2020-е годы имеют много общего с 1920-ми, если говорить о развитии электроэнергетики. Тогда электросети в основном работали на угле, который, безусловно, загрязнял окружающую среду, но обеспечивал стабильность крупных национальных энергосистем с электростанциями, которые часто работали без перебоев в течение длительных периодов времени. Затем появилась гидроэнергетика с ее удаленными генераторами электроэнергии. Инженеры-энергетики, пытаясь понять, как передавать энергию из отдаленных мест, разработали необычное устройство, называемое синхронным конденсатором. Уникальность конденсатора заключается в том, что, в отличие от традиционных вращающихся машин, таких как двигатель или генератор, он свободно вращается, не производя механической или электрической энергии.

Так что же делает конденсатор? Он управляет так называемой реактивной мощностью, также известной как «фантомная» мощность. Действительно, подобно самому Призраку Оперы — который когда-то бродил по туннелям под Парижским оперным театром — реактивная мощность таинственно собирается вокруг, прыгает и иным образом преследует энергосети. Если ее не контролировать должным образом, риск отключения электроэнергии возрастает. Сто лет назад конденсаторы решили проблему регулирования напряжения на высоковольтных линиях электропередачи на большие расстояния. Сегодня, с ростом популярности различных видов возобновляемых источников энергии, существует множество препятствий для доставки этой энергии потребителям тогда, когда они этого хотят — нужно контролировать гораздо больше «фантомной» мощности. И это вызывает устойчивый спрос, своего рода возрождение, на синхронные конденсаторы.

Саудовская Аравия, которая ставит целью к 2030 году производить 50% своей электроэнергии за счет возобновляемых источников, приступила к масштабному строительству солнечных электростанций и обнаруживает, что ей тоже нужны конденсаторы. Недавно Саудовская электроэнергетическая компания приняла решение стабилизировать электроэнергию, поступающую с многочисленных объектов возобновляемой энергетики по всей стране, с помощью синхронных конденсаторов от GE Vernova.

Синхронный конденсатор GE Vernova, используемый Statkraft, крупнейшим в Европе производителем электроэнергии из возобновляемых источников. Источник: Statkraft. Вверху: Панорама Эр-Рияда. Источник: Adobe Stock 

Интересно, что GE разработала первый конденсатор еще в 1919 году. В выпуске журнала GE Review за 1920 год освещается этот прорыв, совершенный в то время отделом инженерии переменного тока компании. Это было весьма кстати, поскольку США вступали в «эру больших плотин» — период интенсивного развития гидроэнергетики, длившегося три десятилетия, вплоть до 1960-х годов. Перенесемся от больших плотин к крупным солнечным электростанциям. По данным Управления энергетической информации, в Саудовской Аравии запланированы проекты в области возобновляемой энергетики общей мощностью более 21 гигаватта, большинство из которых связано с солнечной энергетикой.

Пьер Маркс, руководитель подразделения Power Conversion & Storage компании GE Vernova в Южной Европе, на Ближнем Востоке и в Африке, курирующий проект в Саудовской Аравии, любит подчеркивать, что растущее использование конденсаторов приносит дополнительную выгоду для энергетического перехода. Поскольку они не сжигают топливо, а работают на электричестве, конденсаторы начинают противодействовать недавней практике запуска турбин для выработки электроэнергии исключительно с целью обеспечения стабильности в энергосистеме. Конденсатор, как и турбина, объясняет Маркс, — это просто еще одна «большая вращающаяся машина». И «наличие больших вращающихся машин, подключенных к сети и стабилизирующих частоту, означает, что можно интегрировать больше источников возобновляемой энергии, используя меньше газовых, гидро- или угольных турбин исключительно для стабилизации. Просто требуется меньше больших машин, потому что конденсатор… стабилизирует частоту».

Аравийский полуостров. Источник: Adobe Stock 

Маркс говорит, что главная причина возрождения конденсаторов заключается в том, что, несмотря на множество других технологий, разработанных за последнее столетие для управления реактивной мощностью, нынешнее внедрение возобновляемых источников энергии настолько массивно, что для управления этой изменчивостью требуется более значительная противодействующая сила. Конденсаторы могут как поглощать реактивную мощность, когда ее слишком много, так и генерировать ее, когда ее слишком мало. Все это в совокупности воплощает мечту энергетиков об инерции — это модный термин, обозначающий стабильное напряжение и стабильный ток, которые поддерживают систему в благоприятном, работоспособном состоянии.

То, что конденсатор выступает в качестве настоящего помощника в деле декарбонизации, — отличная новость для энергетического перехода. Маркс объясняет, что новый спрос стимулирует не только рост доли возобновляемых источников энергии, но и сама электрификация — стремительный рост потребления электроэнергии по мере перехода все большего количества работ и услуг на электрическую платформу. «Вы получаете эту динамику, почти тройной эффект», — говорит он: рост доли возобновляемых источников, рост спроса на электроэнергию и необходимость идти в ногу с растущей потребностью в стабильности. Маркс говорит, что компания также активно занимается постоянным анализом, чтобы лучше предвидеть, где в ближайшем будущем по всему миру может вырасти спрос на конденсаторы. «У нас есть карта, которую мы обновляем», — говорит он.

Поскольку Саудовская Аравия располагает одними из самых дешевых запасов нефти в мире, страна традиционно использовала часть этого ресурса для производства электроэнергии. Это, мягко говоря, неэффективное использование нефти, как ясно признает амбициозная инициатива королевства «Видение 2030». Одним из объектов, выбранных для установки конденсаторов, является солнечная электростанция «Аль-Кахафа» в Восточной провинции, которая после завершения строительства в этом году станет одной из крупнейших солнечных электростанций в мире. Эта и другие установки конденсаторов будут следовать за различными солнечными и ветровыми проектами по мере их завершения в королевстве в течение следующих пяти лет.

Маркс отмечает, что после многих лет работы в глобальном энергетическом секторе он пришел к выводу, что «электросеть — это, пожалуй, одно из самых сложных сооружений, которые может построить человек. И я удивлен, насколько сложно ее понять». Действительно, большинство людей не знают, что сеть должна производить не только реальную энергию для использования людьми, но и «фантомную» энергию для самой сети. «Несколько лет назад мы, вероятно, рассматривали возможность вывода конденсаторов из эксплуатации. Сейчас мы возвращаемся к этой старой технологии, обновляем ее и сочетаем с новыми технологиями. Мы столкнулись с этой сложностью. И теперь мы получим максимальную производительность».

Источник