【特別關(guān)注】破解可再生能源波動(dòng)性難題，線纜產(chǎn)業(yè)“鏈”動(dòng)新潮多點(diǎn)發(fā)力
來源： 作者： 時(shí)間：2024-09-02
隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)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(jí)社，全球獨(dú)立的認(rèn)證和風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)構(gòu)）最新發(fā)布的《新電力系統(tǒng)》報(bào)告預(yù)測(cè)，到2050年，風(fēng)能和太陽能會(huì)貢獻(xiàn)全球近70%的電力，這一趨勢(shì)預(yù)示著全球電力系統(tǒng)即將迎來一場(chǎng)前所未有的變革。屆時(shí)全球用電量會(huì)在當(dāng)今基礎(chǔ)上翻一番，可再生能源的顯著增長(zhǎng)將會(huì)為能源領(lǐng)域帶來全新的發(fā)展機(jī)遇。
與此同時(shí)應(yīng)注意到，可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，也對(duì)線纜制造技術(shù)提出了更高的要求：如何有效平抑波動(dòng)，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，成為亟待解決的關(guān)鍵問題。 技術(shù)演進(jìn)助力破解可再生能源波動(dòng)性難題 “深度數(shù)字化，包括人工智能的應(yīng)用，對(duì)于管理可再生能源主導(dǎo)的電力系統(tǒng)日益增加的復(fù)雜性至關(guān)重要。”DNV集團(tuán)總裁兼首席執(zhí)行官Remi Eriksen表示。人工智能在提高電力供應(yīng)和使用效率方面具有相當(dāng)大的潛力，包括通過分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息、預(yù)測(cè)能源需求峰值、優(yōu)化電力生產(chǎn)和分配等方式來實(shí)現(xiàn)能源的最大化利用。目前，在促進(jìn)可再生能源集成方面，智能電網(wǎng)作為一種高度自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化的電力網(wǎng)絡(luò)，通過先進(jìn)的通信技術(shù)、控制技術(shù)以及信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(yīng)性，能夠應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性。例如，風(fēng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)這些能源的輸出，及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。另一方面，智能電網(wǎng)的信息化特點(diǎn)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(shí)收集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行深入分析，為電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度提供科學(xué)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(jìn)的控制策略和防護(hù)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(yùn)行。特高壓輸電技術(shù)以其超高電壓、超長(zhǎng)距離傳輸和大容量輸電等特點(diǎn)，成為波動(dòng)性可再生能源集中輸送和遠(yuǎn)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(yīng)用提供技術(shù)支撐。特高壓直流輸電技術(shù)具有較強(qiáng)的調(diào)度能力和靈活性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)時(shí)調(diào)整輸電功率，減輕電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，20世紀(jì)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(shù)——柔性直流，由于其可控能力強(qiáng)、功率調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行方式靈活，能夠有效抑制交流電壓波動(dòng)，減少功率波動(dòng)對(duì)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(guó)家電網(wǎng)公司聚焦新型電力系統(tǒng)建設(shè)，針對(duì)新能源大規(guī)模送出消納需求，在國(guó)際上首次自主研發(fā)±800kV、800萬千瓦特高壓柔性直流新技術(shù)，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(dòng)態(tài)響應(yīng)復(fù)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(fēng)力和太陽能等能源的波動(dòng)性很大，這對(duì)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(chǔ)能被視為解決問題的關(guān)鍵之一。儲(chǔ)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(shí)儲(chǔ)存電能，在低谷時(shí)釋放，從而實(shí)現(xiàn)能源的平衡調(diào)度和靈活運(yùn)行。例如，此前已投運(yùn)的廣東首個(gè)新能源側(cè)配儲(chǔ)能示范項(xiàng)目——海灣石風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，不僅有效解決了風(fēng)電場(chǎng)站棄風(fēng)問題，還實(shí)現(xiàn)了削峰填谷、平滑風(fēng)電場(chǎng)出力、提高功率預(yù)測(cè)指標(biāo)，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(chǔ)能技術(shù)，能夠儲(chǔ)存、平衡和調(diào)控可再生能源的波動(dòng)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(shì)。今年8月11日，世界裝機(jī)容量最大抽水蓄能電站——國(guó)網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站12號(hào)機(jī)組順利完成15天試運(yùn)行，正式投產(chǎn)發(fā)電。該機(jī)組也是國(guó)內(nèi)首臺(tái)大型交流勵(lì)磁變速抽水蓄能機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱變速機(jī)組）。抽水蓄能電站上下水庫水位之間的差值稱作水頭，機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，水頭會(huì)隨著上下水庫水位變化而改變。變速機(jī)組除了具備定速機(jī)組的功能外，還具有提供頻率自動(dòng)控制容量、實(shí)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(qiáng)的進(jìn)相運(yùn)行能力、提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率等優(yōu)點(diǎn)。變速機(jī)組能夠更有效地服務(wù)于新型電力系統(tǒng)，為可再生能源的大規(guī)模接入提供強(qiáng)有力支撐。 相關(guān)線纜產(chǎn)品創(chuàng)新迭代加速蛻變 波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量增長(zhǎng)增加電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性，不僅催生對(duì)儲(chǔ)能等靈活性資源的需求，也可以看到，借助技術(shù)演進(jìn)帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，相關(guān)線纜產(chǎn)品正積極向更前沿的方向邁進(jìn)。智能化電纜集成了傳感器與通信技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電纜運(yùn)行狀態(tài)，提升電網(wǎng)運(yùn)維效率與安全性。近年來，隨著政府對(duì)數(shù)字化領(lǐng)域的支持和重視，經(jīng)過長(zhǎng)期試制和檢驗(yàn)，不少企業(yè)成功研發(fā)了智能芯片電纜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電纜的全壽命周期管理，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)與管理效益，為推動(dòng)電力物資供應(yīng)鏈管理從實(shí)物管理向數(shù)字管理轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn)。拿智能芯片電纜來說，里面隱藏著若干由一個(gè)個(gè)智能芯片組成的“神經(jīng)元”，它們能夠精確感知電纜的運(yùn)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(fù)荷過大、電流過大，“燙”則為溫度過高……再運(yùn)用遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等高新技術(shù)，將芯片的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)電纜溫度和載流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)電纜制造、出廠檢測(cè)和安裝敷設(shè)情況的信息存儲(chǔ)和調(diào)用，上述信息再通過無線設(shè)備傳輸，利用云計(jì)算在手機(jī)（APP）上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。現(xiàn)代直流輸電技術(shù)發(fā)展歷史悠久，目前工程最高電壓等級(jí)已經(jīng)達(dá)到±800kV。柔性直流輸電作為新一代直流輸電技術(shù)，其在結(jié)構(gòu)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(gòu)成。柔性直流電纜以其高靈活性、低損耗等特點(diǎn)，成為連接可再生能源基地與負(fù)荷中心的重要選擇。近年來，柔性直流電纜系統(tǒng)技術(shù)尤其是高載流量柔性直流電纜技術(shù)成為整個(gè)電纜行業(yè)的熱點(diǎn)研究方向，可解決遠(yuǎn)海風(fēng)電進(jìn)網(wǎng)、海島供電、城市增容等柔直輸電領(lǐng)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(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好、無漏油風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，在高壓柔性直流輸電工程得到廣泛應(yīng)用。早在2017年，中天科技就已經(jīng)成功研制出我國(guó)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(dá)3000mm2的型線阻水導(dǎo)體，輸電容量可達(dá)3000MW，外徑比相同電壓等級(jí)和規(guī)格的皺紋鋁套型電纜減小10%，并實(shí)現(xiàn)了“電力傳輸+光纖通信+同步測(cè)溫”的光電一體化功能。CNESA全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫發(fā)布的中國(guó)新型儲(chǔ)能市場(chǎng)項(xiàng)目規(guī)模數(shù)據(jù)顯示：2023年中國(guó)新增投運(yùn)新型儲(chǔ)能裝機(jī)21.5GW/46.6GWh，是2022年新增投運(yùn)規(guī)模水平的三倍。作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要零部件，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池連接電纜（簡(jiǎn)稱儲(chǔ)能電纜）也伴隨著其整機(jī)的發(fā)展迎來發(fā)展的黃金時(shí)期。不同于普通電力傳輸線路，儲(chǔ)能電纜結(jié)合了電力傳輸和儲(chǔ)能功能，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的儲(chǔ)存和釋放，將傳輸和儲(chǔ)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(guó)內(nèi)線纜企業(yè)緊跟市場(chǎng)主流發(fā)展趨勢(shì)，持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)投入。比如遠(yuǎn)東電纜開發(fā)的電力儲(chǔ)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(yīng)用在儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能線纜特殊需求，材料的選擇也顯得至關(guān)重要。根據(jù)CQC1143&PPP58049A規(guī)定：電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中電壓等級(jí)峰值為DC 1500V直流系統(tǒng)，最高耐溫等級(jí)為125℃?，F(xiàn)行使用的儲(chǔ)能電纜絕緣與護(hù)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(fù)雜，成本偏高，電纜難以回收再利用，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。在此背景下，萬馬高分子潛心研發(fā)，其125℃聚氯乙烯儲(chǔ)能電纜料產(chǎn)品WMC-6251、WMC-6252能夠滿足不同客戶對(duì)于PVC儲(chǔ)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(bào)、美通社、河北日?qǐng)?bào)、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)（CWEA)、DNV能源、科技日?qǐng)?bào)、南方日?qǐng)?bào)、中國(guó)報(bào)道、《南方電網(wǎng)技術(shù)》、光電通信等
文字 | 王沐木
編輯 | 盧羽佳
審核 | 何曉芳
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