На фотографии — 220-киловольтная демонстрационная подстанция Houdian Quantum Application в Хэфэе, провинция Аньхой на востоке Китая.
Квантовые технологии начинают менять принципы работы электросетей Китая. На 220-киловольтной демонстрационной подстанции квантовых технологий в Хоудяне в Хэфэе, провинция Аньхой на востоке Китая, уже используется целый ряд передовых квантовых технологий, передаёт People’s Daily – Информационная сеть «Один пояс, один путь» (BRNN).
Среди них — квантовые сенсорные материалы на основе алмаза для мониторинга колебаний тока, газовые датчики на основе квантовых точек для обнаружения потенциальной опасности возгорания кабелей и частичных разрядов внутри распределительных устройств, а также другие инновации, повышающие интеллектуальность, безопасность и эффективность работы электросетей.
Введенная в эксплуатацию в ноябре 2024 года подстанция является первой в Китае демонстрационной подстанцией, предназначенной для систематического применения квантовых технологий. На ней установлено 85 квантовых устройств, разработанных независимо друг от друга, в 18 категориях, охватывающих квантовое зондирование, квантовую связь и квантовые вычисления.
Этот проект представляет собой новаторскую попытку интегрировать квантовые технологии в энергетику, предлагая новое технологическое решение проблем, с которыми сталкиваются традиционные электросети, и способствуя развитию энергосистемы нового типа.
Техник объясняет, как квантовые технологии применяются в энергетическом оборудовании.
Подстанция также представляет собой новое поколение полностью автоматизированных интеллектуальных подстанций.
«Мы заменили многие задачи по ручному контролю высокоточным квантовым сенсорным оборудованием, — говорит Тянь Тэн, молодой инженер из института цифровизации научно-исследовательского института электроэнергетики при компании State Grid Anhui Electric Power Co., Ltd. — Новая система может гораздо быстрее выявлять и диагностировать дефекты оборудования, сокращая как затраты на контроль, так и эксплуатационные расходы».
Внутри высоковольтного распределительного устройства бесперебойно работает ряд силовых агрегатов. Стоя рядом с выведенным из эксплуатации распределительным устройством, Тянь указал на небольшое устройство, закрепленное сбоку.
«Это многопараметрический датчик на квантовых точках, — объяснил он. — Он непрерывно отслеживает внутреннюю среду шкафа и обнаруживает сигналы, связанные с частичным разрядом, что позволяет нам оценивать состояние распределительного устройства».
Затем он указал на другое компактное устройство, подключенное к кабелю под шкафом.
“Это датчик тока распределительной сети. Он отслеживает нагрузку на линию в режиме реального времени и может быстро и точно определить место повреждения линии электропередачи.”
Квантовые технологии внедрены по всему объекту, а не только в этих компактных измерительных устройствах.
Квантовые технологии внедрены по всему объекту, а не только в этих компактных сенсорных устройствах. Квантовая лидарная система, установленная на крыше, отслеживает атмосферные частицы и состояние облаков в радиусе 15 километров, заблаговременно предупреждая о рисках, связанных с погодными условиями. Квантовые датчики ориентации, установленные на опорах линий электропередачи, могут фиксировать изменения магнитного поля, составляющие всего 1/10 000 от магнитного поля Земли, что позволяет с высокой точностью контролировать положение опор.
Кроме того, оборудование для квантового шифрования поддерживает как оптоволоконную квантовую защищенную связь, так и зашифрованную связь по принципу «5G + квантовые вычисления», что значительно повышает уровень кибербезопасности в энергосети.
Инновации касаются не только физического оборудования. На подстанции используется подход к анализу потоков энергии на основе квантовых вычислений, который был протестирован на топологии реальной энергосети с помощью Origin Wukong — квантового компьютера, разработанного в Китае.
«Этот прорыв открывает совершенно новый технический подход к крупномасштабному моделированию энергосетей», — сказал Тянь. «Ожидается, что это еще больше расширит аналитические и вычислительные возможности энергосистем в режиме реального времени».
Почему Китай построил эту подстанцию на квантовых технологиях?
По словам Тиана, традиционные электросети все чаще сталкиваются с тремя серьезными проблемами по мере распространения возобновляемых источников энергии и оборудования на основе силовой электроники: недостаточная точность мониторинга состояния оборудования и замедленная реакция; недостаточная безопасность передачи данных и управляющих инструкций; вычислительные ограничения обычных компьютеров при принятии быстрых решений для все более сложных сетевых операций.
По его словам, разработка электросети нового типа с использованием квантовых технологий стала неизбежным выбором.
Однако разработка необходимого оборудования была далеко не простой задачей.
По словам Чжао Луна, руководителя лаборатории квантовых сенсоров в Научно-исследовательском институте электроэнергетики при компании State Grid Anhui Electric Power Co., Ltd., в стране не было ни прецедентов, ни устоявшихся стандартов, ни отработанных технических решений.
«Самая большая проблема возникла, когда зарубежные поставщики прекратили поставки высококачественных алмазных сенсоров, из-за чего проект оказался на грани срыва», — добавил он.
В конце концов команда объединила усилия с отечественными исследователями в области материаловедения, чтобы разработать индивидуальные альтернативы. После многочисленных экспериментов и испытаний они добились прорыва.
Вскоре возникли новые инженерные задачи, в том числе связанные с электромагнитными помехами и адаптацией лабораторных технологий к реальным условиям эксплуатации.
«Несколько месяцев подряд мы проводили дни на подстанции, собирая данные и настраивая параметры системы, а ночи — в лаборатории, дорабатывая алгоритмы и совершенствуя конструкцию корпуса и экранирования», — вспоминает Чжао.
«Когда квантовый трансформатор тока наконец выдал точные показания на экране мониторинга, вся команда разразилась аплодисментами». Мы успешно преодолели «последнюю милю» на пути от лабораторных исследований к реальному проектированию».
По оценкам проекта, применение квантовых технологий позволит демонстрационной подстанции в Хоудяне сократить ежегодные погрешности измерения электроэнергии более чем на 500 000 киловатт-часов, а также значительно повысить надежность и экономическую эффективность работы энергосистемы.
Несколько квантовых технологий, впервые продемонстрированных на подстанции, с тех пор были внедрены в других районах провинции Аньхой и сейчас внедряются в других регионах Китая.
На фото — аппаратная 220-киловольтной демонстрационной подстанции квантовых технологий в Хоудяне, провинция Аньхой на востоке Китая.
Информационная сеть «Один пояс, один путь» (BRNN)