為應(yīng)對(duì)氣候變化,向可再生能源的過渡正在成為全球能源轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)工作領(lǐng)域。然而,要將電力傳輸?shù)叫枨髠?cè),一個(gè)強(qiáng)大的電網(wǎng)系統(tǒng)必不可少,否則凈零排放將無法實(shí)現(xiàn)。
只有將可再生能源產(chǎn)生的電力傳輸?shù)角Ъ胰f戶,才能實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。
(資料圖片僅供參考)
全球能源需求正在不斷增長(zhǎng)。隨著世界各國各地區(qū)努力減少碳足跡、提升能源供給的經(jīng)濟(jì)性、保障能源安全,對(duì)可再生能源的需求尤為突出。風(fēng)能、太陽能和水電等可再生能源技術(shù)不斷發(fā)展,為家庭、企業(yè)和社會(huì)提供電力。國際能源署(IEA)的最新數(shù)據(jù)顯示,如果要在2030年實(shí)現(xiàn)凈零排放,全球電力產(chǎn)量需要在2020年的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)92%;而距離這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)只剩下七年的時(shí)間。今天,加快推進(jìn)可再生能源的發(fā)展比以往任何時(shí)候都更為重要,但只有在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完備,即電網(wǎng)足夠強(qiáng)大的情況下,能源轉(zhuǎn)型才能取得成功。
具體而言,這意味電網(wǎng)需要朝著規(guī)模化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。否則,可再生能源就無法充分發(fā)揮其潛力。我們可以將發(fā)電看作是能源系統(tǒng)的心臟,而可靠、高效的輸配電網(wǎng)絡(luò)則為動(dòng)脈和靜脈。它將電能在需要的時(shí)間輸送到需要的地點(diǎn),以此達(dá)到供需平衡。
據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)估算,到2050年要實(shí)現(xiàn)凈零排放,全球需要建設(shè)1.52億公里的輸電線路。而這是目前全球輸電線路總長(zhǎng)的兩倍,相當(dāng)于地球到太陽的距離!這就說明了對(duì)電網(wǎng)加大投入的重要性,反之,凈零排放就不可能實(shí)現(xiàn)。
位于紐約海岸近海的Sunrise海上風(fēng)電場(chǎng),是美國第一個(gè)采用西門子能源高壓直流輸電(HVDC)技術(shù)的海上風(fēng)電項(xiàng)目。該項(xiàng)目將為60萬戶家庭提供清潔能源。
全球能源轉(zhuǎn)型:電網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)方興未艾
積極的一面是,可再生能源的加速發(fā)展也推動(dòng)了全球?qū)椥噪娋W(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)的需求:例如,歐盟計(jì)劃到2040年新增128吉瓦的電網(wǎng)互聯(lián)容量,中國的高壓電網(wǎng)容量將在2050年翻一番,美國將在2040年之前對(duì)35%以上的現(xiàn)有電網(wǎng)資產(chǎn)進(jìn)行升級(jí)改造。
高壓直流輸電(HVDC)是提升電網(wǎng)強(qiáng)度的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比傳統(tǒng)的交流(AC)輸電線路,HVDC的線損更低,能夠長(zhǎng)距離高效傳輸電力。世界各地許多大型項(xiàng)目均已經(jīng)應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)。例如,紐約近海的Sunrise風(fēng)電項(xiàng)目將是美國第一個(gè)使用西門子能源高壓直流輸電技術(shù)的海上風(fēng)電項(xiàng)目。
電網(wǎng)互聯(lián)是另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),通過跨境共享可再生能源助力實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。例如,在NeuConnect項(xiàng)目中,我們將通過北海海底的高壓輸電電纜,連接歐洲最大的兩個(gè)能源市場(chǎng):德國和英國,滿足兩國150萬戶家庭的電力需求。
此外,伴隨著可再生能源的發(fā)展,電網(wǎng)也日漸向分布式發(fā)電方式轉(zhuǎn)變,這就需要額外的技術(shù)來平衡負(fù)載和管理電網(wǎng)頻率的波動(dòng),如同步調(diào)相機(jī)。澳大利亞最早采用了這項(xiàng)技術(shù):南澳大利亞電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商ElectraNet的電網(wǎng)中,超過50%的電力來自可再生能源。這對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn),因?yàn)樘柌粫?huì)24小時(shí)照耀,風(fēng)也不會(huì)一直持續(xù)不斷。為了避免潛在的停電風(fēng)險(xiǎn), ElectraNet目前為羅伯斯鎮(zhèn)變電站配備了兩個(gè)飛輪同步調(diào)相機(jī),在系統(tǒng)頻率驟降時(shí)實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
位于澳大利亞羅伯斯鎮(zhèn)的ElectraNet變電站。該變電站安裝了兩臺(tái)飛輪同步調(diào)相機(jī)
減少繁冗,加速能源轉(zhuǎn)型
盡管總體發(fā)展趨勢(shì)良好,但要在能源轉(zhuǎn)型方面取得真正的進(jìn)展,仍需要消弭一些障礙,而重中之重就是加快決策。我們急需簡(jiǎn)化規(guī)劃和審批流程。
根據(jù)國際能源署的估算,在美國和歐洲,從審批到建設(shè)完工一條架空輸電線路平均用時(shí)為 10 年,海底電纜的平均交付周期約為 9 年。德國工業(yè)聯(lián)合會(huì)(BDI)在最近的研究中也提示,新增待審批的可再生能源發(fā)電項(xiàng)目數(shù)量在未來八年可能會(huì)翻一番。
因此,針對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)升級(jí)和新電網(wǎng)投資項(xiàng)目,需要簡(jiǎn)化和加速審批流程,以消除瓶頸,加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
西門子能源高壓直流輸電系統(tǒng)換流站照片
可再生能源和電網(wǎng)相結(jié)合,應(yīng)對(duì)能源三難困境
可再生能源不僅能夠應(yīng)對(duì)氣候變化,還可以使我們減少對(duì)化石燃料的依賴,從而保障能源安全。規(guī)劃設(shè)計(jì)良好的電網(wǎng),可以將包括可再生能源在內(nèi)的低成本能源整合到電網(wǎng)中,降低電價(jià),從而降低消費(fèi)者和企業(yè)的整體用能成本。同時(shí),高效輸送可再生能源生產(chǎn)的電力還有助于減少碳排放,推動(dòng)建設(shè)可持續(xù)的能源系統(tǒng)。
目前,全球排放量每年高達(dá) 340 億噸,而如果我們對(duì)此無動(dòng)于衷,到2050年這一數(shù)字將激增到 530 億噸。這將會(huì)加劇全球變暖,并對(duì)我們賴以生存的地球產(chǎn)生威脅。因此,推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型是唯一選擇;我們也必須要打造堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng),唯此才能構(gòu)建可持續(xù)的、經(jīng)濟(jì)的、可靠的能源系統(tǒng)。只有實(shí)現(xiàn)全球凈零排放目標(biāo),我們才能為自己、為后代創(chuàng)造一個(gè)可持續(xù)的未來。
文章作者:霍特(Tim Holt) 西門子能源股份公司 執(zhí)行委員會(huì)成員、執(zhí)行副總裁
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