Путь 27 , также называемый Межгорной [c] или Южной системой передачи ( STS ), [4] [5] [6] представляет собой линию электропередачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) , идущую от угольной Межгорной электростанции. недалеко от Дельты, штат Юта , до преобразовательной станции Аделанто в Аделанто, штат Калифорния , на юго-западе США . Она была установлена шведской компанией Asea и введена в эксплуатацию в июле 1986 года. Система предназначена для передачи электроэнергии, вырабатываемой на электростанции в штате Юта, в районы по всей Южной Калифорнии . Он принадлежит и управляется Intermountain Power Agency , кооперативом, состоящим из шести городов района Лос-Анджелеса , крупнейшим участником которого является Департамент водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса (LADWP), и 29 небольших муниципалитетов штата Юта. [7] [8]
Путь 27 состоит из воздушной линии электропередачи длиной 488 миль (785 км), [d] и способен передавать до 2400 мегаватт (МВт) электроэнергии при напряжении ±500 киловольт (кВ), [b] [e] выше, чем эксплуатационная мощность электростанции 1900 МВт. Результирующий максимальный ток составляет 4800 ампер . [f] Учитывая свою длину, постоянный ток (DC) предпочтительнее более распространенного переменного тока (AC), поскольку он позволяет электрической энергии перемещаться 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, сплетенных вместе ; это сделано для уменьшения воздействия электромагнитных помех и повышения производительности линии электропередачи. На каждом конце линии находится преобразовательная станция , которая преобразует переменный ток в постоянный на одной стороне и обратно на другой. Каждая клемма также имеет выделенное заземление , которое соединено электродной линией с местом заземления вдали от преобразователей, чтобы обеспечить достаточный возврат заземления ; это помогает защитить основную линию и оборудование от неисправностей и позволяет системе работать на частичной мощности.
Участки пути 27 параллельны многим другим линиям электропередачи переменного тока, в том числе линиям 500 кВ. Линию также можно увидеть с межштатной автомагистрали 15 , которую она пересекает несколько раз на своем пути. [10] : 14, гл. 9 Преобразовательные подстанции HVDC линии будут заменены в рамках проекта по перепрофилированию Межгорной электростанции в установку по сжиганию водорода . Ожидается, что станции будут запущены в эксплуатацию к июню 2026 года.
Высокие напряжения обычно необходимы для передачи большого количества электроэнергии на огромное расстояние, а также минимизируют количество энергии, теряемой на сопротивление в проводящих кабелях как побочный продукт сильного тока ; то есть повышение напряжения снижает силу тока в цепи в соответствии с законом Ома . [11] В то время как на маршрутах передачи высокого напряжения обычно используется трехфазный переменный ток (AC) для перемещения электроэнергии туда и обратно, линии высокого напряжения постоянного тока (HVDC), такие как Path 27, передают энергию в только одно направление. Постоянный ток (DC) также приводит к меньшим потерям энергии, чем переменный ток, на том же расстоянии; [12] Другими словами, постоянный ток может поддерживать электроэнергию гораздо дальше, чем переменный ток, для чего могут потребоваться промежуточные станции или «отводы» на маршруте. [13] Еще одним недостатком переменного тока является то, что мощность имеет тенденцию течь по внешнему слою проводника – явление, называемое « скин-эффектом ». DC избегает этой проблемы; он позволяет мощности проникать по всей толщине проводника для достижения оптимальной мощности. [14] Наконец, для Пути 27 была выбрана схема постоянного тока, поскольку стоимость передачи мощности на расстояние ниже, чем при использовании переменного тока, [13] который лучше всего экономически подходит для более коротких участков. [15] [16] [g] HVDC также дешевле, поскольку в нем используется менее трех проводников, что приводит к использованию меньшего количества материалов и, как следствие, к снижению стоимости используемой инфраструктуры и оборудования. [12] [17]
Asea , транснациональный поставщик электроэнергии, базирующийся в Швеции , руководил строительством и поставками для Path 27, а также был основным спонсором строительства линии электропередачи. [18] Номер в «Пути 27» присваивается Западным координационным советом по электроэнергетике (WECC), который контролирует сеть электропередачи на американском Западе , чтобы отличить эту линию от других важных маршрутов передачи . [3] : 4–5 В отчете за 2010 год указано, что Путь 27 также был самым перегруженным электрическим путем на территории WECC, [19] хотя система способна справиться с такой интенсивной нагрузкой. [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 штата Юта (среди них два пригорода Солт-Лейк-Сити и Логан как самый северный участник) и шесть городов Южной Калифорнии . [20] [8] Кооператив был основан вокруг этой миссии:
[Миссия Intermountain Power Agency] состоит в том, чтобы использовать свои активы для предоставления надежных, экономичных и юридически соответствующих энергетических продуктов и услуг на благо своих покупателей, членов и других заинтересованных сторон, что включает в себя поставку готовых резервов энергетических ресурсов и поддержку прямой и мультипликативной экономической деятельности. вклад в развитие сельских общин и государства.
— МПА
Среди его целей — направление избыточной энергии общинам Южной Калифорнии; Путь 27 был построен для достижения этой цели. Первым клиентом SoCal по численности населения в списке является Департамент водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса (LADWP), ведущий поставщик коммунальных услуг в Лос-Анджелесе , который также получает наибольшую долю электроэнергии по плану , опережающему Анахайм , Риверсайд , Пасадину , Бербанк. , [21] и Глендейл (как показано в таблице ниже). В целом эти члены приобретают наибольшую долю энергии в рамках IPA. [22]
Самая ранняя концепция «Пути 27», вероятно, возникла в 1973 году, что совпало с энергетическим кризисом того десятилетия, охватившим США. ICPA) собрались с местными жителями Южной Калифорнии в поисках новых источников энергии и инвесторов. [10] : 1, гл. 1 IPA создана в июне 1977 года. [23]
Важным шагом на пути 27 стал проект «Межгорная электростанция» (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 [ч] Кейнвилл в округе Уэйн , штат Юта, был одним из нескольких мест, предложенных для строительства электростанции, [10] : 55, гл. 1 до того, как обосноваться на участке к северу от Дельты в округе Миллард или к западу от Линдил , как указано в санкции. [10] : 77, гл. 8 После прохождения экологических проверок 9 октября 1981 года генератор был запущен в эксплуатацию с первоначальным капиталом в 300 миллионов долларов . [i] Первоначальный план предусматривал строительство четырех тепловых агрегатов , кроме 750 МВт, [10] : 6, гл. 1 , но оно снизилось до двух из-за опасений по поводу резкого спроса на электроэнергию. [20] [25] Первый блок генератора был установлен 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 агрегат был запущен 13 июня 1987 года, выведя станцию на максимальную мощность в 1500 МВт. [23] В 1989 году его производительность будет увеличена до нынешних 1900 МВт, [4] [26] что сделает электрический генератор крупнейшим в Юте по выходной мощности . [27]
Завершение этого большого и сложного проекта в срок – это заслуга продуктивной рабочей силы и отличных подрядчиков.
Майк Понтиус, Клиппер округа Дэвис [23]
Однако «Путь 27» полностью материализовался, когда 1 мая 1984 года началось строительство линии электропередачи, и на его завершение ушло чуть больше шестнадцати месяцев. [28] [j] Различные американские подрядчики были привлечены к работе по определенным аспектам и участкам линии; например, одно предприятие из Джорджии построило 239 миль (385 км) от Аделанто, Калифорния, до Моапы, Невада , а другое из Миссисипи взяло на себя оставшиеся 250 миль (400 км) до Дельты; [23] , но, пожалуй, наиболее заметные обязательства по этому проекту «под ключ» лежали на компании Asea , [k], которая импортировала токопроводящие кабели и детали для опорных пилонов из оцинкованной стали [10] : 44, гл. 1, который будет собран на месте. Один этап предусматривал закладку цементных фундаментов пилонов , [10] : 48, гл. 1 , средняя глубина каждого пилона составляет двадцать футов (6,1 м), а форма различается в зависимости от высоты и веса башни. [23] Газеты сообщали, что скалистая, неровная местность часто затрудняла доступ и, вероятно, требовала обильных раскопок и даже подрыва динамита . Всего на работы было задействовано шестьсот рабочих. [23] Линия вступила в коммерческую эксплуатацию в июле 1986 года [6] после возгорания первого угольного агрегата электростанции, хотя документ LADWP свидетельствует, что она могла быть под напряжением уже в декабре 1985 года. [29] В зависимости от по официальным данным и новостным сообщениям, общая стоимость составила 1,1 миллиарда долларов. [1]
Наконец, не менее важной частью Трассы 27 являются две преобразовательные станции ( см. ниже ), которые были открыты вместе с магистралью передачи и имеют жизненно важное значение для ее функциональности. Преобразователь IPP был установлен вместе с электрогенератором, а второй преобразователь в Аделанто и тангенциальная распределительная станция начали подниматься 26 мая 1985 года и завершили работу в июне 1986 года [30] как раз вовремя, чтобы получить свежеприносимую энергию из-за границы. LADWP руководил строительством объединенного объекта и поручил Asea отвечать за оборудование. [18] [к]
С момента своего создания в конце века «Путь 27» претерпел обновления и усовершенствования, включая последнее распространение IPP. По заказу LADWP и Southern California Edison компании ABB Group и Hitachi Energy модернизировали линию электропередачи в 2008 и 2011 годах соответственно, улучшив технологии управления и защиты [l], а также дополнительные фильтры и системы охлаждения на каждом терминале. [4] [2] Это помогло поднять мощность линии электропередачи до современного уровня в 2400 МВт. [31]
Основным компонентом Пути 27 является сама линия электропередачи , длина которой составляет 488 миль (785 км) [d] полностью над землей через юго-запад Юты , южную Неваду и южную Калифорнию . Он оказывает напряжение ±500 кВ [32] [b] и рассчитан на 2400 МВт, [33] что дает ему максимальный номинальный ток 4800 ампер; [f] для сравнения, Межгорная электростанция (IPP) вырабатывает до 1900 МВт, что повышает отказоустойчивость линии . В отличие от трех фаз, Путь 27 имеет два полюса ; один положительный ( катод ) и другой отрицательный ( анод ); [17] сделали это биполярной конфигурацией. [34] [35] В большинстве систем HVDC мощность может передаваться в любом направлении; [36] Путь 27 при нормальных обстоятельствах транспортирует электроэнергию из Юты в Калифорнию. [24] : 2
Любой проводящий материал генерирует электромагнитное излучение всякий раз, когда через него проходит электричество. Одиночный кабель, по которому проходит такое высокое напряжение, будет производить особенно сильное излучение в виде коронного разряда [14] , которое может лишить электричества и вызвать электромагнитные помехи в устройствах радиосвязи и связи. [37] По этой причине проводники пути 27 состоят из трех кабелей, скрепленных вместе или сплетенных в тройной жгут . Это не только снижает вредное воздействие разряда, [38] также обеспечивает большую площадь поверхности для прохождения энергии, тем самым повышая эффективность передачи. [39] Каждый кабель состоит из алюминиевых жил, охватывающих стальной сердечник для обеспечения прочности и долговечности, [40] а ширина композитного материала составляет 1,8 дюйма (46 мм) . [10] : 44, гл. 1
Два экранирующих провода монтируются над основными проводниками и распределяются по одним и тем же опорным пилонам. Эти провода защищают линию электропередачи от ударов молнии. [41] [м]
По обеим сторонам Пути 27 имеется преобразовательная подстанция , которая соединяет электроэнергию между цепями переменного и постоянного тока и повсеместно используется в проектах HVDC по всему миру. [42] Преобразователи расположены на станции IPP к северу от Дельты, штат Юта , и на преобразовательной станции Аделанто в Аделанто , к северу от Сан-Бернардино, Калифорния . [20] [43]
Суть процесса преобразования заключается в группах электронных клапанов , которые процедурно изменяют поток электричества аналогично переключателям . [44] Тип клапанов на пути 27 — тиристорный , [45] технология, популярная в системах высокого напряжения постоянного тока с конца 1960-х годов. [46] [47] Конфигурация клапанов идентична для обоих конвертеров: 24 стопки высотой около 50 футов (15 м) по 24 клапана в каждой (или три « четверных клапана »), [46] организованные в двенадцать модулей [30] — один вентиль содержит 144 тиристора. [n] В целях резервирования клапаны на обоих терминалах сгруппированы по два на шесть; если один из них отключен, другой может компенсировать слабину сверх назначенной мощности в течение ограниченного периода времени. [30] Вся сборка размещена в похожем на ангар корпусе, называемом клапанным залом , который защищает ее от непогоды и переносимой по воздуху пыли. [48] Клапаны прикреплены к высоким изоляторам, которые отделяют их от внутренних стен, пола и потолка; Это делается для предотвращения индукции и преждевременного заземления , а также для облегчения охлаждения . [49] Клапанные залы Пути 27 также защищены от землетрясений.
Поскольку преобразователь IPP находится рядом с электростанцией , электричество обычно подается в линию высокого напряжения постоянного тока с этой конечной точки. Поступлению мощности в систему предшествует ряд трансформаторов [50] , повышающих уровень напряжения до 500 кОм . Затем он проникает в клапанный зал через огромные втулки , защищающие здание от повреждений, вызванных искрением . Внутри зала клапаны перенаправляют электрический поток от переменного тока к постоянному в рамках сложного процесса, называемого выпрямлением . [o] В цепи 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 отмечает приемный конец линии HVDC и имеет относительно такую же компоновку, но механизм преобразования обратный. Помимо другого набора реакторов и фильтров, входящая мощность поступает в клапанный зал и заново передается в схему переменного тока — это инверсия , [p] и она блокирует любой обратный поток энергии по кабелю переменного тока от достижения клапанов, обеспечивая однонаправленное движение. [44] Электричество проходит через второй ярус трансформаторов, а затем попадает в расходящиеся линии переменного тока, которые распределяются по окрестностям. [52] [51] [д]
В идеале, путь 27 может работать в противоположном направлении, при этом клемма Adelanto становится выпрямителем, а IPP — инвертором, [54] , хотя из соображений практичности это происходит редко. [3] : 147
Как и любая схема HVDC, путь 27 необходимо заземлять на обоих концах, чтобы он мог работать относительно земли. [56] [57] : 3 Заземление обеспечивает общий путь электрического тока обратно в землю , которая служит нейтральной точкой для цепи. [58] [59]
Даже при наличии мер безопасности и значительной отказоустойчивости сбои на линии могут произойти и случаются, поэтому заземление становится обходным путем для обеспечения постоянной надежности системы. [60] Если на одном полюсе возникает неисправность , его ток отводится через заземление, замыкая цепь. [61] : 3 При этом проблемный провод обесточивается, при этом второй полюс остается активным; [57] : 18 С технической точки зрения заземление позволяет линии электропередачи функционировать как монополь , а не как биполяр. [61] : 1 Однако это снижает общую пропускную способность линии вдвое. [61] : 3 Столб также можно отключить тем же способом для технического обслуживания, обеспечивая безопасность рабочих бригад. Этот непредвиденный случай исключает необходимость отключения всей системы HVDC и отключения источника питания, однако он носит временный характер, поскольку возврат заземления в биполярной системе не предназначен для длительного использования. [62] [61] : 1–3
Высокое напряжение постоянного тока обладает значительным потенциалом , так что заземляющие устройства преобразователя на месте не могут выдержать его в одиночку, а обратный ток в противном случае может вызвать проблемы на электроустановке, включая быструю коррозию металла , [57] : 47–50, поэтому узлы заземления устанавливаются на удалении. локации. [56] На пути 27 точка заземления преобразователя IPP расположена примерно в 22,2 мили (35,7 км) к юго-западу от клапанов (здесь), а преобразователь Adelanto — примерно в 53,85 мили (86,66 км) к северо-востоку (здесь) на краю. Плайя, известная как Озеро Койот . [55] [63] [s] Эти пятна были выбраны отчасти из-за высокой проводимости земных минералов. [61] : 10–38 Каждый узел занимает площадь примерно 0,25 квадратных миль (0,65 км 2 ).
В каждой точке заземления находится ряд заглубленных проводящих стержней, которые образуют электрод , обозначающий фактический переход тока в землю. Внутри электродов находятся 60 стержней [t] , расположенных по кругу диаметром около 3000 футов (910 метров) [55] и расположенных равномерно для достижения наилучшего результата. [57] : 21 Каждый стержень размещается вертикально, чтобы достичь подземных слоев с наименьшим возможным удельным сопротивлением : [56] [57] : 21, 74 Электродные стержни IPP имеют глубину 285 футов (87 метров), а электроды Adelanto простираются на 200 футов (60 метров). ) вниз. [61] : 45 Стержни индивидуально заключены в перфорированную металлическую трубку или «колодец» для замедления коррозии. [57] : 23 Скважины заполнены нефтяным коксом , чтобы улучшить связь тока с почвой. [57] : 82 Кроме того, кокс регулирует тепло, которое естественным образом излучает стержень при индуцировании тока; [57] : 89 это сделано для смягчения воздействия электрода на окружающую среду. [56] [57] : 79 Ряд соединительных кабелей , исходящих из центра круга, подают обратный ток на стержни. В центре поверхности находится небольшая конструкция, называемая терминалом , [61] : 42 , которая также оснащена передатчиком, помогающим техническим специалистам контролировать работу электрода. [64] [57] : 133–136 Установка электродов Path 27 в виде «глубокого колодца» представляет собой разновидность электродов «кольцевого типа», используемых в других проектах HVDC, таких как система электропередачи реки Нельсон в Канаде. [57] : 20
Преобразователи соединены с электродами парой проводящих кабелей, каждый из которых имеет толщину 1,407 квадратных дюймов (908 мм 2 ), что обеспечивает физический контакт с землей. Это электродные линии , [56] артерии для обратного тока — точнее, электродная линия переносит ток к клеммной колодке, которая затем подает его через электрод. [57] : 135 Начиная с обоих концов, линия электродов проходит по основным опорам Пути 27 вместо экранирующих проводов, а затем разветвляется вдоль отдельного набора стальных опор . Стальные опоры были выбраны из-за их устойчивости в жарких и засушливых регионах. [65] Электродная линия для преобразователя IPP имеет общую длину 30 миль (48 км), а линия Adelanto простирается на 59 миль (95 км). [66] [61] : 45 Уникально то, что электродная линия 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 предполагает дополнительный третий проводник на протяжении Пути 27 — примером может служить бывший остров Ванкувер HVDC . Такой метод, вероятно, был бы неосуществим из-за его масштабов и масштабов. [67]
Следуя обычному потоку энергии, Путь 27 начинается у Межгорной электростанции в штате Юта и ненадолго направляется на запад, а затем поворачивает на юг, проходя через дуплекс US 50 / US 6 к западу от Хинкли . Линия постоянного тока проходит через легионы засушливых бассейнов и высокие горы на юго-западе штата; все время пересекая шоссе 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 Путь 27 пересекает Мормонскую гору , минуя Глендейл и пересекая реку Мадди . Он делит пополам земли резервации коренных народов реки Моапа [10] : 50, гл. 2 перед пересечением межштатной автомагистрали 15 возле Кристала . Через долину Лас-Вегаса линия пересекает NV 564 , проезжая через гору Френчмен , пересекает Речные горы, минуя Хендерсон , и пересекает межштатную автомагистраль 11 на железнодорожном перевале , а затем направляется в долину Эльдорадо . Пересекая хребет Маккалоу , он спускается в долину Иванпа , минуя Примм на севере и снова пересекая межштатную автомагистраль 15; вскоре после этого он попадает в Калифорнию.
Путь 27 проходит через изолированные, труднопроходимые участки Высокой пустыни [10] : 4, гл. 5 , а также столкнулся с CA 127 к северу от Бейкера . Теперь во Внутренней Империи линия проходит через долину Виктора , где она еще раз пересекает межштатную автомагистраль 15 возле Йермо , а также старую автомагистраль США 66 и межштатную автомагистраль 40 между Даггеттом и Ньюберри-Спрингс . Затем он встречает CA 247 к югу от Барстоу . В районе Белл-Маунтин шоссе 27 в последний раз встречается с межштатной автомагистралью 15, а затем во второй раз со старым шоссе US 66 и шоссе US 395 возле Оро-Гранде [10] : 7, гл. 5 до достижения Аделанто , где линия достигает конечного пункта назначения — конвертерной станции Аделанто . [55]
Многочисленные линии электропередачи переменного тока параллельны Пути 27 на всем его протяжении. [68] Цепь напряжением 345 кВ проходит рядом с линией постоянного тока, соединяющей IPP и ветряную электростанцию недалеко от Милфорда . [4] Вторая цепь напряжением 345 кВ, ведущая к электростанции Гарри Аллена, присоединяется к Пути 27 возле Сидар-Сити . К северу от Мескита оба соединены линией напряжением 500 кВ, соединяющей выведенную из эксплуатации электростанцию Навахо ; все трое едут в пределах видимости от межштатной автомагистрали 15 до солнечного парка возле Кристала. Затем ряд коридоров электропередачи напряжением 500 кВ следует по Пути 27 через долину Лас-Вегаса к еще одной группе солнечных электростанций за пределами Боулдер-Сити . Начиная с долины Иванпа, еще две цепи на 500 кВ и третья на 287 кВ сопровождают Путь 27 через пустыню — эти три составляют Путь 46 WECC . [3] : 197 У Викторвилля , Путь 27 отделяется от трех маршрутов переменного тока, но снова затеняется другими маршрутами различного напряжения, прежде чем достичь кульминации в Аделанто. Часто предпочтительнее прокладывать несколько цепей на одной полосе отвода, поскольку это требует меньше земли на милю. [69]
Угольные электростанции на площадке ИПП должны быть выведены из эксплуатации к 2027 году; [22] [70] это соответствует желанию LADWP уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива в пользу более зеленой энергетики . [7] К 2025 году электростанция будет заменена на газовую установку , специально предназначенную для сбора водорода , [71] и в сочетании как минимум с двумя солнечными электростанциями на близлежащих участках. [72] [73] [74] Источники будут производить 840 МВт и 300 МВт в пике соответственно или 1140 МВт в сумме, что все еще ниже максимальной мощности Пути 27. Этот «проект обновления» также предусматривает замену и ввод в эксплуатацию обеих преобразовательных станций к июню 2026 года, [31] [43] [75], а также усовершенствование пути 27 для продления срока службы линии электропередачи . [76]
Межгорное энергетическое агентство штата Юта владеет угольной электростанцией и линией электропередачи, известной как Южная система электропередачи.
Перегрузка при передаче
возникает, когда мощности передачи недостаточно для поддержки всех запросов на услуги передачи, и для обеспечения надежности операторы систем передачи должны повторно распределять генерацию или, в крайнем случае, отклонять некоторые из этих запросов, чтобы предотвратить повреждение линий электропередачи. перегружен.
Коммунальное предприятие планирует частично заменить Intermountain электростанцией стоимостью 865 миллионов долларов, работающей на природном газе. ... Должностные лица LADWP утверждают, что без традиционной электростанции в Интермаунтин 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 заправить газовый завод экологически чистым водородом, хотя технология все еще находится в стадии разработки и может оказаться непомерно дорогой.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )