Nowa sieç jest unikatowadzi´ki temu, ˝e pràd po-wrotny jest przesy∏anykablami, a nie, jak w po-

przednich instalacjach, z wykorzy-staniem stacji elektrod do przesy∏utego pràdu pod dnem morskim lubpod wodà.

Powodem budowania linii przesy-∏owych jest zasadnicza potrzeba za-pewnienia nieza-wodnoÊci systemuenergetycznegow ka˝dym uczestni-czàcym kraju. Linietakie pozwalajà ∏a-two ∏àczyç ze sobàró˝niàce si´ syste-my energetycznestosowane na ró˝nych obszarachi u∏atwiajà optymalne wykorzysty-wanie systemów poszczególnychkrajów, w których mogà wyst´po-waç ró˝ne profile zapotrzebowaniana energi´ elektrycznà w cyklu do-bowym. Mokre lato w krajach skan-dynawskich to znaczne nadwy˝kimocy, które mogà byç sprzedawa-ne do krajów bardziej uzale˝nionychod kosztownych elektrowni opala-nych paliwami kopalnymi. I na od-wrót, nadwy˝ki mocy w okresachniskiego zapotrzebowania na ener-

gi´ w tych ostatnich krajach mogàbyç sprzedawane do Skandynawii.

Dodanie kolejnych linii energe-tycznych HVDC zwi´ksza nieza-wodnoÊç systemu w danym regio-nie. W razie awarii którejÊ z siecimo˝na wykorzystaç zdolnoÊç tychlinii do szybkiego bilansowania za-potrzebowania na energi´, aby za-pobiec fluktuacjom napi´cia i cz´-

stotliwoÊci. Na przyk∏ad odwróce-nie kierunku przekazywania ca∏ejmocy 600 MW przez lini´ SwePoltechnicznie wymaga tylko 1,3 se-kundy, choç oczywiÊcie w praktycez tej mo˝liwoÊci raczej si´ nie korzy-sta. Niemniej, w sytuacji awaryjnej,gdyby napi´cie w systemie energe-tycznym po∏udniowej Szwecji spa-d∏o poni˝ej 380 kV i trzeba by zapo-biec uszkodzeniom systemu, prze-widziano liniowe narastanie mocyprzekazywanej przez kabel w tem-pie 300 MW na kilka sekund.

W poprzednio budowanych pod-morskich liniach przesy∏owychpràdu sta∏ego stosowano z powo-dzeniem nadbrze˝ne stacje elektroddo przesy∏u pràdu powrotnego.Pierwszy taki kabel po∏àczy∏ Väste-rvik w Szwecji z ba∏tyckà wyspà Go-tlandia w 1954 roku. Od tamtychczasów znacznie podwy˝szono po-ziomy mocy przekazywanych przezkable i zastàpiono lampy rt´ciowe

pierwotnie u˝ywanew stacjach przekszta∏t-ników tyrystorami pó∏-przewodnikowymi.W przypadku linii Swe-Pol zaprojektowanododatkowe kablena pràd powrotny za-miast nadbrze˝nych

stacji elektrod, aby obaliç argumen-ty lokalnych przeciwników projektu,zw∏aszcza z okolic Karlshamn.Wzgl´dy ekologiczne podniesionew trakcie planowania tej linii mogàbyç brane pod uwag´ tak˝e w przy-sz∏ych instalacjach.

Linia przesy∏owa ∏àczàca Szwecj´z Polskà to najnowszy przyk∏ad roz-wijajàcej si´ wspó∏pracy ekono-micznej mi´dzy krajami po∏o˝onyminad Ba∏tykiem. Oddany do eksplo-atacji w czerwcu 2000 roku kabel

16 Dzisiaj Styczeƒ 2004

ABB Review RAPORT SPECJALNY

Ekologia

Sieci energetyczne Europy kontynentalnej sà po∏àczone z sieciamienergetycznymi krajów skandynawskich szeÊcioma liniami przesy∏o-wymi typu HVDC. Planowanych jest pi´ç nast´pnych. Ostatnio oddanodo u˝ytku lini´ SwePol, ∏àczàcà sieci energetyczne Polski i Szwecji

Êrodowiska w liniachprzesy∏owych HVDC

SwePol ustanawia nowe

W linii SwePol zaprojektowanododatkowe kable na pràd

powrotny zamiastnadbrze˝nych stacji elektrod

standardy ochrony

Styczeƒ 2004 Dzisiaj 17

ZatokaBotnicka

MorzeBa∏tyckie

FINLANDIA

SZWECJA

NORWEGIA

NIEMCY

DANIA

POLSKA

LITWA

¸OTWA

ESTONIA

ROSJA

SwePol to krok w kierunku zakrojo-nej na du˝à skal´ partnerskiejwspó∏pracy w dziedzinie dystrybucjienergii elektrycznej, znanej jako Ba∏-tycki PierÊcieƒ (rys. 1). Pozwoli onaustabilizowaç systemy energetycz-ne obu krajów, w których zapotrze-bowania dzienne i sezonowe mogàsi´ znacznie ró˝niç. O nadwy˝kachgenerowanych w Skandynawii pod-czas mokrych sezonów letnich ju˝wspominaliÊmy. Z drugiej strony,podczas szczególnie zimnych okre-sów, import energii z Polski ma eko-nomiczne uzasadnienie w Skandy-nawii, gdzie jest ona produkowa-na z w´gla, zamiast uruchamianiakosztownych generatorów olejo-wych lub turbin gazowych.

Z kolei importowanie energii przezPolsk´ przyczynia si´ do ogranicze-nia problemów ekologicznych. Spo-dziewany, dzi´ki linii SwePol, importnetto w wysokoÊci 1,7 TWh powi-nien prze∏o˝yç si´ na obni˝enie emi-sji z polskich elektrowni o 170 tysi´-cy ton dwutlenku siarki i 1,7 milio-na ton dwutlenku w´gla (wg obli-czeƒ szwedzkiej firmy energetycznejVattenfall). Spodziewane przystàpie-nie Polski do Unii Europejskiej po-winno zwi´kszyç wag´ kwestii zwià-zanych z ochronà Êrodowiska, pro-mujàc w ten sposób import czystejenergii wyprodukowanej w szwedz-kich elektrowniach wodnych.

W 1979 roku powsta∏a firma Swe-Pol Link AB. Jej zadaniem by∏o zain-stalowanie i eksploatacja kablaenergetycznego ∏àczàcego Szwecj´z Polskà. Firma osiàga dochody zesprzeda˝y us∏ug przesy∏u energiielektrycznej przez ten kabel.W 1998 roku utworzono polskà fili´firmy, która zaj´∏a si´ obs∏ugà kablapo polskiej stronie. Po stronieszwedzkiej z kabla b´dzie korzy-staç przede wszystkim paƒstwowafirma Vattenfall, choç i inne firmyb´dà mog∏y ze SwePol Link podpi-saç umowy dotyczàce przesy∏aniaenergii.

Linia ma ok. 250 km d∏ugoÊci. Bie-gnie od Stärnö (obok Karlshamn

w Szwecji), omi-ja duƒskà wysp´Bornholm i wchodzina làd w pobli˝uUstki na wybrze˝upolskim (rys. 1 i 2).Stacja przekszta∏tni-kowa po stronieszwedzkiej zosta∏az l o k a l i z o w a -na w Stärnö zewzgl´du na bli-skoÊç rozdzielni400 kV i g∏ównejsieci energetycznejSzwecji. Unikni´tow ten sposób ko-niecznoÊci doprowa-dzania mocy osobnà linià napo-wietrznà, która szpeci∏aby szwedzkikrajobraz. Stacja przekszta∏tnikowapo stronie polskiej jest do∏àczo-na do sieci energetycznej Polskiw S∏upsku, ok. 12 km od wybrze˝a. Budowa linii poch∏on´∏a ok. 2500osobolat pracy wykonanej g∏ówniew fabrykach ABB w miejscowo-Êciach Ludvika i Karlskrona. Obiestacje przekszta∏tnikowe nie sà do-zorowane, choç oczywiÊcie zorgani-zowano pogotowie zdolne do szyb-kiej reakcji w sytuacjach zagro˝enia.

Linie energetyczne budowanena làdzie przesy∏ajà pràd przemien-ny AC. Jednak technologia DC jestbardziej praktyczna w przypadkud∏ugich linii podwodnych ze wzgl´-du na zbyt du˝e pojemnoÊci kablipodmorskich AC. Wi´kszoÊç kabli to systemy mono-polarne, w których pràd powracapod ziemià i przez morze. Energia jest przesy∏ana przez kablewysokonapi´ciowe. Powszechnieuwa˝a si´, ˝e pràd powraca g∏ów-nie przez wod´ morskà ze wzgl´duna jej du˝à przewodnoÊç. Jest tojednak przekonanie mylne: faktycz-nie wi´ksza cz´Êç powraca przezziemi´ na doÊç du˝ej g∏´bokoÊci.W przypadku linii SwePol pràd po-wraca przez dwa dodatkowe izolo-wane miedziane kable o napi´ciu 20 kV. Zastosowanie kabli powrot-nych eliminuje koniecznoÊç stoso-wania elektrod, które sà kontrower-

syjne z ekologicznego punktu wi-dzenia.

Widocznymi elementami linii sàdwie stacje przekszta∏tnikowew Stärnö i w S∏upsku. Stacjaw Stärnö zosta∏a zlokalizowana tu˝obok opalanej ropà naftowà elek-trowni znajdujàcej si´ w niewielkiejodleg∏oÊci od centrum Karlshamn.Elektrownia ta kompletnie zdomi-nowa∏a lokalny krajo-braz. Posadowienie wy-sokiego budynku stacjiw dawnym kamienio∏o-mie na g∏´bokoÊci ok.

1. Linia SwePolpomi´dzy Szwe-

cjà i Polskà. Kabel przesy∏ajà-cy moc (niebie-ski) i kable po-wrotne (poma-raƒczowe) bie-

gnà tà samà tra-sà w odleg∏oÊci

5-10 m od siebiew p∏ytkich wo-dach i 20-40 m

od siebie w wo-dach g∏´bokich.

2. Linia SwePolma 250 km,

∏àczy szwedzkiei polskie siecienergetyczne AC o napi´ciu

400 kV. Stacje przekszta∏t-

nikowe zlokalizo-wano w pobli˝u

Karlshamn i ko∏o S∏upska.

10 m pozwoli∏o bardziejzredukowaç wp∏yw sta-cji na krajobraz. Od mo-rza do stacji na odcinkuok. 2,3 km kabel bie-

gnie làdem. Po polskiej stronie 20-metrowy budynek stacji w S∏upskurzuca si´ w oczy, lecz nie szpecip∏askiego rolniczego krajo-brazu. Stacja znajduje si´ ok.12 km od wybrze˝a Ba∏tyku.

Zarówno kabel wysokona-pi´ciowy, jak i kable powrot-ne poprowadzono pod zie-mià prawie na ca∏ej odleg∏o-Êci mi´dzy stacjami prze-kszta∏tnikowymi. Na potrzebybudowy na làdzie trzeba by∏o oczy-Êciç pas terenu o szerokoÊci 5 m.Niebawem zniknie, cz´Êciowo dzi´-ki posadzeniu lasu. W morzu odcin-ki, gdzie kabel poprowadzono w ro-wie o g∏´bokoÊci ok. 1 metra (dlaochrony przed tra∏owcami i kotwi-cami), osiàgn´∏y ∏àcznie 85 proc.d∏ugoÊci trasy. Stacje przekszta∏tnikowe nie tylkowidaç, lecz tak˝e s∏ychaç. Pràdywirowe p∏ynàce poprzez rdzeniewszystkich transformatorów mocygenerujà szumy o cz´stotliwoÊci100 Hz. Stacje przekszta∏tnikowegenerujà dodatkowo szumy wy˝-szych cz´stotliwoÊci, które mogàbyç m´czàce dla okolicznychmieszkaƒców. Wykonano pomiarypoziomów ha∏asu oraz dróg jegopropagacji, po czym transformato-ry i reaktory os∏oni´to ekranamidêwi´koch∏onnymi. Baterie kon-densatorów filtrujàcych wyposa˝o-no w specjalne urzàdzenia reduku-jàce ha∏as.

Wokó∏ ka˝dego przewodnikaz pràdem powstaje pole magne-tyczne. W przypadku pràdu sta∏egopole to ma charakter podobnydo naturalnego pola magnetyczne-go Ziemi. Zupe∏nie inny charaktermajà zmienne pola magnetycznegenerowane wokó∏ napowietrznychlinii pràdu przemiennego.

Pomiary pokazujà, ˝e w odleg∏oÊci6 metrów od pojedynczego kablaHVDC pole magnetyczne pocho-dzàce od kabla jest równe poluziemskiemu, zaÊ w odleg∏oÊci 60metrów nat´˝enie naturalne zmniej-sza si´ tylko o 10 proc.

W przypadku uk∏adu z∏o˝onegoz jednego kabla wysokonapi´cio-wego oraz dwóch kabli powrot-nych pole wypadkowe zale˝yod wzajemnego u∏o˝enia tych kablii od g∏´bokoÊci u∏o˝enia. Poniewa˝równoczesne uk∏adanie wszyst-kich kabli na raz by∏oby nieprak-tyczne, nie le˝à one dok∏adnieobok siebie. Kable powinny byçoddalone tak˝e ze wzgl´du na cie-p∏o, jakie si´ w nich wydziela pod-czas przesy∏u mocy. W p∏ytkichwodach kabel wysokonapi´ciowyzosta∏ u∏o˝ony w odleg∏oÊci 5-10metrów od kabli powrotnych.W takiej sytuacji pole magnetycz-ne na poziomie morza wynosi ok.

80 proc. wartoÊci mierzonychw przypadku kabla wysokonapi´-ciowego w uk∏adzie monopolar-nym (bez kabli powrotnych).Na wodach g∏´bokich (100 m), gdyseparacja kabli si´ga 20-40 me-trów, odpowiednia wartoÊç wynosi50 proc. Im dalej od kabli, tym pro-

centowy spadek pola ma-gnetycznego jest silniejszy,lecz na wi´kszych odleg∏o-Êciach absolutne wartoÊcidodatkowego pola magne-tycznego stajà si´ niezna-czàce w porównaniu z natu-ralnym polem ziemskim.Tak wi´c zastosowanie ka-bli powrotnych praktycznie

nie zmienia nat´˝eƒ pól magne-tycznych generowanych przez lini´przesy∏owà. Ponadto, nowoczesnestatki nie wykorzystujà ju˝ kompa-sów magnetycznych.

Co mo˝na powiedzieç o mo˝li-wym wp∏ywie na ˝ycie zwierzàt?DoÊwiadczenia zebrane podczaseksploatacji uprzednio zbudowa-nych podmorskich linii przesy∏o-wych pokazujà, ˝e podmorskie linieprzesy∏owe nie wp∏ywajà ani na ry-by, ani na inne organizmy morskie.Nie zak∏ócajà w´drówek w´gorzyani ∏ososi. Ryby te regularnie migru-jà w ciàgu swego ˝ycia i jest szcze-gólnie istotne, aby nie zak∏ócaç ichpoczucia kierunku. Ju˝ w 1959 rokuprzeprowadzono badania wp∏ywu li-nii przesy∏owej w Gotlandii na Êro-dowisko morskie. Mo˝na te˝ przyto-czyç wyczerpujàce badania wp∏ywulinii Fenno-Skan (mi´dzy Szwecjài Finlandià) i Baltic Cable (mi´dzySzwecjà i Niemcami). Badacze nie-odmiennie dochodzili do tej samejkonkluzji: ani pole magnetyczne, ani˝adne reakcje chemiczne nie zak∏ó-cajà ˝ycia organizmów morskich.Fakty mówià za siebie: w´gorze na-dal znajdujà drog´ do Ba∏tyku, mi-mo ˝e po drodze muszà przeciàçtrasy siedmiu podmorskich liniiprzesy∏owych.

Pierwotnie proponowane dla liniiSwePol rozwiàzanie monopolarne,w którym mia∏y byç u˝yte elektrody

18 Dzisiaj Styczeƒ 2004

ABB Review

Metalowe obiekty na wybrze˝u szwedzkim, które potencjalnie mog∏yby byç nara˝one na wp∏ywy linii przesy∏owej SwePol

D∏ugoÊç obiektu Odleg∏oÊç od elektrod Przyk∏ad

Powy˝ej 25 m Poni˝ej 5 km Wspornik kabla

Powy˝ej 200 m 5-10 km Kolektor Êcieków ø 1.2 mPowy˝ej 1000 m 10-20 km Linia energetyczna 10 kV

Sieç ciep∏ownicza Miedziane ekrany wokó∏ budowli

Powy˝ej 5000 m 20-50 km Ekrany ochronne (Cu)

Pole magnetyczne ani reakcje chemiczne

w linii przesy∏owej niezak∏ócajà ˝ycia w morzu

RAPORT SPECJALNY

przesy∏ajàce pràd powrotny pod po-wierzchnià morza, zosta∏o zastàpio-ne rozwiàzaniem, w którym pràdpowraca przez dodatkowe kable za-mykajàce obwód. Jakiekolwiekobawy o wydzielanie si´ chloru mo-gà wi´c byç ca∏kowicie porzucone,gdy˝ nie mo˝e zajÊç ˝adna elektroli-za wody morskiej.Projektowane pierwotnie elektrodyzbierajàce pràd mia∏y anod´ zbudo-wanà z drobnej siatki tytanoweji przewodów miedzianych tworzà-cych katod´. Na anodzie zachodzànast´pujàce konkurencyjne reakcje:

2 H2O = 4H+ + O2 (g) + 4e-

2 Cl- = Cl2 (g) + 2e-

indeks (g) wskazuje, ˝e dany pierwiastek

wyst´puje w postaci gazu.

IloÊç wygenerowanego chloru ga-zowego zale˝y od temperatury, za-wartoÊci chloru w wodzie morskiejoraz energii reakcji. Chlor reagujez wodà prawie wy∏àcznie wed∏ugnast´pujàcej reakcji:Cl2 (g) + H2O = HClO + Cl- + H+

W Êrodowisku o niskim pH wytwo-rzony kwas podchlorawy móg∏byulegaç dysocjacji, ale w wodziemorskiej najcz´Êciej wyst´pujew formie czàsteczkowej i z czasemrozpada si´ na cz´Êci sk∏adowe.

Istnia∏y obawy, ˝e w sàsiedztwieelektrod chlor gazowy i kwas pod-chlorawy mog∏yby reagowaç z ma-terià biologicznà, doprowadzajàcdo wytworzenia zwiàzków, takichjak polichlorowane w´glowodory,w tym polichlorowane bifenylePCBs. Badania linii Baltic Cablena Êrodowisko wykluczy∏y te oba-wy (rys. 3). Nie zaobserwowanoakumulacji ˝adnych zwiàzków chlo-roorganicznych w otaczajàcej bio-masie. Aby nadaç ca∏ej kwestii w∏aÊciwàperspektyw´, warto porównaç po-wy˝szy proces z procesem chloro-wania wody pitnej, w którym kon-centracja podchlorynów osiàgawartoÊci 100-krotnie przekraczajàcekoncentracje, mierzone przy ano-dzie stacji elektrod.

Kable powrotne linii SwePol zmniej-szajà korozj´ i to mo˝e byç uznaneza jedyny realny argument przema-wiajàcy za ich u˝yciem.

Linie DC, w których stosuje si´elektrody, w istocie powodujàup∏yw pràdu do ziemi. Pràdy po-wracajàce przez grunt wybierajànajkrótsze drogi powrotu. Na dro-dze mi´dzy elektrodami, cz´Êçpràdu mo˝e przep∏ywaç przez d∏u-gie obiekty metalowe, takie jakszyny kolejowe, rurociàgi, ekranykabli. W efekcie mogà tam zacho-dziç reakcje elektrolityczne z oto-czeniem, potencjalnie zwi´kszajà-ce korozj´ metalu. Podczas projek-towania linii SwePol zestawiono li-st´ wszystkich nara˝onych obiek-tów metalowych (zob. tabela).

Obiekty nara˝one na korozj´ po-wodowanà pràdami b∏àdzàcymi po-winny byç aktywnie chronione, np.ekranami przeznaczonymi na skoro-dowanie lub katodowo.Pràdy powrotne mogà te˝ pop∏y-nàç przez linie energetyczne majà-ce wiele punktów uziemieƒ w po-bli˝u elektrod. Taka sk∏adowa sta∏aw obwodach AC mo˝e prowadziçdo niepo˝àdanej magnetyzacjitransformatorów. Problem ten ge-neralnie rozwiàzuje si´ przez zmia-n´ punktów uziemieƒ systemu AC.

Nikt nie kwestionuje, ˝e zastoso-wanie omawianych kabli po-wrotnych ma swoje zalety, w tymobni˝one nat´˝enie pola magne-tycznego na trasie linii przesy∏o-wej, wyeliminowanie mo˝liwoÊciwydzielania si´ chloru gazowegoz wody morskiej i zmniejszenie ko-rozji powodowanej przez pràdyb∏àdzàce. Takie rozwiàzanie wy-chodzi naprzeciw obawom o Êro-dowisko, wyra˝anym przez wielegrup spo∏ecznych. Jednak uzyska-ne korzyÊci zawsze trzeba bilanso-waç z dodatkowymi kosztami.W przypadku linii przesy∏owej Swe-Pol, instalacja kabli po-wrotnych podwy˝szy-∏a koszt projektuo pi´ç procent.

Styczeƒ 2004 Dzisiaj 19

Ma Êrednic´ ok. 140 mm, z czegog∏ówna miedziana ˝y∏a przewodzà-ca zajmuje 53 mm. W celu zapew-nienia wi´kszej elastycznoÊci ka-bla ˝y∏a nie jest jednolita, lecz sk∏a-da si´ z wielu miedzianych seg-mentów. Poszczególne segmenty o indywidualnie dobranym kszta∏-cie sà dogniatane razem tak, abyw przekroju ˝y∏y miedê stanowi∏aponad 99 proc. Reszt´ powierzch-ni zajmujà ró˝ne warstwy izolacji,zalew hermetyzujàcych i pancerza.Pokrycie linii o d∏ugoÊci 250 kmwymaga∏o u˝ycia czterech odcin-ków kabla uk∏adanych oddzielnie,nast´pnie po∏àczonych na statku.

Budowa kabla u˝ytego w liniiSwePol: 1. ˝y∏a przewodzàca2. ekran ˝y∏y 3. izolacja4. ekran izolacji5. pow∏oka metalowa6. os∏ona ochronna 7. zbrojenie8. pancerz9. pow∏oka zewn´trzna

Kabel HVDC

BUDYNEK ZAWORÓW W STACJI

PRZEKSZTA¸TNIKOWEJ W S¸UPSKU