Path 27 , также называемая Intermountain [c] или Southern Transmission System ( STS ), [4] [5] [6] представляет собой линию электропередачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC), идущую от работающей на угле электростанции Intermountain недалеко от Дельты, штат Юта , до преобразовательной станции Adelanto в Аделанто, штат Калифорния , на юго-западе США . Она была установлена компанией Asea , базирующейся в Швеции , и запущена в коммерческую эксплуатацию в июле 1986 года. Система предназначена для передачи электроэнергии, вырабатываемой на электростанции в Юте, в районы по всей Южной Калифорнии . Она принадлежит и управляется Intermountain Power Agency , кооперативом, состоящим из шести городов в районе Лос-Анджелеса , крупнейшим членом которого является Департамент водных ресурсов и энергетики Лос-Анджелеса (LADWP), и 29 более мелких муниципалитетов Юты. [7] [8]
Путь 27 состоит из воздушной линии электропередачи длиной 488 миль (785 км), [d] и способна передавать до 2400 мегаватт (МВт) мощности при ±500 киловольт (кВ), [b] [e] выше, чем рабочая мощность электростанции в 1900 МВт. Результирующий максимальный ток составляет 4800 ампер . [f] Учитывая его длину, постоянный ток (DC) предпочтительнее более распространенного переменного тока (AC), поскольку он позволяет электрической энергии проходить дальше с минимальными потерями на сопротивление и не требует промежуточных станций. Он биполярный , что означает, что он имеет два проводника противоположной полярности (вместо трех проводников для линий переменного тока). Оба проводника по всей длине представляют собой три кабеля, соединенных вместе ; это делается для уменьшения воздействия электромагнитных помех и повышения производительности линии электропередачи. На каждом конце линии находится преобразовательная станция , которая преобразует переменный ток в постоянный ток с одной стороны и обратно с другой. Каждая конечная точка также имеет выделенное заземление , которое соединено электродной линией с заземляющим участком вдали от преобразователей, чтобы обеспечить достаточный возврат через землю ; это помогает защитить основную линию и оборудование от неисправностей и позволяет системе работать на частичной мощности.
Участки пути 27 параллельны другим линиям электропередачи переменного тока, включая некоторые 500 кВ. Линия электропередачи также видна с межштатной автомагистрали 15 , которую она пересекает несколько раз. [10] : 14, гл. 9 Преобразовательные станции линии HVDC будут заменены в рамках проекта по перепрофилированию электростанции Intermountain в установку для сжигания водорода . Ожидается, что станции будут введены в эксплуатацию к июню 2026 года.
Высокое напряжение обычно необходимо для передачи большого количества электроэнергии на большие расстояния, а также для минимизации количества энергии, теряемой на сопротивление в проводящих кабелях как побочный продукт от высокого тока ; то есть, повышение напряжения снижает силу тока в цепи, согласно закону Ома . [11] В то время как высоковольтные линии передачи обычно используют трехфазный переменный ток (AC) для перемещения электроэнергии туда и обратно, высоковольтные линии постоянного тока (HVDC), такие как Path 27, передают энергию только в одном направлении. Постоянный ток (DC) также несет меньшие потери энергии, чем переменный ток на том же расстоянии; [12] другими словами, постоянный ток может поддерживать мощность гораздо дальше, чем переменный ток, что может потребовать промежуточных станций или «отводов» вдоль маршрута. [13] Другим недостатком переменного тока является то, что мощность имеет тенденцию течь по внешнему слою проводника, явление, называемое « скин-эффектом ». Постоянный ток избегает этой проблемы; он позволяет мощности проникать через всю толщину проводника для оптимальной мощности. [14] Наконец, для пути 27 была выбрана схема постоянного тока, поскольку стоимость передачи мощности на это расстояние ниже, чем при переменном токе, [13] что экономически лучше всего подходит для более коротких участков. [15] [16] [g] HVDC также дешевле, поскольку он использует менее трех проводников, что означает меньше материалов и, следовательно, снижает стоимость инфраструктуры и используемого оборудования. [12] [17]
Asea , многонациональный поставщик электроэнергии со штаб-квартирой в Швеции , управлял структурой и поставками для Пути 27 и был главным спонсором установки линии электропередачи. [18] Номер в «Пути 27» присвоен Западным координационным советом по электроснабжению (WECC), который курирует сеть электропередачи на американском Западе , чтобы отличить эту линию от других критических маршрутов передачи . [3] : 4–5 В отчете 2010 года указано, что Путь 27 также был самым перегруженным электрическим маршрутом на территории WECC, [19] хотя система способна справиться с таким интенсивным использованием. [3] : 145
Path 27 принадлежит и управляется межмуниципальным синдикатом, известным как Intermountain Power Agency (IPA), что дало ему альтернативное название Intermountain . [c] В список IPA входят 29 муниципалитетов Юты (среди них два пригорода Солт-Лейк-Сити и Логан как самый северный участник) и шесть городов Южной Калифорнии . [20] [8] Кооператив был основан вокруг следующей миссии:
[Миссия Intermountain Power Agency] заключается в использовании своих активов для предоставления надежных, экономичных и соответствующих законодательству энергетических продуктов и услуг на благо своих покупателей, членов и других заинтересованных сторон, что включает в себя поставку готового резерва энергетических ресурсов и поддержку прямых и мультипликационных экономических вкладов в сельские общины и государство.
— ИПА
Среди его целей — перенаправление избыточной энергии в сообщества Южной Калифорнии; Path 27 был построен для достижения этой цели. Самым крупным клиентом SoCal по численности населения в списке является Департамент водных ресурсов и энергетики Лос-Анджелеса (LADWP), ведущий поставщик коммунальных услуг для Лос-Анджелеса , который также получает наибольшую долю электроэнергии через план, опережая Анахайм , Риверсайд , Пасадена , Бербанк [21] и Глендейл ( как показано в таблице ниже). В общей сложности эти члены получают наибольшую долю энергии в рамках IPA. [22]
Самая ранняя концепция Пути 27, вероятно, возникла в 1973 году, что совпало с энергетическим кризисом того десятилетия, поразившим США. В течение того года, после того как Бюро мелиорации США предупредило о предстоящем дефиците энергии, представители Ассоциации потребителей электроэнергии Intermountain (ICPA), базирующейся в Юте, встретились с местными жителями Южной Калифорнии в поисках новых источников энергии и инвесторов. [10] : 1, гл. 1 Ассоциация потребителей электроэнергии IPA была создана в июне 1977 года. [23]
Решающим шагом для Пути 27 стал проект Intermountain Power Project (IPP), который появился в 1974 году как программа финансирования строительства угольного генератора , хотя только в 1977 году законодательные органы штата Юта официально одобрили реализацию проекта IPA. [24] : 23 [h] Кейнвилл в округе Уэйн , штат Юта, был одним из нескольких мест, предложенных для электростанции, [10] : 55, гл. 1 до того, как было выбрано место к северу от Дельты в округе Миллард или к западу от Линдила , как указано в санкции. [10] : 77, гл. 8 После прохождения экологических проверок 9 октября 1981 года началось строительство генератора с первоначальным финансированием в размере 300 миллионов долларов . [i] Первоначальный план предусматривал четыре тепловых блока , помимо 750 МВт, [10] : 6, гл. 1 , но было уменьшено до двух из-за опасений по поводу резкого роста спроса на электроэнергию. [20] [25] Первый блок генератора был возведен в 1983 году. Первая партия угля была доставлена поездом 2 июля 1985 года, а первый блок был введен в эксплуатацию позже в том же году. Второй блок был запущен 13 июня 1987 года, выведя станцию на полную мощность в 1500 МВт. [23] Он был увеличен до своей нынешней производительности в 1900 МВт в 1989 году, [4] [26] таким образом, сделав электрический генератор крупнейшим в Юте по выработке . [27]
Завершение этого крупного и сложного проекта в установленные сроки — заслуга продуктивной рабочей силы и отличных подрядчиков.
Майк Понтиус, Davis County Clipper [23]
Однако, Путь 27 полностью материализовался, когда строительство линии электропередачи началось 1 мая 1984 года и заняло чуть больше шестнадцати месяцев, чтобы завершить его. [28] [j] Различные американские подрядчики были уполномочены для определенных аспектов и сегментов линии; например, одна организация из Джорджии построила 239 миль (385 км) от Аделанто, Калифорния до Моапы, Невада , а другая из Миссисипи взяла на себя оставшиеся 250 миль (400 км) до Дельты; [23] но, возможно, самое заметное обязательство по этому проекту под ключ лежало на Asea , [k] которая импортировала токопроводящие кабели и детали для опорных пилонов из оцинкованной стали [10] : 44, гл. 1, которые должны были быть собраны на месте. Один этап включал установку цементных фундаментов пилонов , [10] : 48, гл. 1, которые имеют среднюю глубину двадцать футов (6,1 м) на пилон и различаются по форме в зависимости от высоты и веса башни. [23] Газеты сообщали, что каменистая, неровная местность часто создавала проблемы для доступа и, вероятно, требовала обильных раскопок и даже взрывов . Всего для работы было задействовано шестьсот рабочих. [23] Линия достигла коммерческой эксплуатации в июле 1986 года [6] после зажигания первого угольного блока электростанции, хотя документ LADWP свидетельствует, что она могла быть включена еще в декабре 1985 года. [29] В зависимости от официальных подсчетов и новостных сообщений, общая стоимость составила 1,1 миллиарда долларов. [1]
Наконец, но в равной степени неотъемлемой частью Пути 27 являются две преобразовательные станции ( см. ниже ), которые были введены в эксплуатацию вместе с магистралью передачи и имеют жизненно важное значение для ее функциональности. Преобразователь IPP был установлен вместе с генератором электроэнергии, в то время как второй преобразователь в Аделанто и распределительное устройство касательной линии начали возводить 26 мая 1985 года и завершили в июне 1986 года [30] вовремя, чтобы получить свежеприбывшую энергию из-за границы. LADWP руководила строительством объединенного объекта и поручила Asea ответственность за оснащение. [18] [k]
С момента своего создания, Path 27 претерпел модернизацию и усовершенствования на рубеже веков, включая последнее распространение IPP. По заказу LADWP и Southern California Edison , ABB Group и Hitachi Energy модернизировали линию электропередачи в 2008 и 2011 годах соответственно, установив улучшенную технологию управления и защиты [l] наряду с дополнительными фильтрами и системами охлаждения на каждом терминале. [4] [2] Это помогло поднять мощность линии электропередачи до ее современного уровня в 2400 МВт. [31]
Основным компонентом Path 27 является сама линия электропередачи , которая проходит на протяжении 488 миль (785 км) [d] полностью над землей через юго-западную Юту , южную Неваду и южную Калифорнию . В отличие от трех фаз, Path 27 имеет два полюса : один положительный ( катод ) и другой отрицательный ( анод ); [17] что делает это биполярной конфигурацией. [32] [33] Он оказывает 1000 кВ в общей сложности, [34] или 500 кВ на полюс, и рассчитан на 2400 МВт, [35] что дает ему максимальный номинальный ток 4800 ампер; [f] для сравнения, Intermountain Power Plant (IPP) генерирует до 1900 МВт, тем самым увеличивая отказоустойчивость линии . В большинстве систем HVDC электроэнергия может передаваться в любом направлении; [36] Путь 27 транспортирует электроэнергию из Юты в Калифорнию при нормальных обстоятельствах. [24] : 2
Любой проводящий материал порождает электромагнитное излучение всякий раз, когда через него протекает электричество. Одиночный кабель, несущий такое высокое напряжение, будет производить особенно сильное излучение в виде коронного разряда [14] , который может лишить электрической энергии и вызвать электромагнитные помехи в радио- и коммуникационных устройствах. [37] По этой причине проводники Path 27 состоят из трех кабелей, скрепленных вместе, или соединены в три пучка . Это не только снижает пагубное воздействие разряда, [38] также обеспечивает большую площадь поверхности для потока энергии, тем самым повышая эффективность передачи. [39] Каждый кабель изготовлен из алюминиевых жил, охватывающих стальной сердечник для прочности и долговечности, [40] а композит имеет ширину 1,8 дюйма (46 мм) . [10] : 44, гл. 1
Два защитных провода монтируются над главными проводниками и разделяются теми же опорными столбами. Эти провода защищают линию электропередачи от ударов молнии. [41] [м]
Обе стороны пути 27 оснащены преобразовательной станцией , которая соединяет электроэнергию между цепями переменного и постоянного тока и широко используется в проектах HVDC по всему миру. [42] Преобразователи расположены на станции IPP к северу от Дельты, штат Юта , и на преобразовательной станции Adelanto в Аделанто , к северу от Сан-Бернардино, штат Калифорния . [20] [43]
Сердце процесса преобразования происходит в кластерах электронных клапанов , которые процедурно изменяют поток электроэнергии способом, аналогичным переключателям . [44] Тип клапанов на пути 27 — тиристорный , [45] технология, популярная в HVDC с конца 1960-х годов. [46] [47] Конфигурация клапанов идентична для обоих преобразователей: 24 стека высотой около 50 футов (15 м) по 24 клапана в каждом (или три « четырехклапанных »), [46] организованных в двенадцать модулей [30] — один клапан содержит 144 тиристора. [n] В целях резервирования клапаны на обоих терминалах сгруппированы по два на шесть; если один из них отключается, другой может подобрать слабину выше своей назначенной мощности в течение ограниченного периода времени. [30] Вся сборка размещена в похожем на ангар корпусе, называемом клапанным залом , который защищает его от непогоды и воздушной пыли. [48] Клапаны закреплены на высоких изоляторах, которые отделяют их от внутренних стен, пола и потолка; это сделано для предотвращения индукции и преждевременного заземления , а также для облегчения охлаждения . [49] Клапанные залы Пути 27 также укреплены от землетрясений.
Поскольку преобразователь IPP находится рядом с электростанцией , электричество обычно подается в линию HVDC с этой конечной точки. Входу для питания в систему предшествует ряд трансформаторов [50] , которые повышают уровень напряжения до 500 кОм . Затем оно проникает в клапанный зал через огромные вводы , которые защищают здание от повреждений, вызванных дугой . Внутри зала клапаны направляют электрический поток из переменного тока в постоянный в сложном процессе, называемом выпрямлением . [o] На схеме постоянного тока снаружи находится последовательность фильтров и реакторов , которые взаимно сглаживают подачу постоянного тока [50] и служат для защиты объекта от помех в результате скачков напряжения . [51] Затем электричество отправляется по пути 27.
Преобразовательная станция Аделанто размечает приемный конец линии HVDC и имеет относительно ту же компоновку, но механизм преобразования обратный. За другим набором реакторов и фильтров входящая мощность поступает в клапанный зал, чтобы быть перенесенной в схему переменного тока заново — это инверсия , [p] и она блокирует любой обратный поток мощности по трубопроводу переменного тока от достижения клапанов, чтобы обеспечить однонаправленное движение. [44] Электричество продвигается через второй ярус трансформаторов, прежде чем выйти на расходящиеся линии переменного тока, чтобы быть распределенным по окрестностям. [52] [51] [q]
В идеале, Путь 27 может работать в противоположном направлении, при этом терминал Adelanto становится выпрямителем, а IPP — инвертором, [54] хотя это редко случается из соображений практичности. [3] : 147
Как и любая схема HVDC, путь 27 должен быть заземлен с обоих концов, чтобы работать относительно земли. [56] [57] : 3 Заземление обеспечивает электрическому току общий путь обратно в землю , которая служит нейтральной точкой для цепи. [58] [59]
Даже при наличии мер безопасности и существенной отказоустойчивости на линии могут происходить и происходят сбои, поэтому заземление становится обходным путем для обеспечения постоянной надежности системы. [60] Если на одном полюсе возникает неисправность , его ток отводится через возврат через землю для замыкания цепи. [61] : 3 Это обесточивает проблемный проводник, в то время как второй полюс остается активным; [57] : 18 с технической точки зрения заземление позволяет линии электропередачи функционировать как монополь, а не как биполярный. [61] : 1 Однако это вдвое снижает общую пропускную способность линии. [61] : 3 Полюс также может быть отключен теми же способами для технического обслуживания, обеспечивая безопасность рабочих бригад. Это непредвиденное обстоятельство исключает необходимость отключения всей системы HVDC и прерывания источника питания, однако оно временно, поскольку возврат через землю в биполярной системе не предназначен для длительного использования. [62] [61] : 1–3
HVDC демонстрирует значительный потенциал , так что заземляющие устройства преобразователя на месте не могут выдержать его самостоятельно, а обратный ток в противном случае вызовет проблемы на электроустановке, включая быструю коррозию металла , [57] : 47–50 , поэтому узлы заземления устанавливаются в удаленных местах. [56] На пути 27 точка заземления преобразователя IPP расположена примерно в 22,2 милях (35,7 км) к юго-западу от клапанов (здесь), в то время как преобразователь Adelanto находится примерно в 53,85 милях (86,66 км) к северо-востоку (здесь) на краю плайи, известной как озеро Койот . [55] [63] [s] Эти места были выбраны отчасти из-за высокой проводимости внутри земляных минералов. [61] : 10–38 Каждый узел покрывает площадь приблизительно 0,25 квадратных миль (0,65 км 2 ).
В каждой точке заземления находится массив закопанных проводящих стержней, которые образуют электрод , отмечая фактический переход в землю для тока. Внутри электродов для Пути 27 находятся шестьдесят стержней [t], расположенных в круговом ободе диаметром около 3000 футов (910 метров) [55] и расположенных равномерно для наилучшего результата. [57] : 21 Каждый стержень расположен вертикально, чтобы достичь подземных слоев с наименьшим возможным сопротивлением : [56] [57] : 21, 74 Стержни электродов IPP имеют глубину 285 футов (87 метров), а Adelanto простираются на 200 футов (60 метров) вниз. [61] : 45 Стержни индивидуально заключены в перфорированную металлическую трубку или «колодец», чтобы замедлить коррозию. [57] : 23 Скважины заполнены нефтяным коксом для улучшения связи тока с почвой. [57] : 82 Кроме того, кокс регулирует тепло, которое стержень естественным образом выделяет при возникновении тока; [57] : 89 это делается для смягчения воздействия электрода на окружающую среду. [56] [57] : 79 Серия соединительных кабелей, расходящихся от центра круга, подает обратный ток в стержни. В центре на поверхности располагается небольшая конструкция, называемая клеммной коробкой , [61] : 42 которая также оснащена передатчиком, помогающим техникам контролировать работу электрода. [64] [57] : 133–136 «Глубоководный» вариант электродов Path 27 представляет собой разновидность электрода «кольцевого типа», который используется в других проектах HVDC, таких как система передачи электроэнергии через реку Нельсон в Канаде. [57] : 20
Преобразователи соединены с электродами парой токопроводящих кабелей, каждый из которых имеет толщину 1,407 квадратных дюймов (908 мм 2 ), чтобы обеспечить физический контакт с землей. Это электродные линии , [56] артерии для обратного тока — точнее, электродная линия переносит ток в терминальный дом, который затем вводит его через электрод. [57] : 135 Начиная с обоих концов, электродная линия проходит поверх главных опор Пути 27 вместо защитных проводов, прежде чем разветвляться вдоль отдельного набора стальных опор . Стальные опоры были выбраны из-за их устойчивости в жарких, засушливых местах. [65] Электродная линия для преобразователя IPP имеет общую длину 30 миль (48 км), а линия Аделанто простирается на 59 миль (95 км). [66] [61] : 45 Уникально то, что линия электродов Аделанто проходит под землей последние две мили (3,2 км) примерно до места заземления. [55] [64]
Электроды и электродные линии отличаются от « металлического возврата », который включал бы дополнительный третий проводник вдоль пролета Пути 27 — бывший HVDC Vancouver Island является примером. Такой метод, вероятно, был бы невозможен из-за его масштаба и величины. [67]
Следуя обычному потоку электроэнергии, Путь 27 начинается у электростанции Intermountain в Юте и ненадолго направляется на запад, прежде чем повернуть на юг, проходя над дуплексом US 50 / US 6 к западу от Хинкли . Линия постоянного тока проходит через легионы сухих бассейнов и высоких гор в штате на юго-западе; все время пересекая маршруты Юты 21 , 56 и 18 ; прежде чем достичь Невады примерно в 5,5 милях (8,9 км) к северу от северо-западного угла Аризоны , одновременно входя в пустыню Мохаве .
Внутри Невады тропа 27 пересекает Мормонскую гору , обходя Глендейл и пересекая реку Мадди . Она делит пополам земли резервации коренных народов реки Моапа [10] : 50, гл. 2 перед пересечением межштатной автомагистрали 15 около Кристала . Через долину Лас-Вегаса линия встречается с NV 564 , проходя через гору Френчмен , огибает Речные горы, обходя Хендерсон , и пересекает межштатную автомагистраль 11 на перевале Рейлроуд , прежде чем направиться в долину Эльдорадо . После пересечения хребта Маккалоу она спускается в долину Иванпа , пропуская Примм на севере и снова пересекая межштатную автомагистраль 15; вскоре после этого она входит в Калифорнию.
Путь 27 пересекает изолированные, часто пересеченные участки Высокой пустыни [10] : 4, гл. 5, а также встречается с CA 127 к северу от Бейкера . Теперь во Внутренней империи линия проходит через долину Виктор , где она пересекает Interstate 15 еще раз около Йермо , а также старые US 66 и Interstate 40 между Даггеттом и Ньюберри-Спрингс . Затем она встречается с CA 247 к югу от Барстоу . Около горы Белл Путь 27 встречается с Interstate 15 в последний раз, а затем со старым US 66 во второй раз и с US 395 около Оро-Гранде [10] : 7, гл. 5 перед тем, как достичь Аделанто , где линия достигает своего конечного пункта назначения — преобразовательной станции Аделанто . [55]
Многочисленные линии электропередачи переменного тока параллельны Пути 27 на всем его протяжении. [68] Цепь 345 кВ проходит рядом с линией постоянного тока, соединяя IPP и ветряную электростанцию около Милфорда . [4] Вторая цепь 345 кВ, ведущая к генерирующей станции Гарри Аллена, присоединяется к Пути 27 около Сидар-Сити . К северу от Мескита обе линии соединены линией 500 кВ, соединяющей выведенную из эксплуатации генерирующую станцию Навахо ; все три проходят в пределах видимости межштатной автомагистрали 15 до солнечной электростанции около Кристала. Затем ряд коридоров электропередачи 500 кВ следуют по Пути 27 через долину Лас-Вегаса к другому набору солнечных электростанций за пределами Боулдер-Сити . От долины Иванпа и далее еще две цепи 500 кВ и третья 287 кВ сопровождают Путь 27 через пустыню — эти три составляют Путь 46 WECC . [3] : 197 По Викторвиллю , Путь 27 разделяется от трех маршрутов переменного тока, но снова затеняется другими маршрутами с различным напряжением, прежде чем достичь кульминации в Аделанто. Прокладка нескольких маршрутов на одной и той же полосе отвода часто является предпочтительным вариантом, поскольку это занимает меньше земли на милю. [69]
Угольные электростанции на площадке IPP должны быть выведены из эксплуатации к 2027 году; [22] [70] это соответствует пожеланиям LADWP по снижению зависимости от ископаемого топлива в пользу более экологичной энергии . [7] К 2025 году завод будет заменен газовым объектом, специально предназначенным для сбора водорода , [71] и сопряженным как минимум с двумя солнечными фермами на близлежащих участках. [72] [73] [74] Источники будут вырабатывать 840 МВт и 300 МВт на пике, соответственно, или 1140 МВт в совокупности, что все еще ниже максимальной мощности Пути 27. Этот «проект обновления» также требует замены и активации обеих преобразовательных станций к июню 2026 года, [31] [43] [75] , а также усовершенствований Пути 27 для продления срока службы линии электропередачи . [76]
Агентство энергетики Intermountain Power Agency из Юты владеет угольной электростанцией и линией электропередачи, известной как Southern Transmission System.
Перегрузка при передаче
происходит, когда недостаточно возможностей передачи для поддержки всех запросов на услуги передачи, и для обеспечения надежности операторы передающей системы должны перераспределять генерацию или, в крайнем случае, отклонять некоторые из этих запросов, чтобы предотвратить перегрузку линий передачи.
Компания планирует частично заменить Intermountain на завод стоимостью 865 миллионов долларов, работающий на природном газе. ... Чиновники LADWP утверждают, что без традиционной электростанции в Intermountain у них не будет физической возможности транспортировать солнечную и ветровую энергию по линии электропередачи в Лос-Анджелес. Они также говорят, что надеются в конечном итоге использовать для питания газового завода чисто сгорающий водород, хотя эта технология все еще находится в стадии разработки и может оказаться непомерно дорогой.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )