Создание энергетического объединения в Северной Америке для содействия развитию чистой энергетики

Page 1
background image

Page 2
background image

130

м

и

р

о

в

о

й

 о

п

ы

т

мировой опыт

Создание энергетического 
объединения в Северной 
Америке для содействия 
развитию чистой 
энергетики

*

Лицензированный

 

перевод

 

статьи

опубликованной

 

в

 

журнале

 Global Energy Interconnection 

Information — 

официальном

 

издании

 

Организации

 

по

 

развитию

 

и

 

сотрудничеству

 

в

 

облас

-

ти

 

глобального

 

объединения

 

энергосистем

 (Global Energy Interconnection Development and 

Cooperetion Organization, GEIDCO), 

 2, 

апрель

 2020 

г

.

Северная

 

Америка

 

характеризуется

 

высоким

 

уровнем

 

развития

 

общества

тесными

 

региональными

 

связями

высоким

 

уров

-

нем

 

свободной

 

торговли

 

и

 

экономической

 

интеграции

Стра

-

ны

 

Северной

 

Америки

 

занимают

 

ведущее

 

положение

 

в

 

мире

 

по

 

уровню

 

образования

 

и

 

науки

а

 

также

 

обладают

 

большими

 

запасами

 

энергетических

 

ресурсов

 

и

 

другими

 

преимущества

-

ми

Представленные

 

в

 

статье

 

результаты

 

исследования

про

-

веденного

 GEIDCO, 

опираются

 

на

 

данные

 

по

 

развитию

 

эконо

-

мической

 

и

 

социальной

 

сфер

 

в

 

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
background image

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
background image

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

 

в

 

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
background image

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

 

в

 

объединение

 

энергосистем

 

Северной

 

Америки

 

с

 2019 

по

 2050 

годы

2019–2035

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0

Электрические сети

Источники электроэнергии

1,6

0,9

1,1

0,7

2035–2050

Инв

естиции, тр

лн до

лларов США

 3 (60) 2020


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.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»