

нечной энергетикой в западной

части Северной Америки и гид-

роэнергетикой в Перу и других

странах Центральной и Южной

Америки.

В пределах США объем пере-

токов электроэнергии достигнет

0,13 ТВт. Энергия ветряных и сол-

нечных электростанций, разме-

щенных в центральных регионах,

в объеме до 40 ГВт будет пере-

даваться потребителям на севе-

ро-востоке страны, в объеме до

32 ГВт — к центрам нагрузки на

юго-востоке, 24 ГВт — в Техас,

16 ГВт — в центры нагрузки в Кали-

форнии. При этом объем поставок

электроэнергии из северо-запад-

ных регионов Америки в Калифор-

нию возрастет до 12 ГВт.

ГЕНЕРАЛЬНАЯ

СХЕМА

МЕЖСИСТЕМНЫХ

СВЯЗЕЙ

Учитывая тенденцию развития

энергетики в Северной Америке,

расположение чистых возобнов-

ляемых источников электроэнер-

гии (ВИЭ), существующие и пер-

спективные перетоки энергии,

приоритетами развития сетей

в Северной Америке в будущем

будут являться:

– ускорение развития ВИЭ

и обес печение передачи элек-

троэнергии с этих электростан-

ций;

– создание крупных энерге-

тических связей для пере-

дачи энергии ГЭС Канады,

ветро- и солнечной генерации

в Центральной и Западной

Америке, а также солнечных

электростанций в Мексике для

осуществления скоординиро-

ванного развития чистой энер-

гетики и энергосистем;

– выстраивание сильной маги-

стральной сети для северо-

американской энергосистемы;

– модернизация всех существу-

ющих сетей;

– усиление транснациональных

и трансконтинентальных энер-

гетических связей;

– формирование сетевой плат-

формы, объединяющей круп-

ные узлы генерации чистой

энергии и центры нагрузки, реа-

лизация крупномасштабного,

№

3 (60) 2020

Page 4

132

МИРОВОЙ

ОПЫТ

оптимизированного распреде-

ления чистой энергии.

В результате масштабной мо-

дернизации энергосистемы и уве-

личения масштабов сетей в Се-

верной Америке к 2050 году бу-

дут сформированы три синхрон-

ных зоны: Восточная, Западная

и Квебекская (рисунок 1).

Восточная

синхронная

зона

Северной

Америки

На основе

существующей компоновки сеть

будет синхронно соединена с те-

хасской линиями переменного

тока 500 кВ. Дополнительное уси-

ление сети будет обеспечено за-

вершением строительства линий

765 кВ в районе Великих озер,

а также вновь возводимой маги-

стральной сетью 1000 кВ, которая

предназначена связать центры

нагрузки на восточном побережье.

К 2050 году энергопотребление

Восточной энергосистемы достиг-

нет 6,5 трлн кВт

ч, при пиковой на-

грузке 1160 ГВт и установленной

мощности 2530 ГВт.

Западная

синхронная

зона

Северной

Америки

На запад-

ном побережье будет построена

магистральная сеть 1000 кВ пе-

ременного тока, объединенная

с сетью Мексики. Платформа, оп-

тимизирующая распределение

энергии от чистых энергоресур-

сов, охватит Канаду, Западную

часть США и Мексику. В 2050 го-

ду энергопотребление на Запа-

де достигнет 2100 ТВт

ч, пико-

вая нагрузка составит 370 ГВт,

а установленная мощность —

930 ГВт.

Квебекская

синхронная

зона

Синхронная работа этой зоны

с Восточной и Западной зо-

нами не предполагается. Для

увеличения объемов передачи

энергии ветро- и гидроэлектро-

станций Квебека в восточную

часть Северной Америки будет

построена УВН-связь. К 2050 го-

ду потребление электроэнер-

гии в Квебеке будет на уровне

300 ТВт

ч с пиковой нагрузкой

53 ГВт и установленной мощно-

стью 170 ГВт.

ПОЭТАПНОЕ

ДОСТИЖЕНИЕ

ЦЕЛЕЙ

К 2035 году структура энергети-

ческих взаимосвязей Северной

Америки обретет форму. Будет

выполнена полная модернизация

существующих сетей, построены

УВН-связи для передачи чис-

той энергии. Наивысший класс

напряжения сетей Восточной

и Западной зон, включая сети

Мексики, увеличится до 1000 кВ,

а класс напряжения сетей посто-

янного тока Квебекской зоны до-

стигнет ±800 кВ.

В Восточной зоне произойдет

усиление магистральных сетей

765 кВ в районе Великих озер,

будет выполнено объединение

северо-восточного и юго-вос-

точного районов сети для нача-

ла формирования магистраль-

ной сети 1000 кВ, создана связь

500 кВ переменного тока с сетью

в Техасе. Также будут созданы

связи для интеграции много-

численных УВН-сетей, объеди-

няющих зоны размещения ВИЭ

на востоке, в центральной части

Канады и центральной части Со-

единенных Штатов с основной

сетью 1000/765 кВ.

В западной зоне будет по-

строен канал переменного тока

1000 кВ вдоль западного побе-

режья для перераспределения

энергии ветро- и гидроэлектро-

станций северной части Штатов

и западной Канады и солнечной

и ветровой энергии из централь-

ных районов США. Для передачи

энергии ВИЭ будут также постро-

ены УВН связи постоянного тока.

В зоне мексиканской сети будет

построен канал передачи пере-

менного тока 1000 кВ для пере-

дачи солнечной энергии в круп-

ные города.

В Квебекской зоне произойдет

усиление магистральных сетей

735/345 кВ, будет построен ка-

нал УВН постоянного тока для

обеспечения связи с Восточной

синхронной зоной, тем самым

реализуя возможности межре-

гиональной передачи энергии,

полученной с помощью гидро-

и вет роэлектростанций.

К 2050 году Североамерикан-

ское энергетическое объедине-

ние будет полностью заверше-

но. Для обеспечения свободного

транзита электрической энергии

в требуемых объемах будут по-

строены «вертикальные» УВН-

связи переменного и постоянно-

го тока на восточном и западном

побережьях и «горизонтальный»

канал передачи чистой энергии

в центральной части Северной

Америки.

При формировании восточ-

ного «вертикального» канала

будет выполнено расширение

Рис

. 1.

Общая

структура

трех

основных

синхронных

зон

Северной

Америке

Западная

синхронная зона

Северной Америки

Восточная

синхронная зона

Северной Америки

Квебекская

синхронная

зона

Конверторные ПС ±800 кВ
Линии постоянного тока ±800 кВ

Линии переменного тока 765 кВ
Линии переменного тока 1000 кВ

Page 5

133

УВН-связей переменного и по-

стоянного тока от Квебека до

Флориды, чтобы объединить

канадскую гидроэнергетику, бе-

реговую и морскую ветроэнер-

гетику. По этому каналу чистая

энергия из центральной части

США будет доставляться в цен-

тры нагрузки вдоль восточного

побережья. Также завершится

формирование мощного син-

хронного объединения на восто-

ке Северной Америки, охватыва-

ющего Техас.

Вдоль западного побережья

будет построен западный «верти-

кальный» магистральный канал

с гибридными УВН-связями пере-

менного и постоянного тока. Сеть

переменного тока напряжением

1000 кВ расширится на юг до син-

хронного соединения с Мексикой,

чтобы сформировать оптималь-

ную распределительную плат-

форму для перераспределения

энергии ВИЭ.

Для экспорта чистой электро-

энергии из зоны Центральной

Америки в другие регионы будут

сформированы каналы переда-

чи к северо-восточным, юго-вос-

точным и Техасским центрам на-

грузки, а также канал передачи на

запад к Калифорнийскому центру

нагрузки. Дополнительно будет

построен трансконтинентальный

канал ультравысокого напряже-

ния постоянного тока по направ-

лению Мексика-Перу.

ОЦЕНКА

ИНВЕСТИЦИЙ

Инвестиции в объединение

энергосистем Северной Аме-

рики предусматривают два на-

правления: вложения в источ-

ники энергии и электрические

сети. Оценка инвестиций в объ-

екты генерации производилась

на основе средних данных по

удельным инвестиционным вло-

жениям в единицу установлен-

ной мощности на каждом классе

напряжения. Оценка инвестици-

онных вложений в объекты сети

строилась на основе удельных

инвестиционных расценок для

сетей соответствующих уровней

напряжения.

Объемы инвестиционных вло-

жений в единицу мощности раз-

личных источников энергии

в 2035 и 2050 годах будут допол-

нительно уточняться на основе

тенденции развития различных

энергетических технологий и со-

ответствующих результатов ис-

следований

международных

энергетических агентств, таких

как Международное энергетиче-

ское агентство и Bloomberg New

Energy Finance. Предполагается,

что к 2050 году удельные инве-

стиционные затраты на созда-

ние солнечных и ветроэлектро-

станций снизятся на 70% и 50%

соответственно по сравнению

с 2016 годом.

Бюджет построения УВН-

связей будет рассчитан на основе

стоимости аналогичных проектов

в Китае и Бразилии и скорректи-

рован с учетом фактических ус-

ловий стоимости проекта в Се-

верной Америке. Совокупные

инвестиции для сетей 765 кВ

и ниже будут оцениваться на ос-

нове индекса инвестиций Эди-

соновского электротехнического

института (EEI) относительно

прогнозируемого прироста энер-

гопотребления.

Cоотношение

масштабов инвестиций в объ-

екты сетей 500/400 кВ и сетей

220 кВ будет принято 1:5. Соглас-

но оценке EEI, в Америке средняя

величина капитальных вложений

в развитие сетей 765 кВ и ниже

составляет менее 0,66 доллара

за кВт

ч прироста потребления

электроэнергии, для Мексики

и Канады удельные капитальные

вложения составляют 0,5 долла-

ра за кВт·ч.

К 2050 году общий объем ин-

вестиций в североамериканское

энергетическое объединение со-

ставит около 4,3 трлн долларов,

в том числе около 2,5 трлн в объ-

екты генерации (58%) и 1,8 трлн

в объекты электросетевого ком-

плекса (42%). Инвестиции в объ-

екты чистой энергетики составят

2,4 трлн долларов — 56% от об-

щего объема вложений.

До 2050 года инвестиции

в централизованную ветрогене-

рацию составят 900 млрд долла-

ров (36%). На развитие крупных

солнечных электростанций бу-

дет направлено 760 млрд долла-

ров — 30% всех инвестиционных

средств. На развитие распреде-

ленной (малой) генерации будет

выделено 320 млрд долларов,

что составит 12,8% от общего

объема. При этом на долю США

придется более 80% всех ин вес-

ти ци он ных вложений.

Среди инвестиционных вло-

жений в объекты сетей до

2050 года затраты на строитель-

ство УВН-связей переменно-

го и постоянного тока составят

78,8 млрд и 80,2 млрд доллаов

(4,4% и 4,5% от вложений в сеть)

соответственно.

Инвестиции

в сети 765–735 кВ и 500–400 кВ

переменного

тока

составят

17,2 млрд и 266,3 млрд долла-

ров, что составит 1% и 15% от

объема инвестиций в сетевое

хозяйство. Инвестиции в сеть

переменного тока ниже 400 кВ

достигнут 1,3 трлн долларов,

что составит 75% от вложений

в сеть. Инвестиции в сетевую

инфраструктуру в Америке со-

ставят 78% от общей суммы по

всему континенту.

Рис

. 2.

Масштаб

инвестиционных

вложений

объединение

энергосистем

Северной

Америки

2019

по

2050

годы

2019–2035

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

Электрические сети

Источники электроэнергии

1,6

0,9

1,1

0,7

2035–2050

Инв

естиции, тр

лн до

лларов США

№

3 (60) 2020

Оригинал статьи: Создание энергетического объединения в Северной Америке для содействия развитию чистой энергетики

Читать онлайн

Северная Америка характеризуется высоким уровнем развития общества, тесными региональными связями, высоким уровнем свободной торговли и экономической интеграции. Страны Северной Америки занимают ведущее положение в мире по уровню образования и науки, а также обладают большими запасами энергетических ресурсов и другими преимуществами. Представленные в статье результаты исследования, проведенного GEIDCO, опираются на данные по развитию экономической и социальной сфер в странах Северной Америки, актуальные проекты по развитию энергетики на континенте. Предложенный проект по созданию североамериканского энергетического объединения позволит реализовать инновационные решения для устойчивого социально-экономического развития стран Северной Америки.