Мрежата и източникът на енергия – ахилесовите пети на електрическата мобилност

30 May 2025

 

За да достигне до батерията на електромобила електричеството трябва да бъде генерирано и само по себе си транспортирано. А това е един сложен процес. 

В автомобилната индустрия наричат срещата между каросерията и задвижването на поточната линия „сватбата“. И този термин е валиден не само когато става дума за задвижвани от двигатели с вътрешно горене автомобили, но и за такива от електрически мотори. 

В аналогиите с гражданския брак двигателят с вътрешно горене и автомобилът имат значително по-трайни връзка от тези между последния и електрическото задвижване. Горе долу по времето когато Берта Бенц прави своето прословуто пътуване през 1888 година, „зареждайки“ бензин от аптеките по пътя, Никола Тесла изобретява своя асинхронен електромотор, а постояннотоковата машина вече има история зад себе си. Краят на XIX и началото на XX век са период на интензивно технологично развитие, както в областта на двигателите с вътрешно горене и нефтената индустрия, така и на електрическите машини и електрическите мрежи и допирът им с автомобила е осезаем. Множество, добре известни фактори обаче спират първоначалните успешни опити за укрепване на тази електрическа връзка.

Почти 140 години след пътуването на Берта Бенц бензиностанции има в изобилие, а електричеството е изминало свой самостоятелен път за развитие, включващ технологии за генерирането и разпространението му. Ситуацията със събудилият се от хибернацията електрически автомобил обаче бързо се променя и след около 15 години от новото начало на „електрификацията“ създателите на нови модели вече обявяват амбициозни потенциални възможности за зареждане на батериите им с мощност от над 450 кВт.

Другата страна на монетата

Колкото и кратко да е едновременното активиране на десет подобни зарядни станции това означава необходимост от 4,5 мегавата пълна мощност, а с такава разполага подстанция за цял квартал. И точно тук идва логичният въпрос за допирната точка между системата за пренос на електрическа енергия и тази за зареждане на автомобили – защото независимо дали става дума за AC технологии с мощност до 22 кВт или на DC станция с над 220 кВт захранването става от мрежа с променлив ток, която до момента е била изградена и съществува за целите на друг вид потребители.

Освен това, въпреки че от времето на първата генераторна станция на General Electric на Томас Едисън до днешните континентално свързани мрежи са изминали точно 140 години в световен мащаб все още около една трета от потребяваните нефт, газ и въглища служат за генериране на електричество.

Китайският двоен стандарт

Въпреки че Китай е основен производител на компоненти за възобновяеми източници като фотоволтаични системи, към момента все още 62 процента от произвеждана електрическа енергия в КНР е от източници с фосилен произход, според Global Energy Think Tank Ember (всички цитирани по-долу данни са на тази органтизация). Все пак динамиката на увеличаване на възобновяемите източници е стабилна – основен принос за добива на чисто електричество имат водно-електрическите централи, чийто принос е 13 процента. Делът на вятърните и фотоволтаичните централи вече достига 18 процента, с което надвишава средното глобално ниво от 15 процента и е над това на съседите Япония (11%) и Корея (едва 6%). За съжаление през 2024 година електричеството генерирано от въглища достигна рекордни нива, но хубавата вест е че на него се дължат едва 20 процента ръста на потребление на електричество. В края на краищата акцентът на Китай в момента е бъдат изчистен въздухът в големите градове, а отработилите газове на автомобилите отделят не само въглероден двуокис.

Ярки контрасти и в Щатите, Индия и Япония

Положението в САЩ не е много по-различно. Относителният дял на чистото електричество е 42 процента през 2024 година, а 58 процента е делът на електричеството добивано от източници с фосилен произход. Основният източник на нисковъглеродни електричество са атомните централи (18 процента). Делът на вятърните и фотоволтаичните източници от 17 процента е малко над средното за света (15%). Особено впечатляващ (в негативен план) е делът на електричеството, произведено от източници с фосилен произход в Индия от цели 78 процента. От 22-та процента нисковъглеродно електричество там почти половината са ВЕЦ. Вятърните и соларните централи общо имат принос от 10 процента, стойност значително по-висока от тази на съседите Пакистан и Бангладеш с по една 1 процент. Въпреки че производството на електричество в Индия е силно замърсяващо, емисиите на глава от населението са сравнително ниски защото цялостната консумация на електричество на глава от населението е ниска, респективно такова е и производството.

Въпреки високото си технологично ниво Япония също има висок дял на източници на електричество с фосилен произход – 69 процента. Благодарение на рестартирането на атомните реактори, спрени след катастрофата във Фукушима през 2011 делът на атомната енергия през 2024 година достига 8,3 процента.

Европейският Съюз – лидер в използването на чиста енергия  

Първенец по отношение на генерираната от чисти източници енергия е Европейският Съюз – нейният дял през 2024 година достига 71 процента. С 24 процента дял водеща е атомната енергия, на второ място е вятърната със 17 процента. Някои страни като Дания и Португалия добиват електрическата си енергия основно от възобновяеми източмници, с дял от съответно 88 процента и 85 процента. Германия има 57-процентен дял на нисковъглеродно електричесство. След изключването на атомните централи, възобновяемите източници генерират цялата нисковъглеродна енергия в Германия в момента. Вятърните и соларните системи имат 43-процентен принос в общия енергиен микс. Делът на ВЕЦ е едва 5%, а биоенергията има дял от цели 10 процента. Делът на въглищата е спаднал от 52% през 2000 година на 22% през 2024 г.

Особено интересен е случаят на Франция, при която делът на електрическата енергия произвеждана от нисковъглеродни емисии е цели 95 процента. Делът на атомните централи е 68% като пълен контрапункт на това което стана в Германия, делът на соларните системи и ветрогенераторите е 12 процента, а на електричеството от източници с фосилен произход 6%. Във Обединеното Кралство 36 процента от електричеството се добива от вятърни и соларни централи, но 30 процента все още от газ. 14-процентен дял има биомасата.

Както Европейският съюз така и Обединеното Кралство имат амбициозни планове за увеличаване на дела на възобновяемите източници до 2030 година

 

Русия…

В Русия делът електрическата енергия произвеждана от атомни централи е 18%, а на източниците с фосилен произход 64%. Соларни и вятърни системи практически не съществуват.      

Как стоят нещата в България

В България делът на атомната енергия и тази от възобновяеми източници също е висока и варира в зависимост от условията – в момента на създаването на този материал, късен следобед около 16:00 часа и сравнително мрачно небе генерираната от кондензационни ТЕЦ централи (почти изцяло на въглища) в България има дял от 16 процента от общата, а тази от АЕЦ е 27 процента. Фотоволтаичните системи имат дял от 42 процента по това време, а през нощта, с намаляването на дела на фотоволтаиците се увеличава дела на ВЕЦ (благодарение на интензивните дъждове). През нощта на същия ден делът на водно електрическите централи бе 22 процента, топлофикационните ТЕЦ 4,9%, заводските ТЕЦ 3,6%, вятърните електроцентрали около 4%, минимален принос имат БиоЕЦ. Както казахме тези параметри се променят през деня, когато в уравнението се появяват фотоволтаичните системи, чиито дял намалява през зимата, през пролетта се увеличава делът на ВЕЦ и т.н. Според статистическите данни на Електроенергийния системен оператор, относителните дялове на електропроизводството по тип генерация средно за 2024 година е било, съответно АЕЦ 41,3 процента, ТЕЦ (общо) 33,3 процента, ВЕЦ 7,6 процента, фотоволтаици (ФЕЦ) 13,7 процента, вятърни централи (ВяEЦ) e 3,6 процента.    

 

Откъде идва електричеството

Модерните системи за генериране и пренос на електрическа енергия в основни линии разчитат на задвижвани от турбини или вятърни перки електрически генератори (с изключение на фотоволтаиците), а нужната за целта топлина за пара в първия случай се създава с помощта на атомни реакции, изгаряне на въглища, нефт или природен газ. Възобновяемите източници включват вятърни генератори или фотоволтаични технологии. Самите генератори обикновено работят с напрежение от 6 до 40 kV и най-често са синхронни трифазни машини, които в най-общ смисъл на компановка не се различават от тези в електрическите автомобили. Вятърните турбини и генераторите на малките хидроцентрали пък често използват асинхронни генератори.  

Тъй като възможностите за „складиране“ на електричеството все още са минимални, въпреки създаването на акумулаторни паркове, базирани на излезли от експлоатация или специално създадени акумулатори батерии, управлението на процеса на балансиране на мощностите от различните източници на базата на консумацията, вноса и износа на електричество са доста сложни процеси – при това тук става дума за чисто физическия пренос на енергия, а не формалното разпределение в зависимост от начина на търговски взаимоотношения между потребители и търговци на енергия.

Електропреносна мрежа

Схемата за транспортиране на електричество прилича на сложна паяжина с различни нива на напрежение с междинни подстанции за разпределение и промяна на волтажа в зависимост от насоката на движение. В името на намаляването на тока, на загубите и на размерите на електропроводите преносът се извършва с много високи напрежения. Затова, още след източниците на тока като ТЕЦ и АЕЦ, с помощта на трансформаторни станции напрежението се увеличава до свръхвисоко ниво, което може да бъде в широк диапазон от 139 до 765 kV  (в редки случаи то може да надвиши 1 000 kV). Подобни магистрални мрежи свързват групи от държави, насочвайки тока към регионални мрежи с високо ниво на напрежение. В България напреженията на мрежите са съответно 400, 220 и 110 kV. Следват захранвани със средно ниво на напрежение и големи потоци мощност станции с напрежение между 26 и 69 kV и нива за големи „първични клиенти“ (4 до 13 kV). Веригата продължава с областните разпределителни мрежи, които обслужват средни и малки потребители (отделни райони на градове, предприятия и транспортни центрове) с постепенно снижаване на напрежението до ниво от 380/230 волта, като най-ниското ниво на захранване са електрическите инсталации за отделна сграда или група от сгради.

Логично на фона на тези параметри е че свързването на мощни станции за DC зареждане е много сложен процес и изисква отделяне на мощни захранващи потоци (надземни или подземни) свързани с изграждане на сложна инфраструктура, обвързана от своя страна с различни технологични и правни изисквания. Неслучайно автомобилни компании като Daimler, BMW, VW Group, Hyundai и Ford се обединиха в създаването на подобни електроразпределителни системи като Ionity имащи за цел осъществяването на връзката между различни нива на пренос на електроенергия и крайния потребител и сключват множество договори с компании за създаване на гореспоменатата връзка. Зареждането с трифазен ток от своя страна пък изисква съответния достъп при ниво индивидуален потребител.

 

Кратка история на електрическите мрежи в България 

Изграждането на първите съоръжения за генериране и пренос на електричество в България са свързани и с изграждането на трамвайната мрежа на София. 

Електроснабдяването в България има зад гърба си вече 120 годишна история. Всъщност още през 1891 година Софийския градски съвет в резултат от настоятелното желание на кмета на София Димитър Петков разглежда въпроса за енергоснабдяването на столицата – много скоро след началото на строителството на първите електрически централи в Щатите и Европа. През същата тази година по време на техническото изложение във Франкфурт на Майн Германия се осъществява първото трифазно пренасяне на електрическа енергия (с променлив ток) енергия. Първоначалното решение включва строителство на водноелектрическа централа при с. Бояна за да се използва големия пад от 954 метра на водите на Боянската река и трябва да осигури осветление за някои софийски улици. Проектирането и строителство трябва да е дело на компанията Ganz & Sie и започва през 1892 г., но впоследствие е спряно поради недостиг на средства.

При новия етап на планиране в уравнението вече се включва и изграждане на трамвайна мрежа в столицата. Така на 1 април 1899 година започва строителството на водноелектрическата централа край Панчарево, която използва водите на река Искър. ВЕЦ-ът  край Панчарево се превръща и в първата централа за обществено снабдяване в България. Нейното изграждане става за около година и половина и става паралелно с изграждането на съоръжения като електрически стълбове, трафопостове и кабелни линии. Благодарение на този труд на 1 януари 1900 г. в София се появяват първите осветени улици.

Електрическият транспорт в България  

Пускането на паралелно изградената електрическата трамвайна мрежа в София от белгийски концесионер води до това че още през 1901 година консумацията на електроенергия се увеличава значително и изградената като резервна парна електрическа централа на ул. Мария Луиза се оказва крайно недостатъчна. Заради студовете от зимата ВЕЦ „Панчарево“ замръзва поради което много скоро е пусната в експлоатация парната централа „София“, намираща се до трамвайното депо, в близост до Централна ж.п. гара. Поетапно в нея за монтирани шест турбини.

Балканската, Междусъюзническата и Първата световна война забавят значително електрификацията на София, поради което планираната отдавна общинска ВЕЦ „Бояна“ се въвежда в експлоатация едва през 1923 г. Четири години по-късно факт става и по-мощната електрическа централа „Курило“. Тя снабдява столицата с електропровод с напрежение от 35 kV, стигащ до гореспоменатата парна централа „София“. През същата 1927 година е изградена и втора общинска централа „Симеоново“ с мощност 860 кВт, а през 1933 година се въвежда втория етап на Рилския водопровод на който се монтира ВЕЦ Мала църква.

В Столицата постепенно се изглаждат електропреносна система с напрежения от 7 и 35 kV и крайно напрежение от 150 V.

Интересно че първата електрическа централа в Пловдив се открива едва през 1919 година и на практика е дизелова. Първата парна централа в града е създадена през 1926 година и се намира близо до централната гара на града. Тя работи до 1933 година, когато е завършен големият ТЕЦ „Въча“ над Кричим. Също дизелова е и първата електроцентрала във Варна,  построена през 1914 година.  

След втората световна война през 1956 година в района на Панчарево ще бъде построен и ВЕЦ Кокаляне (на сн. вдясно) част от хидровъзел Искър, който е голяма част от националния план за електрификация на България. Основни съоръжения на хидровъзела са масивната бетонна стена на язовир Искър и хидровъзел включващ ВЕЦ „Пасарел“, бент „кокаляне“ и ВЕЦ „Кокаляне“.         

Текст: Георги Колев               

• Tweet
• Pin it
• Share