Как стандарты МЭК способствуют переходу на постоянный ток низкого напряжения

Концепция постоянного тока низкого напряжения (Low Voltage Direct Current; LVDC) является крайне перспективной. Системы LVDC все чаще рассматриваются как "зеленые" и эффективные инструменты для передачи энергии, а также как способ предоставить доступ к электричеству миллионам людей, которые пока не могут пользоваться этим благом цивилизации на постоянной основе. Это полностью соответствует целям устойчивого развития ООН, предполагающим обеспечение всеобщего доступа к дешевому и надежному энергоснабжению к 2030 году. 

Почву для более широкого распространения и активизации использования этой технологии как в развитых, так и в развивающихся странах готовят релевантные добровольный стандарты на основе консенсуса от Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission; IEC; МЭК). 

Как отмечают представители МЭК, в отличие от традиционной централизованной модели распределения электроэнергии через переменный ток (Alternating Current; AC), схема LVDC оптимизирована для использования в маломасштабных / локальных системах генерации, передачи и распределения электроэнергии.

Сегодня электроэнергия генерируется в основном на крупных электростанциях, а затем передается через сеть высоковольтных воздушных линий электропередачи (ЛЭП) на подстанции. После этого происходит понижение напряжения электрического тока, и он распределяется между отдельными домохозяйствами. В данном случае речь идет о крупномасштабных системах с множеством удаленных друг от друга элементов. Системы LVDC, в свою очередь, предполагают выработку электричества в непосредственной близости от того места, где оно потребляется.

Использование систем постоянного тока имеет большое значение, поскольку большинство электрических нагрузок в современных домах и других зданиях (генерируемых, например, компьютерами, мобильными телефонами и светодиодным освещением) потребляют именно постоянный ток. Кроме того, электростанции на базе возобновляемых источников энергии (таких как ветер и солнечная энергия) также вырабатывают постоянный ток. 

При соединении подобных генерирующих мощностей с такой нагрузкой (и в случае их расположения поблизости) нет необходимости преобразовывать постоянный ток в переменный и обратно в постоянный (иногда по несколько раз), как это происходит в больших электросетях. Это делает переменный ток более энергоэффективным и менее дорогостоящим в использовании.

Опыт экспертов IEC должен пригодиться

Экологические преимущества от использования более энергоэффективной энергетической системы на базе возобновляемых источников делают LVDC жизнеспособной альтернативой для использования в развитых странах, а также в отдаленных и сельских районах, где практически отсутствует доступ к электричеству. 

Потенциальные преимущества LVDC уже продемонстрированы рядом пилотных проектов и нишевых исследований в развитых странах. Например, создателям экспериментального центра обработки данных компании ABB в Швейцарии с LVDC-системой удалось добиться 15-процентного повышения эффективности использования энергии и 10-процентной экономии на капитальных затратах по сравнению с типичными новым ЦОД на переменном токе. 

Согласно мнению экспертов, сейчас актуальна работа по дальнейшей стандартизации этой технологии для повышения ее надежности, а также с целью решения проблем в области безопасности и защиты. 

Организация МЭК возглавляет усилия по продвижению преимуществ LVDC и разработке новых релевантных стандартов. Курируемая МЭК работа по стандартизации ведется с помощью системного подхода, позволяющего выявлять пробелы, для закрытия которых необходимы международные стандарты. Но многие из этих пробелов могут быть заполнены добавлением положений о постоянном токе в существующие стандарты. 

Справедливости ради следует отметить, что специалисты МЭК к настоящему моменту уже опубликовали ряд стандартов и технических спецификаций, имеющих отношение к LVDC. Их перечень включает в себя документ МЭК 62031 "Светодиодные модули для систем общего освещения - Технические условия для обеспечения безопасности", опубликованный техническим комитетом МЭК (ТК) 34 "Лампы и соответствующее оборудование".

Еще одним примером успешной работы в этом направлении является технический комитет МЭК (ТК) 82 "Солнечные фотоэлектрические системы". Его специалисты опубликовали ряд технических спецификаций по электрификации сельских районов, вошедших в серию МЭК ТС 62257 "Рекомендации по использованию возобновляемых источников энергии и гибридных систем для электрификации сельских районов". 

В LVDC нуждаются как развитые страны…

Япония является одной из стран, в которых испытания систем постоянного тока в реальных условиях ведутся все более активно. В Европе лидером в этом направлении является Финляндия, где распространению технологии LVDC способствуют усилия Технологического университета Лаппеенранты (Lappeenranta University of Technology; LUT) и Финского агентства по финансированию технологий и инноваций (Finnish Funding Agency for Technology and Innovation; TEKES). 

Хотя проекты японцев и финнов, а также их коллег из многих других стран и демонстрирует работоспособные системы LVDC, ряд исследователей заявляют о существовании множества проблем. Главной среди них является отсутствие соответствующих стандартов. 

Отмечается, что стандартизация на уровне систем и оборудования является необходимой предпосылкой для широкомасштабного развертывания LVDC в отдельных странах и регионах. Без стандартизации на рынке будут присутствовать несовместимые компоненты, и будет сложно строить системы, использующие компоненты от разных производителей. При этом энергетические и другие компании не будут покупать системы LVDC, если сертифицированные компоненты и стандартные рекомендации по их проектированию будут недоступны.

…так и развивающиеся 

В Индии LVDC рассматривается как один из способов решения давней проблемы, существующей в масштабе целой страны с населением в 1,32 млрд. человек. Местные инженеры хотят использовать LVDC для организации подачи электричества в миллионы домов, которые до сих пор не имеют доступа к электроэнергии или вынуждены мириться с прерывистой подачей электричества. И такая картина имеет место быть во многих других развивающихся странах. 

Министерство энергетики Индии и государственная Корпорация электрификации сельских районов (Rural Electrification Corporation; REC), запустили целью решения данной проблемы целый ряд пилотных проектов. Эти проекты предполагают создание массивов солнечных батарей рядом с небольшими населенными пунктами и передачу генерируемого электричества в направлении нагрузки с помощью низковольтного постоянного тока (48 В).

Бюро стандартизации Индии (Bureau of Indian Standards BIS), которое является членом МЭК, разрабатывает документы на основе этих испытаний, направленные на стандартизацию 48-вольных микро-электросетей. Представители BIS выразили надежду на то, что ряд новых национальных индийских стандартов вскоре будет представлен вниманию сообщества МЭК в качестве материала для дальнейших обсуждений при разработке релевантного общепринятого стандарта МЭК.