Подстанция малой мощности 110/0,4 кВ, как элемент электроснабжения зарядной инфраструктуры

Михаил Бабушкин: ИК ООО «Экспертный центр технологических решений»

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания, или, как их еще называют, топливные, стали неотъемлемой частью каждого жителя Земли, но запасы нефтяных ресурсов не бесконечны. Именно поэтому еще в начале XX века инженеры задумались о первом электромобиле, но так и не смогли решить вопрос с подзарядкой. Технологии не стояли на месте, а длительная эксплуатация автомобилей с двигателем внутреннего сгорания выявила ряд проблем, такие как ухудшение экологии из-за выбросов газов в атмосферу и резкий рост стоимости топлива.

Переход с ДВС на электромобили

XXI век имеет все шансы стать эпохой электротранспорта. Если проанализировать рынок электромобилей в мире, то можно увидеть, что большинство европейских, американских и азиатских стран давно начали переход на электромобили. Число электромобилей к 2030 году может достигнуть 125 млн. единиц. Таков прогноз Международного энергетического агентства. На конец 2017 года количество электромобилей в мире составляло 3,1 млн., что на 54 % больше по сравнению с 2016 годом. А на конец 2018 года в мире насчитывается уже около 5 млн. электрокаров. Россия в этом отношении существенно отстает. Единственная глобальная проблема развития электротранспорта в России – инфраструктура, а именно источник зарядки. Если жители Москвы уже встречают на улице специализированные терминалы для скоростной подзарядки (около 10–15 пунктов зарядки, но большинство из них это бытовая розетка, а это значит, что время подзарядки увеличивается в 8–10 раз), то в остальных регионах о них зачастую и не слышали.

Давайте шире посмотрим на готовность РФ к переходу на электромобили:

население готово из-за роста цен на топливо;
правительство готово из-за улучшения экологической обстановки и энергонезависимости государства (генерирующие мощности превышают внутренние потребности);
автомобильные компании уже начали серийное производство электромобилей;
промышленные предприятия, перевозочные и другие компании, которые используют в своей работе междугородний транспорт, также заинтересованы в этом по экономическим причинам.

Мы считаем, что путь развития электротранспорта видится в расширении его применения в междугороднем сообщении, включая пассажирское и грузовое. При этом необходимо учитывать, что большая доля в междугороднем транспортном сообщении является регулярной, то есть между городами имеется регулярный транспортный и грузовой поток:

автобусное сообщение;
регулярное грузовое сообщение;
междугороднее такси.

ПС 110/0,4, как элемент электроснабжения зарядной инфраструктуры

Развитие зарядной инфраструктуры было определено на Петербургском экономическом форуме как одно из важных направлений развития ПАО «Россети». В настоящий момент развитие электромобильного транспорта тяготеет к городам, так как в городах есть возможность размещения станций зарядки автомобилей, из-за чего исчезает проблема их электроснабжения. Посмотрим на это шире: зарядки электромобиля хватает на 100–200 км, а это значит, что не во всех городах необходимо будет заряжать электромобиль каждый день. Но стоит задача расширения масштаба применения электротранспорта за пределы больших городов и населенных пунктов. В 2020 году уже планируется установка зарядных станций на междугородних региональных и федеральных автотрассах. Одна из них — трасса Мурманск–Санкт-Петербург.

Техническое решение

Междугородние и региональные трассы имеют большую протяженность, и значительные участки проходят по безлюдной местности, то есть появляются так называемые «мертвые зоны» (участки более 110 км), где нет возможности для установки зарядной станции, что препятствует развитию электромобилей. Очень часто ВЛ 110 (220) кВ пересекает или проходит поблизости с «мертвыми зонами» автодороги. В местах их пересечения есть возможность устанавливать зарядные станции. Техническим решением, которое обеспечит отбор мощности от ВЛ без дополнительной трансформации, является ПС 110/0,4 кВ или 220/0,4 кВ.

Мы считаем, что данное техническое решение позволит:

обеспечить автотрассы зарядными станциями для электромобилей, закрыв участки, где нет возможности обеспечить электроснабжение этих станций по традиционной схеме;
сократить объем капитальных вложений, которые требуются для обустройства станции зарядки;
сделать данные «точки», имеющие электроснабжение, «точками» для развития других потребителей электроэнергии: бензиновые заправки, кафе, пункты медицины катастроф МЧС и пр.;
позволить организовать регулярное движение по магистралям и автодорогам грузового электротранспорта и электробусов регулярного пассажирского сообщения (как известно, в настоящий момент автозаводы работают над этими машинами);
упростить реализацию задачи расширения применения электротранспорта и, соответственно, сбыта электроэнергии.

Идея построения

Идея построения технического решения заключается в следующем:

система может быть 1, 2, 3-фазной;
отбор энергии от ВЛ-110 – использование стандартных решений и изделий;
элементы КТП – максимально унифицированные с серийными изделиями для ПС-110 и выше (блоки ОРУ, кабельные лотки, БМЗ, и др.);
применение накопителя энергии как в целях обеспечения пиков потребления, так и для энергообеспечения, когда «отпадает» источник внешнего электроснабжения;
из-за удаленности объекта – наличие собственной АСУ ТП (логики работы) и системы связи с узлом управления желательно установить систему видеонаблюдения или систему доступа;
основным элементом отбора мощности является трансформатор напряжения специальной разработки с силовой обмоткой увеличенной мощности. С фазы стандартного трансформатора напряжения можно получить от 20 до 180 кВА. Это даст возможность организовать от 60 до 540 кВА постоянной нагрузки, чего будет достаточно для организации электроснабжения электрозарядной станции.

Стандартный состав КТП 110/0,4 — разъединитель (двигательный привод), ТН, ОПН. Кроме того, модульное здание ЗРУ-110, в котором размещены накопитель, шкаф распределения энергии, инвертор, система связи, учета электроэнергии и АСУТП, система освещения (размещена на ЗРУ 0,4 кВ). Подстанция КТП 110/0,4 кВ дает возможность уменьшить объем капиталовложений, а также технические потери электроэнергии по сравнению с традиционным способом электроснабжения, когда строится протяженная малонагруженная ЛЭП класса 6 или 10 кВ. Компактная трансформаторная подстанция требует минимум строительных работ при размещении на объекте. Все это позволяет построить систему электроснабжения зарядной станции электромобилей на удаленном участке автомагистрали с минимальными затратами, а значит – дать ощутимую поддержку развитию междугороднего электротранспорта.

Объекты внедрения КТП 110/0,4 кВ

В 2016 году на двух объектах в Сахалине была смонтирована КТП 110/0,4 кВ для восстановления электроснабжения вышек связи. В 2018 году поставлена группа трансформаторов 110/0,4 кВ для поста секционирования линии 110 кВ на Чукотку. В 2019 году планируется несколько проектов:

для обеспечения электроснабжения зарядных станций электромобилей на междугородних трассах;
для электроснабжения коттеджных поселков;
для поста секционирования ВЛ 110 кВ;
для вышек связи.

Экономический эффект

Экономический эффект применения КТП 110/0,4 кВ достигается за счет резкого уменьшения суммы капитальных вложений по сравнению с построением системы электроснабжения по традиционной схеме. Стоимость КТП мощностью 60 кВА составляет 8 млн. руб., что в эквиваленте равно от 3 до 5 км строительства ВЛ 10 кВ (в зависимости от региона). Так же снижаются эксплуатационные расходы в связи с уменьшением протяженности ВЛ, физическим уменьшением количества оборудования.

Мы уверены, что применение данного технического решения позволит не только сократить расходы на организацию системы электроснабжения электрозарядных станций на автомагистралях (стоимость бюджетного КТП эквивалентно стоимости 6 км ВЛ 110 кВ), но и позволит упростить монтаж и обслуживание.