html{display:none} Бельгия интегрирует оффшорную ветроэнергетику в европейскую энергосистему | Schweitzer Engineering Laboratories

Бельгия интегрирует оффшорную ветроэнергетику в европейскую энергосистему

Бельгия — это небольшая европейская страна, которая славится не только своим шоколадом.

Парк гигантских ветряных турбин у побережья страны вырабатывает электроэнергию, которая питает не только материковую часть страны, но и Великобританию, расположенную примерно в 130 км от побережья Бельгии, на другом берегу Северного моря.

Масштабный проект интеграции ветряной энергии, разработанный бельгийской энергетической компанией Elia, был реализован в сжатые сроки и запущен в начале 2019 года без каких-либо сбоев. Благодаря ему возобновляемая энергия, генерируемая морским ветром, приносит пользу миллионам домов и бизнесов в Бельгии и за ее пределами.

«Интеграция энергии морского ветра в европейскую энергосистему повысила безопасность поставок электроэнергии для большого региона», — говорит брюссельский руководитель проекта Elia Родольф Хануиз.

Проект был реализован в сотрудничестве с компанией Schweitzer Engineering Laboratories (SEL). Чтобы уложиться в сжатые сроки, инженерам, техническим специалистам и другим сотрудникам SEL в разных странах приходилось работать сверхурочно.

Поскольку новая сеть не могла быть введена в эксплуатацию, пока компания SEL не внедрит специальную схему защиты (SPS), обеспечивающую стабильную подачу электроэнергии, «сроки требовали напряженной работы», — говорит Хануиз. «На карту было поставлено многое».

Во время стартового совещания по проекту в Бельгии он задавался вопросом, сможет ли SEL завершить схему SPS в такие короткие сроки, учитывая, что качество технических работ должно было быть очень высоким.

«Я не думал, что это возможно», — признается он.

Компания Elia — это бельгийский оператор системы высоковольтных линий электропередачи и одна из ведущих компаний на европейском энергетическом рынке.

Ветер перемен

Бельгия является одной из самых густонаселенных стран Европы. На территории площадью примерно 30 000 квадратных км проживает около 11,6 миллиона человек. В стране три официальных языка: голландский, французский и немецкий. В столице Бельгии Брюсселе находятся штаб-квартира НАТО и Европейский парламент.

Бельгийская сельская местность — это извилистые речные долины, холмы и зеленые леса. В городах средневековая архитектура и каналы перемежаются с современными кафе, художественными галереями и пивоварнями.

Энергия, генерируемая ветрами Северного моря, теперь используется в миллионах домов и бизнесов Бельгии.

View Gallery

Несмотря на небольшой размер, Бельгия имеет высокоразвитую экономику и является крупным экспортером различных товаров, от автомобилей и компьютеров до великолепного шоколада и высококачественного пива.

Не так давно страна испытала порыв «встречного ветра». Правительство страны, которая более полувека широко использовала атомную энергетику, постановило к 2025 году вывести из эксплуатации семь реакторов, чей срок службы насчитывал десятки лет. Правительство также поставило целью обретение энергетической независимости и снижение выбросов углекислого газа за счет сокращения импорта ископаемого топлива и использования возобновляемых источников энергии.

«Это решение было частью более крупного проекта перехода к использованию возобновляемых источников энергии на уровне Европейского союза», — говорит Хануиз, руководящий сотрудник компании Elia - предприятия, которое владеет и управляет сетью энергоснабжения Бельгии и отвечает за импорт и экспорт электроэнергии в соседние страны.

Как Бельгия могла бы обеспечить надежные поставки чистой энергии с учетом долгосрочной перспективы?

Используя сильные, устойчивые ветры, дующие с берега.

Новые технологии и снижение затрат

Сегодня у побережья Бельгии установлены 318 ветряных турбин, что делает Бельгию четвертым по величине производителем оффшорной ветровой энергии в мире (по данным отраслевой организации WindEurope). Возвышаясь на высоту 58 этажей над уровнем Северного моря, эти турбины способны вырабатывать 8000 гигаватт-часов электроэнергии ежегодно, что достаточно для энергоснабжения 2 миллионов домов.

Эти похожие на вентилятор конструкции, «ловят» постоянно дующие сильные морские ветры, позволяя турбинам непрерывно вырабатывать энергию. Турбины размещены в зоне, удаленной от побережья на 22–53 км, поэтому морские виды остаются доступными для обозрения как бельгийцам, так и туристам.

Эти факторы в сочетании с техническими достижениями, значительно снижающими стоимость оффшорной ветровой энергии, способствуют росту популярности отрасли в Европе, говорит Хануиз.

«Постепенно морской ветер становится нашим основным энергетическим ресурсом», — отмечает он.

«Elia видит будущее Бельгии в расширении использования возобновляемых источников энергии», — говорит руководитель проектов Elia Родольф Хануиз.

С моря - в Бельгию и Великобританию

Как энергия, производимая ветряными турбинами, проходит многие километры вглубь суши, туда, где она нужна? Сначала она передается по кабелям, проложенным по дну океана, на морскую распределительную платформу, принадлежащую и управляемую компанией Elia. Оттуда она проходит через другую сеть подводных кабелей к подстанциям на бельгийском побережье.

Оттуда по новому коридору передачи напряжением 380 кВ компании Elia электроэнергия доставляется на материковую часть Бельгии. Кроме того, коридор дает возможность передавать до 1000 МВт электроэнергии между Бельгией и Великобританией по высоковольтной линии электропередачи постоянного тока. В ходе совместного проекта Elia и государственной энергетической системы Великобритании по морскому дну был проложен подводный кабель длиной 130 км.

Но несмотря на то, что прокладка кабеля была завершена и он был испытан в конце прошлого года, инженеры не могли приступить к его использованию до внедрения схемы SPS.

«Количество энергии, которое может было передано по коридору передачи, как от морских ветряных электростанций, так и от высоковольтной линии электропередачи постоянного тока, эквивалентно энергии, вырабатываемой тремя ядерными реакторами», — поясняет Хануиз.

Это означает, что, если сильный шторм вызовет неисправность, стабильность энергоснабжения может быть нарушена.

Чтобы избежать отключений электроэнергии, требовалась схема SPS, чтобы обнаружить и быстро реагировать на аномальные условия в коридоре. Для этого Elia выбрала неевропейскую компанию.

«Мы выбрали компанию Schweitzer Engineering по двум основным причинам, — говорит Хануиз. - Она предложила самое эффективное решение с использованием высокотехнологичных реле. Мы также приняли во внимание, что она уже реализовывала сопоставимые проекты по внедрению схем SPS в других странах, в частности, в Грузии и Уругвае, и результаты внедрения были очень впечатляющими».

Время не ждет

Проект по внедрению схемы SPS требовал не только отличного сочетания опыта и технологий — он требовал спешки. Команда, состоящая из инженеров SEL и специалистов Elia, должна было завершить работы меньше, чем за 10 месяцев.

«Обычно реализация такого проекта заняла бы полтора года или даже дольше, — объясняет специалист SEL Милинд Маличкар, технический руководитель проекта SPS. — Поэтому мы засели в комнате с графиком работ и разбили его по неделям и дням. Мы проанализировали каждый этап в поисках способов, как сэкономить время без снижения качества и применить быстрые новаторские методы для выдачи решения».

В национальной диспетчерской Elia, или центре управления, Родольф Хануиз и специалист SEL Милинд Маличкар изучают прогнозный график выработки ветряной энергии. Справа подсвечена электросеть Бельгии.

Сжатые сроки выполнения были необходимы для защиты бельгийской энергосети от нестабильности после введения в эксплуатацию высоковольтной линии электропередачи постоянного тока, запланированного на конец января 2019 года. Это было также необходимо для предотвращения возможной нехватки энергии в самое холодное в Бельгии время года. После того, как несколько ядерных реакторов были выведены из эксплуатации для проведения технического обслуживания, «было крайне важно, чтобы наша страна имела дополнительные мощности импорта энергии на случай, если холодный сезон окажется затяжным», — объясняет Хануиз.

Над проектом SPS также работали сотрудники SEL в филиалах SEL в Испании, Мексике и США, чтобы выполнить задачи SPS вовремя, в рамках бюджета и с высоким качеством. Чтобы уложиться в крайний срок 31 января, Маличкар и его инженерная группа провели в Бельгии несколько недель, вводя в эксплуатацию схему SPS.

«От этого проекта зависело многое, — говорит Маличкар. — Было ощущение срочности, и мы все это понимали».

На новый уровень

Работая сверхурочно, сотрудники филиала SEL в Мексике изготовили большие панели, на каждой из которых было установлено оборудование SEL, а именно, система защиты, автоматизации и управления ячейками SEL-451, контроллер автоматизации в режиме реального времени SEL-3555 (RTAC) и модуль логического управления SEL-2240 Axion.

Специалисты также установили устройство с технологией, которое дает системе защиты Elia преимущество по сравнению с другими: коммутатор программно-определяемой сети SEL-2740S. Коммутатор и поддерживающее его программное обеспечение дают возможность развернуть программно-определяемую сеть (SDN) для обеспечения безопасного обмена данными между сетями подстанций.

В 2016 году SEL стала первой компанией, выпустившей SDN-решение для электрических подстанций. Три года спустя при работе над проектом Elia ее инженеры применили новый вариант этого решения.

«Это был первый раз, когда мы использовали SDN-коммуникации для проекта SPS, — говорит Дерек ДеВальд, менеджер проектов SEL. — Мы интегрировали оборудование и программное обеспечение совершенно новым способом».

SDN, предварительно запрограммированная согласно требованиям Elia, будет обеспечивать связь от подстанции к подстанции и мониторинг состояния сети с быстродействующей передачей сообщений, используя протокол GOOSE. Протокол GOOSE становится все более и более распространенным, поскольку все большее число электроэнергетических компаний переходят на стандарт МЭК 61850 - международный стандарт на основе Ethernet для сетей на подстанциях.

Реализованное на основе Ethernet решение SDN компании SEL предлагает более высокие уровни безопасности, управляемости и производительности, чем традиционные сети.

Узнайте больше о SDN

Программно-определяемые сети (SDN) были интегрированы в проект SPS для повышения уровня кибербезопасности.

Неожиданные результаты

Когда листья в Бельгии стали золотисто-красными, в филиале SEL в Мексике было завершено изготовление панелей, а затем выполнена проверка их качества. Затем они были отправлены в штаб-квартиру в город Пулмен, штат Вашингтон, для проведения тщательного двухнедельного программно-аппаратного тестирования.

«Здесь мы прогоняем все оборудование через разные сценарии моделирования, чтобы проверить, как схема SPS будет реагировать в реальных условиях эксплуатации», — объясняет Маличкар. Например, цифровое моделирование в режиме реального времени использовалось для моделирования ветряных электростанций, линии высокого напряжения постоянного тока и коридора передачи, чтобы инженеры могли видеть, насколько быстро схема SPS реагирует на различные нештатные ситуации в энергосистеме.

Ожидалось, что во время тестирования схема SPS обнаружит аномальные условия и инициирует корректирующие действия в течение 40 миллисекунд, как было указано в техзадании Elia.

Но результат превзошел ожидания. На это потребовалось всего 20 миллисекунд.

«Это было не только быстрее, чем ожидала Elia. Это было быстрее, чем ожидали мы, — говорит Маличкар. — Тестирование дало нам подтверждение и новую уверенность в том, что проект движется в правильном направлении».

После того как схема SPS была испытана и готова к развертыванию без превышения бюджета, каждая полностью оснащенная необходимым оборудованием панель была тщательно упакована в Центре доставки SEL для авиаперевозки в Бельгию.

Хануизи и Маличкар осматривают на подстанции распределительное устройство с газовой изоляцией. Ниже: задняя и передняя часть панели, оснащенной устройствами SEL, составляющими схему SPS.

View Gallery

Между тем уже скоро первые снежинки должны были упасть на высокие горы бельгийских Арденн. Зима приближалась, как и январский срок выполнения проекта.

После установки и проведения последующих испытаний непосредственно в Бельгии 25 января система защиты была успешно введена в эксплуатацию. Когда часы пробили полночь 31 января, высоковольтная линия электропередачи постоянного тока была запущена в коммерческую эксплуатацию.

На следующий день международное информационное агентство Reuters опубликовало соответствующую новость. В ней были процитированы слова Джона Петтигрю, исполнительного директора государственной энергетической системы Великобритании : «Соединительные линии, такие как высоковольтная линия электропередачи постоянного тока, являются идеальным инструментом передачи возобновляемой энергии от места ее производства к месту ее использования».

Сила ветряных турбин

Сегодня, когда кто-то щелкает выключателем в Брюгге, Бельгия, или в Кенте, Англия, электричество, питающее лампочку, скорей всего, проходит через коридор передачи Elia. С помощью схемы SPS Elia может отслеживать признаки, свидетельствующие о неисправностях, и быстро реагировать до того, как неисправность приведет к отключению подачи энергии.

По словам специалиста SEL ДеВальда, работающие совместно устройства SEL помогают обеспечить стабильность и безопасность энергосистемы.

«Мы помогли интегрировать и стабилизировать поставки возобновляемой энергии из нового источника, ставшего частью европейской энергосистемы, — сказал он. — Мы очень гордимся этим».

По словам Хануиза, когда к 2020 году в эксплуатацию будут введены еще две ветряные электростанции, доля энергии, генерируемой морским ветром, будет составлять более 10 процентов в структуре энергобаланса Бельгии.

«И это только первый шаг, — говорит он. — Схема SPS открыла нам путь к интеграции большего количества источников зеленой энергии в будущем». К 2024 году планируется установить дополнительные турбины, с введением в эксплуатацию которых ветряные электростанции будут способны вырабатывать 14 тераватт-часов в год, что «достаточно для электроснабжения 85 процентов всех бельгийских домохозяйств», — поясняет он.

И когда сильный шторм разразится в следующий раз, благодаря схеме SPS конечные потребители — будь то производитель шоколада, производитель автомобилей или фермер, выращивающий картофель — вместо отключения электроэнергии увидят лишь небольшое мерцание света.

—Конец—


Микросетевое решение получает высшие баллы в университетском городке

ЧИТАТЬ ИСТОРИЮ
Микросетевое решение получает высшие баллы в университетском городке

Инновации, упорство и новое начало

ЧИТАТЬ ИСТОРИЮ
Инновации, упорство и новое начало