Енергоспестяваща и ресурсоспестяваща технология за пренос на електрическа енергия до големи
Еднопроводно предаване на енергия
Предложената технология, базирана на идеите на Н. Тесла, е модифицирана, като се вземе предвид съвременното развитие на науката и технологиите и се основава на използването на две резонансни вериги с честота 0,5-50 kHz и еднопроводна линия между веригите с линейно напрежение 1-100 kV при работа в режим на резонанс на напрежението.
Линейният проводник е водещият канал, по който се движи електромагнитната енергия.
Електричество, алтернативна енергия, електрическо оборудване
При този метод на пренос на електрическа енергия омичните загуби в проводниците са изключително малки, което в крайна сметка позволява намаляване на цената на киловат/час.
Описание на предложената технология (метод) за подобряване на енергийната ефективност, нейната новост и информираност за нея
Един от най-неотложните проблеми на съвременната енергетика е да се осигури спестяване на енергия и намаляване на икономическите разходи при решаването на проблема с преноса на електрическа енергия на дълги разстояния.
На практика за пренос на електрическа енергия на дълги разстояния по правило се използват трифазни системи, чието изпълнение изисква използването на най-малко 4 проводника, което има следните съществени недостатъци:
- големи загуби на електрическа енергия в проводниците, така наречените загуби на джаул;
- необходимостта от използване на междинни трансформаторни подстанции за компенсиране на загубите на енергия в проводниците;
- възникване на аварии поради късо съединение на проводници, включително поради опасни метеорологични явления (силен вятър, лед върху проводници и др.);
- висока консумация на цветни метали;
- високи икономически разходи за полагане на трифазни електрически мрежи (няколко милиона рубли на 1 км).
Посочените по-горе недостатъци могат да бъдат отстранени чрез използването на резонансна еднопроводна система за пренос на електрическа енергия, базирана на идеите на Н. Тесла, модифицирана, като се вземе предвид съвременното развитие на науката и технологиите.
В момента е разработена технологията на резонансна еднопроводна система за пренос на електрическа енергия.
Предложената технология се основава на използването на две резонансни вериги с честота 0,5-50 kHz и еднопроводна линия между веригите (фиг. 1) с линейно напрежение 1-100 kV при работа в режим на резонанс на напрежението.
Линейният проводник е водещият канал, по който се движи електромагнитната енергия. Енергията на електромагнитното поле се разпределя около линейния проводник.
Фиг. 1. Електрическа схема на еднопроводна електропреносна система1 - генератор с повишена честота; 2 - резонансна верига на повишаващия трансформатор; 3 - еднопроводна линия; 4 - резонансна верига на понижаващия трансформатор; 5 - токоизправител; 6 - преобразувател
Както показват изчисленията и експериментите, при този метод за пренос на електрическа енергияпрактически няма загуби в проводниците(стотици пъти по-малко, отколкото при традиционния метод за пренос на електрическа енергия) и тази технология е безопасна за околната среда и хората.
Фигура 2 ясно илюстрира предимствата на еднопроводната резонансна система в сравнение с традиционната трифазна система за пренос на енергия. Фигура 2 показва две LED осветителни линии. Ляво 7 метра двупроводно. Десен 30 метра едножилен. Както се вижда отФиг. 2 при използване на 7-метрова двупроводна линия има значителни загуби в проводниците - последният светодиод свети много по-слабо от първия.
В едножилен резонансен 30-метров електропровод този ефект не се наблюдава - първият и последният светодиодсветят с почти еднаква яркост.
Фиг. 2. Предимства на еднопроводната резонансна система в сравнение с традиционната трифазна система за пренос на енергия
Друго важно предимство на еднопроводната резонансна електропреносна система е значителната икономия на цветни метали.
На фиг. 3 показва две проби от електропроводи с мощност 50 kW. Лявата проба е предназначена за използване в традиционна трифазна система за пренос на електричество. Правилният образец за използване в еднопроводна резонансна система за пренос на енергия. Консумацията на цветни метали (мед) в дясната проба е 20 пъти по-малка, отколкото в лявата проба.
Фиг. 3. Образци на проводници на електропроводи (вляво за използване в трифазна електропреносна система, вдясно - в едножилна резонансна)
При полагане на кабелни електропроводи предимствата на еднопроводната резонансна система са, на първо място, ченапречното сечение на кабела е 3-5 пъти по-малкоот напречните сечения на традиционната трифазна електропреносна система, а това от своя страна позволява:
- значително намаляване на радиуса на завъртане на линиите, което е много важно при полагане на кабели в градски райони;
- значително (до 10 пъти) намаляват разходите за полагане на кабели.
Освен това, в случай на внедряване на еднопроводна резонансна системанямамеждуфазно късо съединениеи е осигурено високо ниво на електрическа безопасност.
Трябва да се отбележи, че понастоящем е създадено мощно сътрудничество на български изследователски и производствени организации (ВИЭШ, НПО СОДИС, Научен център за аерокосмически мониторинг „Аерокосмос“, Институт за аерокосмически технологии и мониторинг на Руския държавен университет за нефт и газ „Губкин“, малко иновативно предприятие на Губкинския университет „Енергоспестяване“, Московски комитет по наука и технологии), които успешно започнаха много практическа работа за въвеждане на технологията на резонансна еднопроводна система за пренос на електрическа енергия в различни отрасли на икономиката на нашата страна.
Към днешна дата са изпълнени няколко проекта с използване на еднопроводна резонансна система за пренос на енергия.
Изпълнените проекти включват например следните проекти:
1. 200 метра едножична линия за улично осветление на младежки форум "Селигер 2007" (фиг. 4).
Фиг. 4. Резонансна едножична линия на уличното осветление на младежкия форум "Селигер 2007"
2. Система за захранване на блоковете за автоматизация на ракетата носител.
Тестовете, проведени в Научно-производствения център за автоматизация и приборостроене на името на академик Н. А. Пилюгин на Роскосмос, убедително показаха, че еднопроводната резонансна система за захранване на блоковете за автоматизация на ракетата-носител намалява напречното сечение на кабелната линия няколко пъти, като по този начин намалява масата на захранващите проводници, разположени на борда на ракетата-носител, със 130 кг.
Това обстоятелство е фундаментално важно за ракетната и космическата индустрия, т.к ви позволява да увеличитеполезен товар, т.е. за увеличаване на масата на полезния товар, изстрелван в космическа орбита.
В момента се изпълняват редица проекти, които използват резонансна еднопроводна система за пренос на електрическа енергия: LED система за улично осветление (държавен клиент - Министерството на науката и индустриалната политика на град Москва) и система за електрозахранване на станции за катодна защита на тръбопроводи (клиент - АО "Газпром") и др.
Разглежданата технология е от голям икономически интерес за страната ни, предвид обширната територия на България и необходимостта от пренос на електроенергия на големи разстояния.
Според изчисленията мащабното внедряване на предложената технология в България ще спести стотици милиарди рубли, което е особено важно в съвременните условия.
Най-ефективната еднопроводна резонансна система за пренос на електрическа енергия, в допълнение към областите на приложение, отбелязани по-горе, може да се използва за захранване на обекти, отдалечени от главните главни електропроводи: ферми, строителни обекти, телекомуникационно оборудване и др.
В комбинация с технологии, които използват възобновяеми енергийни източници (слънчева, вятърна, микро хидроенергия), еднопроводната резонансна електропреносна система може да бъде много полезна и рентабилна за региони на България, които имат необходимия потенциал в областта на възобновяемата енергия.
Резонансната еднопроводна система за пренос на енергия е нова енергоспестяваща и ресурсоспестяваща технология, която може значително да намали икономическите разходи при решаване на проблема с преноса на енергия на дълги разстояния в сравнение с традиционните(трифазна) електропреносна система.
Резултат от повишаване на енергийната ефективност при масово внедряване
Намаляване на разходите за киловат/час чрез намаляване на нивото на незаменимите загуби на енергия в проводниците
Съществуващи стимули, принуда, стимули за въвеждане на предложената технология (метод) и необходимостта от тяхното подобряване
В началния етап, както при всяка нова технология, е необходима известна организационна подкрепа.
Изглежда уместно да се осигури на първо място информационна подкрепа в медиите (вестници, телевизия, интернет) с ясна демонстрация на икономическите предимства на предложената технология в сравнение с традиционната трифазна система за захранване, особено за обекти, отдалечени от главните електропроводи (ферми, строителни обекти, телекомуникационно оборудване, села и др.)
Наличие на технически и други ограничения за използване на технология (метод) в различни съоръжения
Предложената технология е нова и работи в пресечната точка на две науки: електротехника и радиотехника, поради което съществуват определени бариери между научните школи в областта на електротехниката и радиотехниката, както и административни бариери между двата сектора на икономиката, които прилагат резултатите от научноизследователска и развойна дейност в областта на електротехниката и радиотехниката.
За премахването на тези бариери е необходимо да се създаде на единен организационен принцип сътрудничество на учени и специалисти, работещи в областта на електротехниката и радиотехниката. Тази работа вече е започнала.
Понастоящем е разработена технология за пренос на енергия с мощност до 100 kW. Преносът на електроенергия с по-голяма мощност изисква използването на електронни устройства (транзистори, тиристори, диоди и др.) с повишена мощност и надеждност.Необходимо е да се проведат допълнителни изследвания за решаване на проблема с енергоснабдяването на обекти, които консумират електроенергия с мощност над 100 kW.
Необходимо е да се проведат научноизследователска и развойна дейност за разработване на резонансна еднопроводна система за пренос на електрическа енергия с мощност над 100 kW с разработване на комплект проектна и техническа документация и прототип на система за нейното последващо копиране.