输电是电网脱碳不可回避的一环

西门子能源已经准备好了相应的产品组合来应对未来输电环节的需求。

图片来源:视觉中国

伴随着可再生能源并网的不断增长,电力来源逐渐低碳的同时,输电环节是电网脱碳无法回避的问题。

“新能源具有两面性,一方面具有清洁属性,另一方面在接入电网时会有很大的扰动。”西门子能源有限公司输电集团总经理王肩雷接受界面新闻记者采访时指出。

国际能源署(IEA)在10月初发布的报告中指出,从运营的角度来看,未来燃煤、燃气发电会走向收缩和逐步退役,电力行业将需要利用灵活的资源来管理可再生能源的可变性,包括可调度发电厂、储能、需求响应和比目前规模更大的输电网络。

未来几年,各种因素将主导输电市场:可再生能源的发展、电网基础设施的扩展和互联,以及逐步更换和升级老化的电网基础设施的需要。而西门子能源已经准备好了相应的产品组合来应对未来输电环节的需求。

让输电更具弹性

越来越多的分布式可再生能源使得电网在确保可靠和稳定运行方面变得更加困难。

为此,西门子能源推出了柔性高压直流输电技术 (HVDC PLUS)。

王肩雷表示,“柔性高压直流技术可以最大限度地接纳新能源,同时通过特殊的调节手段、潮流管理等方式,对大电网的安全性和稳定性的扰动可以降到最低,最大限度地减少弃风弃光弃水。”

以挪威为例,根据能源咨询公司Enerdata发布的《世界能源统计年鉴2020》(下称《年鉴》),可再生能源(包括水电,下同)占挪威电力生产中的份额已高达98.4%。

为应对不断增长的能源需求和可再生能源供电不稳定的挑战,今年6月,挪威配电系统运营商Lyse Elnett与西门子能源签署框架协议,以加强挪威电网。

根据该协议,西门子能源将为挪威南部 Sør-Rogaland 地区的各种变电站提供服务和输电产品。通过建造新变电站和对现有变电站进行现代化升级改造。

在德国,为北部电网供电的大型风电场与该国其他地区的负荷中心之间的空间越来越大,这使得输电网络更容易受到电压波动和干扰的影响。

今年4月德国输电系统运营商Amprion已委托西门子能源建设两个静态同步补偿器(STATCOM)系统,以进一步稳定德国输电电网。

《年鉴》数据显示,2000年至2020年可再生能源在英国电力结构中的份额上升40%,可再生能源占欧盟电力结构的39%,占全球电力结构的28%以上,且份额仍在提升。

这在给全球各国家、地区电网带来稳定性挑战的同时,也给西门子能源带来了机遇,特别是针对海上风电产业。

国信证券分析称,未来10年在欧洲、中国、美国和日本的带动下,全球海上风电渗透率快速提升的阶段。预计到2025年,海外市场新增海上风电的渗透率高达29%,国内渗透率12%,全球综合渗透率达到17%。

海上换流站  图片来源:西门子能源

为满足海上风电并网的不同需求,西门子能源推出了高压直流 (HVDC) 和高压交流 (HVAC) 解决方案以及柔性交流输电系统 (FACTS)。

“直流输电比交流技术更为复杂,但在输电效率方面有一些明显的优势。”王肩雷告诉记者,“其中一个因素是到海岸的距离:距离越大,最大限度地降低不可避免的实际电力损耗降就变得越重要。西门子能源直流输电方案可节省约30%的成本。”

就交流技术来看,西门子能源数据显示,西门子能源交流海上发电并网解决方案依赖于海上预装式模块,借助这些标准化模块,海上平台的体积可以减少35%,重量也可以减轻30%,施工时间最多可缩短30%,总体来看可以节省达25%成本。

迄今为止,西门子能源在海上风电并网领域已连接6.95吉瓦(GW),另有3.8GW正在建设中。

“在中国市场,西门子能源输电集团同国家电网、南方电网合作,参与了31个长距离超、特高压输电工程。”王肩雷着重向记者讲述了同南方电网合作的云南乌东德水电站特高压多端直流示范工程。

记者了解到,乌东德水电站是中国第四、世界第七大水电站,是“十八大”以来开工建设并投产的首个千万千瓦级世界级巨型水电站,总装机容量1020万千瓦,全面投产发电后年均发电量将达389.1亿千瓦时。

2021年6月16日,金沙江乌东德水电站全部机组正式投产发电。“在乌东德项目中创造了多个世界第一,比如世界上容量最大的特高压多端直流输电工程、首个特高压柔性直流换流站工程等等,”王肩雷说道,“南方电网前不久反馈,对产品运行状态非常满意。”

低碳环保产品需要规模化降本

11月2日,包括西门子能源、三菱电机株式会社、东芝能源系统与解决方案株式会社、施耐德电气等在内的9家公司配电设备制造商发表联合声明。

声明中称,低碳电力的清洁运输是国家脱碳计划的重要组成部分,它将与使用可再生能源的脱碳发电相结合,支撑未来的可持续经济。

控制六氟化硫(SF₆)排放并使用清洁、可靠、无毒的替代设备成为这九家配电商达成的共识。

“六氟化硫气体的电气绝缘特性和稳定性非常好,同时可以进行压缩已适用于所有电压等级的紧凑型设备,数十年来为电网设施的可靠性、效率和弹性发挥重要作用。”王肩雷表示。

同时他也指出了六氟化硫的另一特性——环境极度不友好。“就全球变暖潜力值这一指数来看,一个当量的六氟化硫相当于25200个当量的二氧化碳对臭氧层的破坏。”

西门子能源项目负责人Nikola Jankulovski曾指出,“减少全球变暖潜能还不够好。它必须为零,因为1%的全球变暖潜能值仍然是全球变暖潜能值。它必须为零,而且必须是现在。”

为此,西门子能源研发了无氟类气体替代技术,推出了Blue环保型高压开关设备。据介绍,该产品采用真空灭弧技术和洁净空气绝缘相结合的解决方案,在保证电能安全传输的同时,不含 SF6 或其他含氟气体,在整个生命周期内实现二氧化碳当量排放为零。

其中洁净空气是经过技术制备和净化的空气,其混合比例为80%的氮气和20%的氧气。

8VN1 145 kV Blue GIS(环保型高压开关设备) 图片来源:西门子能源

这是其Blue产品组合中的一部分,该组合覆盖了变电站主要开关产品,包括72.5kV和145kV气体绝缘开关设备、柱式断路器、罐式断路器、420kV电压互感器以及420kV站用电压互感器等。

在德国诺德林根变电站,西门子能源首次在110kV高压电网中安装了采用真空开断技术的新型3AV1 Blue环保型高压断路器和包括洁净空气绝缘在内的组合式电流电压互感器。

2020年4月,西门子能源为挪威第二大电力公司 BBK Nett公司提供的3个间隔145kV Blue环保型高压开关设备,已经在卑尔根的Koengen变电站投入运行;

同期,SEAS-NVE旗下的丹麦配电系统运营商Cerius已从同西门子能源订购了第一台气体绝缘开关设备,安装并连接到位于里尔的72.5kV电网变电站Skensved,目前Cerius的订单已增加到100多台。

今年4月西门子能源公司获得了向芬兰输电系统运营商Fingrid提供十台不含六氟化硫的气体绝缘开关设备的合同。

在上文提到了的今年6月签署的挪威电网改造协议中规定,随着时间的推移,挪威配电系统运营商Lyse Elnett可以实现消除变电站中的氟化气体来进行电力传输。

如果调出最长八年运行时间的总协议供货范围,则该协议的总金额估计为2亿欧元。该协议涵盖新变电站的设计和建设以及现有变电站的改造和升级,包括输电产品和服务的供应,其中最大和最重要的任务就是交付145kV Blue GIS以及相关的保护和控制系统。

“在进博会期间,很多政府代表团,包括各省市、央企等领导来西门子能源,探讨怎么在环保与经济效益之间取得平衡。”王肩雷告诉记者。

“走向低碳化也是需要成本的,以145kV Blue环保型高压开关设备为例,产品是领先的,但同样价格高昂,主要在于还没有形成规模效应。”他坦言道,“对于企业来讲,技术路线的选择、政府宏观政策指引都至关重要。”

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