【特別關注】破解可再生能源波動性難題，線纜產(chǎn)業(yè)“鏈”動新潮多點發(fā)力
來源： 作者： 時間：2024-09-02
隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的重視，可再生能源正逐步成為未來能源體系的主力軍。近日，DNV（挪威船級社，全球獨立的認證和風險管理機構）最新發(fā)布的《新電力系統(tǒng)》報告預測，到2050年，風能和太陽能會貢獻全球近70%的電力，這一趨勢預示著全球電力系統(tǒng)即將迎來一場前所未有的變革。屆時全球用電量會在當今基礎上翻一番，可再生能源的顯著增長將會為能源領域帶來全新的發(fā)展機遇。
與此同時應注意到，可再生能源發(fā)電的波動性對電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，也對線纜制造技術提出了更高的要求：如何有效平抑波動，確保電網(wǎng)安全運行，成為亟待解決的關鍵問題。“深度數(shù)字化，包括人工智能的應用，對于管理可再生能源主導的電力系統(tǒng)日益增加的復雜性至關重要?！盌NV集團總裁兼首席執(zhí)行官Remi Eriksen表示。人工智能在提高電力供應和使用效率方面具有相當大的潛力，包括通過分析歷史數(shù)據(jù)和實時信息、預測能源需求峰值、優(yōu)化電力生產(chǎn)和分配等方式來實現(xiàn)能源的最大化利用。目前，在促進可再生能源集成方面，智能電網(wǎng)作為一種高度自動化、信息化、互動化的電力網(wǎng)絡，通過先進的通信技術、控制技術以及信息技術，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度和高效管理。一方面，智能電網(wǎng)具有高度的自適應性，能夠應對可再生能源發(fā)電的波動性和不穩(wěn)定性。例如，風能和太陽能的發(fā)電量受天氣條件的影響較大，智能電網(wǎng)能夠通過實時監(jiān)測和預測這些能源的輸出，及時調(diào)整電網(wǎng)的運行狀態(tài)，確保電力供應的穩(wěn)定性。另一方面，智能電網(wǎng)的信息化特點使得數(shù)據(jù)的收集、處理和分析更加高效。通過部署大量的傳感器和智能終端，智能電網(wǎng)能夠?qū)崟r收集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析技術，對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行深入分析，為電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度提供科學依據(jù)。此外，智能電網(wǎng)還具有高度的可靠性和安全性。通過采用先進的控制策略和防護措施，智能電網(wǎng)能夠有效抵御各種外部攻擊和內(nèi)部故障，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。特高壓輸電技術以其超高電壓、超長距離傳輸和大容量輸電等特點，成為波動性可再生能源集中輸送和遠距離分配的重要解決措施，能夠有效提高能源傳輸?shù)男逝c可靠性，為可再生能源的廣泛應用提供技術支撐。特高壓直流輸電技術具有較強的調(diào)度能力和靈活性，可以實現(xiàn)對不穩(wěn)定可再生能源的平滑控制。通過特高壓直流輸電系統(tǒng)，可以實時調(diào)整輸電功率，減輕電網(wǎng)負荷波動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，20世紀90年代興起的以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術——柔性直流，由于其可控能力強、功率調(diào)節(jié)速度快、運行方式靈活，能夠有效抑制交流電壓波動，減少功率波動對受端電網(wǎng)影響，也因此成為破解可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)消納難題的“金鑰匙”。今年7月29日，世界首條特高壓柔性直流工程——甘肅—浙江±800kV特高壓直流輸電工程正式開工。國家電網(wǎng)公司聚焦新型電力系統(tǒng)建設，針對新能源大規(guī)模送出消納需求，在國際上首次自主研發(fā)±800kV、800萬千瓦特高壓柔性直流新技術，可有效解決送端高比例新能源發(fā)電不穩(wěn)定、電網(wǎng)穩(wěn)定性差，受端高比例外受電系統(tǒng)動態(tài)響應復雜、控制難度大等問題，大幅提升大電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和靈活性。在可再生能源系統(tǒng)中，風力和太陽能等能源的波動性很大，這對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和能源供需平衡提出了很高的要求。因此，新型儲能被視為解決問題的關鍵之一。儲能系統(tǒng)如同電網(wǎng)的“充電寶”，能夠在可再生能源發(fā)電高峰時儲存電能，在低谷時釋放，從而實現(xiàn)能源的平衡調(diào)度和靈活運行。例如，此前已投運的廣東首個新能源側(cè)配儲能示范項目——海灣石風電場儲能示范項目，不僅有效解決了風電場站棄風問題，還實現(xiàn)了削峰填谷、平滑風電場出力、提高功率預測指標，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量以及抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩，并形成了推廣示范能力。此外，抽水蓄能作為一種能量型儲能技術，能夠儲存、平衡和調(diào)控可再生能源的波動性，其在提高可再生能源的利用效率和穩(wěn)定性方面也具有不可忽視的優(yōu)勢。今年8月11日，世界裝機容量最大抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站12號機組順利完成15天試運行，正式投產(chǎn)發(fā)電。該機組也是國內(nèi)首臺大型交流勵磁變速抽水蓄能機組（以下簡稱變速機組）。抽水蓄能電站上下水庫水位之間的差值稱作水頭，機組在運行時，水頭會隨著上下水庫水位變化而改變。變速機組除了具備定速機組的功能外，還具有提供頻率自動控制容量、實現(xiàn)有功功率的高速調(diào)節(jié)、水泵入力在變速范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)、更強的進相運行能力、提高機組運行的穩(wěn)定性和運行效率等優(yōu)點。變速機組能夠更有效地服務于新型電力系統(tǒng)，為可再生能源的大規(guī)模接入提供強有力支撐。 相關線纜產(chǎn)品創(chuàng)新迭代加速蛻變 波動性可再生能源發(fā)電量增長增加電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性，不僅催生對儲能等靈活性資源的需求，也可以看到，借助技術演進帶來的機遇與挑戰(zhàn)，相關線纜產(chǎn)品正積極向更前沿的方向邁進。智能化電纜集成了傳感器與通信技術，能夠?qū)崟r監(jiān)測電纜運行狀態(tài)，提升電網(wǎng)運維效率與安全性。近年來，隨著政府對數(shù)字化領域的支持和重視，經(jīng)過長期試制和檢驗，不少企業(yè)成功研發(fā)了智能芯片電纜，實現(xiàn)了對電纜的全壽命周期管理，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟與管理效益，為推動電力物資供應鏈管理從實物管理向數(shù)字管理轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻。拿智能芯片電纜來說，里面隱藏著若干由一個個智能芯片組成的“神經(jīng)元”，它們能夠精確感知電纜的運行狀況，像人的感覺神經(jīng)一樣?！巴础奔幢硎拘揪€有斷芯，“脹”為負荷過大、電流過大，“燙”則為溫度過高……再運用遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等高新技術，將芯片的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸回監(jiān)控終端。智能芯片電纜正是通過這一流程，實現(xiàn)電纜溫度和載流量的實時監(jiān)測，同時還能實現(xiàn)電纜制造、出廠檢測和安裝敷設情況的信息存儲和調(diào)用，上述信息再通過無線設備傳輸，利用云計算在手機（APP）上實現(xiàn)實時查閱和監(jiān)控。不僅如此，系統(tǒng)還具備低成本、安全、可靠的特性，為電力系統(tǒng)能源傳輸和信息調(diào)配管理、為建設能源互聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。現(xiàn)代直流輸電技術發(fā)展歷史悠久，目前工程最高電壓等級已經(jīng)達到±800kV。柔性直流輸電作為新一代直流輸電技術，其在結(jié)構上與高壓直流輸電類似，仍是由換流站和直流輸電線路（通常為直流電纜）構成。柔性直流電纜以其高靈活性、低損耗等特點，成為連接可再生能源基地與負荷中心的重要選擇。近年來，柔性直流電纜系統(tǒng)技術尤其是高載流量柔性直流電纜技術成為整個電纜行業(yè)的熱點研究方向，可解決遠海風電進網(wǎng)、海島供電、城市增容等柔直輸電領域的輸電線路問題。根據(jù)絕緣方式的不同，柔性直流輸電電纜可分為黏性浸漬紙(MI)絕緣電纜、自容式充油(SCOF)電纜、交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜等，其中交聯(lián)聚乙烯電纜因具有傳輸容量大、允許工作溫度高、制作工藝簡單、經(jīng)濟性好、無漏油風險等特點，在高壓柔性直流輸電工程得到廣泛應用。早在2017年，中天科技就已經(jīng)成功研制出我國第一根±525kV交聯(lián)聚乙烯絕緣柔性直流電纜系統(tǒng)。該電纜具備截面積達3000mm2的型線阻水導體，輸電容量可達3000MW，外徑比相同電壓等級和規(guī)格的皺紋鋁套型電纜減小10%，并實現(xiàn)了“電力傳輸+光纖通信+同步測溫”的光電一體化功能。CNESA全球儲能數(shù)據(jù)庫發(fā)布的中國新型儲能市場項目規(guī)模數(shù)據(jù)顯示：2023年中國新增投運新型儲能裝機21.5GW/46.6GWh，是2022年新增投運規(guī)模水平的三倍。作為儲能系統(tǒng)的重要零部件，電力儲能系統(tǒng)用電池連接電纜（簡稱儲能電纜）也伴隨著其整機的發(fā)展迎來發(fā)展的黃金時期。不同于普通電力傳輸線路，儲能電纜結(jié)合了電力傳輸和儲能功能，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的儲存和釋放，將傳輸和儲存功能融為一體，從而更加高效地利用和管理能源。多年來，國內(nèi)線纜企業(yè)緊跟市場主流發(fā)展趨勢，持續(xù)進行產(chǎn)品研發(fā)投入。比如遠東電纜開發(fā)的電力儲能系統(tǒng)用電池連接專用電纜、塑料電線、控制電纜以及35kV及以下中低壓力纜，主要應用在儲能系統(tǒng)中直流側(cè)的電池模塊之間、電池簇之間、電池簇與匯流箱及電池簇與電池雙向儲能變流器（PCS）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）等。為滿足儲能線纜特殊需求，材料的選擇也顯得至關重要。根據(jù)CQC1143&PPP58049A規(guī)定：電力儲能系統(tǒng)中電壓等級峰值為DC 1500V直流系統(tǒng)，最高耐溫等級為125℃。現(xiàn)行使用的儲能電纜絕緣與護套材料主要是低煙無鹵阻燃耐熱125℃交聯(lián)聚烯烴(WDZ-YJ-125)，由該類材料制備的電纜輻照處理工序復雜，成本偏高，電纜難以回收再利用，導致資源浪費。在此背景下，萬馬高分子潛心研發(fā)，其125℃聚氯乙烯儲能電纜料產(chǎn)品WMC-6251、WMC-6252能夠滿足不同客戶對于PVC儲能線纜的柔軟性、耐高低溫以及燃燒性能等方面要求。來源 | 上纜所傳媒
引用 | 新京報、美通社、河北日報、中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會（CWEA)、DNV能源、科技日報、南方日報、中國報道、《南方電網(wǎng)技術》、光電通信等
文字 | 王沐木
編輯 | 盧羽佳
審核 | 何曉芳
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