成为欧洲的储能电池 挪威新高压直流线路水电系统(附图)

发布时间:2018-06-04 10:23    来源:悦智网
 

关键词:储能电池 高压直流转换器 海底电缆

摘要:挪威的水力发电构成欧洲近一半的储能能力。欧洲电网运营商需要储备电能,以应对风力发电不稳定的情况。看到两者间的联系了吗?挪威就看到了。一条新的海底电缆缩小了电力供需之间的缺口,更好地将挪威富余的水电输送至欧洲电力系统。

  挪威的水力发电构成欧洲近一半的储能能力。欧洲电网运营商需要储备电能,以应对风力发电不稳定的情况。看到两者间的联系了吗?挪威就看到了。一条新的海底电缆缩小了电力供需之间的缺口,更好地将挪威富余的水电输送至欧洲电力系统。

 
图为北欧海上链接:一条新的高压直流电缆连接丹麦和挪威

  这条海底电缆全长240公里,穿越了横亘在挪威南部和丹麦北部之间的斯卡格拉克海峡。这也是自1993年来,挪威首次新建通往丹麦的海底电缆。海底电缆系统被命名为斯卡格拉克海峡4号,在电缆线路两端安装的高压直流(HVDC)转换器能对交流电和直流电进行转换,这些装置也为风力发电大国——德国和英国——与挪威建立电力系统连接作好了准备。

  现有的斯卡格拉克海峡电力互连中,3条高压直流海底电缆的总输电容量达到1000兆瓦,这足以向世界证明风电和水电是能实现完美互补的。丹麦能源署表示,这种电力互连恰恰是丹麦风电居世界前列的原因。丹麦风电一度满足了其总用电需求的41.2%。在某些时间段,丹麦的风力发电量甚至超过了其国内的总电力需求。

  挪威的国家电网运营商Statnett公司的执行副总裁哈康•博根(HåkonBorgen)表示:“我们将多余的电力储存在水电站中,然后按照季度或者日需求的实际情况供应出去。这是一个非常强大的商业案例。”

 
    图为平稳的运营:丹麦的新高压直流输电线路反应器使得挪威能够更稳定地输送其储存的电力。该国计划与英国和德国建立类似的连接。

  挪威的水电涡轮机放慢了运转速度,转而消耗丹麦的风能,从而在水电系统中储存等量的电力。当北海的风向发生改变、风力变小时,水电站和斯卡格拉克海峡的电缆就将存储的电能输回到丹麦。

  博根表示,通过将高压直流技术最灵活的形式——电压源换流器(VSC)推向其迄今为止的最高电压,斯卡格拉克海峡4号新增的700兆瓦容量推进了计划的进行,这些计划旨在使挪威向英国和德国输送电力。他表示,VSC稳定电缆两端的交流电网电压的能力,使得该技术超越了处理可再生能源间歇性流动的其他技术。斯卡格拉克海峡4号中的电压源换流器均在500千伏工作——比此前的纪录保持者高出30%。博根说,对于更长距离的输送,电压就需要提升以减少损耗,如连接到英国的720公里的电缆,它将成为世界上最长的海底电缆。

  制造了斯卡格拉克海峡4号电压源换流器的苏黎世ABB公司表示,更大的技术挑战是,要确保电压源换流器与旧的高压直流输电线路能够良好地协作。这是因为,斯卡格拉克海峡4号向南穿过海峡输送的电流必须通过斯卡格拉克海峡3号电缆回到挪威,而斯卡格拉克海峡3号使用的是旧的、传统的高压直流变流器。这将是世界上首次采用电压源换流器和传统高压直流变流器协同工作的电缆。

  

  当运营商希望反转电力的流向(在斯卡格拉克海峡,根据风向和市场的变化,这种情况每年会发生高达1000次)时,这种配对就变得非常有趣了。通常,电压源换流器通过反转一条线路的电流来反转电力的输送方向,而传统的高压直流转换器必须反转线路的电压极性。

  因此,要如何在这两条线路上都反转电力的流向呢?ABB公司的解决方案是利用一个5~10秒的过程,通过两种转换器的协同运作,以及8个高速开关重新配置的电压源换流器的接线,将线路极性反转,使斯卡格拉克海峡4号中的电力流向得以改变,而其电流保持向南。

  该过程将切断电路,使电流不再能从一根电缆流到另一根。但ABB公司的高压直流输电专家拉尔斯-埃里克•朱林(Lars-Erik Juhlin)表示,交流电网中并没有明显的电力损失或激增。

  朱林解释说,关键在于海水优异的导电性。当电力逆转系统切断电路时,岸上的转换器利用水下电极通过海水将电流返回海峡对岸。通过海水传输电流会腐蚀海底的基础设施,如天然气管道,但在这里,量是关键。朱林说:“它们甚至可以承受2000安培的电流长达2个小时。因此,对于一个短脉冲来说,这是没有问题的。”

  Statnett公司的后续互连项目会迅速展开,因为它们只是斯卡格拉克海峡4号的加长版而已。第一个项目是挪威和德国之间的一对500千伏的电缆,Statnett公司与其欧洲电网合作伙伴——荷德合资的Tennet公司将启用1400兆瓦的NordLink海缆。Statnett公司和伦敦的国家电网联合建造的挪威—英国电缆预计将在2020年投入使用。

  如果欧洲国家制定了更严格的2050年官方碳减排目标的话,就应该会出现更多的电缆。例如,德国政府的环境咨询委员会在其2011年影响力报告中指出,德国最佳的零碳电力系统需要超过40千兆瓦的挪威电力输出。该委员会预计,该系统提供电力的成本将为非常实惠的每千瓦时6~7欧分。如果没有挪威的电力存储,电力成本将上升至每千瓦时9至12欧分。

  挪威科技大学液压和环境工程教授阿南德•凯令维特(Ånund Killing-tveit)表示,挪威的水电系统至少能完成一部分任务。凯令维特领导了一项为期5年的570万美元的水电平衡研究项目,该研究显示,现有的水电系统可以“很容易地”在不破坏环境的情况下输入或输出25千兆瓦的储能——这是它们目前水平的约5倍。他说,关键在于,要安装水泵将水从一个水库转移到附近一个较高的水库,从而积极地储存电力,而不只是延迟发电。

  如果说挪威的储能潜力有一定限制的话,那么很可能是该国自己的电网。Statnett公司已经开始了一项为期10年、耗资80亿至100亿美元的电网升级计划,但它只计算了3个电缆项目增加的3.5千兆瓦的容量。问题是,挪威要接受多少条电力线路,才能帮助欧洲顺利远离化石燃料发电呢?

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