挪威的水力發電構成歐洲近一半的儲能能力。歐洲電網運營商需要儲備電能,以應對風力發電不穩定的情況。看到兩者間的聯系了嗎?挪威就看到了。一條新的海底電纜縮小了電力供需之間的缺口,更好地將挪威富余的水電輸送至歐洲電力系統。
這條海底電纜全長240公里,穿越了橫亙在挪威南部和丹麥北部之間的斯卡格拉克海峽。這也是自1993年來,挪威首次新建通往丹麥的海底電纜。海底電纜系統被命名為斯卡格拉克海峽4號,在電纜線路兩端安裝的高壓直流(HVDC)轉換器能對交流電和直流電進行轉換,這些裝置也為風力發電大國——德國和英國——與挪威建立電力系統連接作好了準備。
現有的斯卡格拉克海峽電力互連中,3條高壓直流海底電纜的總輸電容量達到1000兆瓦,這足以向世界證明風電和水電是能實現完美互補的。丹麥能源署表示,這種電力互連恰恰是丹麥風電居世界前列的原因。丹麥風電一度滿足了其總用電需求的41.2%。在某些時間段,丹麥的風力發電量甚至超過了其國內的總電力需求。
挪威的國家電網運營商Statnett公司的執行副總裁哈康•博根(HåkonBorgen)表示:“我們將多余的電力儲存在水電站中,然后按照季度或者日需求的實際情況供應出去。這是一個非常強大的商業案例。”
挪威的水電渦輪機放慢了運轉速度,轉而消耗丹麥的風能,從而在水電系統中儲存等量的電力。當北海的風向發生改變、風力變小時,水電站和斯卡格拉克海峽的電纜就將存儲的電能輸回到丹麥。
博根表示,通過將高壓直流技術最靈活的形式——電壓源換流器(VSC)推向其迄今為止的最高電壓,斯卡格拉克海峽4號新增的700兆瓦容量推進了計劃的進行,這些計劃旨在使挪威向英國和德國輸送電力。他表示,VSC穩定電纜兩端的交流電網電壓的能力,使得該技術超越了處理可再生能源間歇性流動的其他技術。斯卡格拉克海峽4號中的電壓源換流器均在500千伏工作——比此前的紀錄保持者高出30%。博根說,對于更長距離的輸送,電壓就需要提升以減少損耗,如連接到英國的720公里的電纜,它將成為世界上最長的海底電纜。
制造了斯卡格拉克海峽4號電壓源換流器的蘇黎世ABB公司表示,更大的技術挑戰是,要確保電壓源換流器與舊的高壓直流輸電線路能夠良好地協作。這是因為,斯卡格拉克海峽4號向南穿過海峽輸送的電流必須通過斯卡格拉克海峽3號電纜回到挪威,而斯卡格拉克海峽3號使用的是舊的、傳統的高壓直流變流器。這將是世界上首次采用電壓源換流器和傳統高壓直流變流器協同工作的電纜。
當運營商希望反轉電力的流向(在斯卡格拉克海峽,根據風向和市場的變化,這種情況每年會發生高達1000次)時,這種配對就變得非常有趣了。通常,電壓源換流器通過反轉一條線路的電流來反轉電力的輸送方向,而傳統的高壓直流轉換器必須反轉線路的電壓極性。
因此,要如何在這兩條線路上都反轉電力的流向呢?ABB公司的解決方案是利用一個5~10秒的過程,通過兩種轉換器的協同運作,以及8個高速開關重新配置的電壓源換流器的接線,將線路極性反轉,使斯卡格拉克海峽4號中的電力流向得以改變,而其電流保持向南。
該過程將切斷電路,使電流不再能從一根電纜流到另一根。但ABB公司的高壓直流輸電專家拉爾斯-埃里克•朱林(Lars-Erik Juhlin)表示,交流電網中并沒有明顯的電力損失或激增。
朱林解釋說,關鍵在于海水優異的導電性。當電力逆轉系統切斷電路時,岸上的轉換器利用水下電極通過海水將電流返回海峽對岸。通過海水傳輸電流會腐蝕海底的基礎設施,如天然氣管道,但在這里,量是關鍵。朱林說:“它們甚至可以承受2000安培的電流長達2個小時。因此,對于一個短脈沖來說,這是沒有問題的。”
Statnett公司的后續互連項目會迅速展開,因為它們只是斯卡格拉克海峽4號的加長版而已。第一個項目是挪威和德國之間的一對500千伏的電纜,Statnett公司與其歐洲電網合作伙伴——荷德合資的Tennet公司將啟用1400兆瓦的Nordlink海纜。Statnett公司和倫敦的國家電網聯合建造的挪威—英國電纜預計將在2020年投入使用。
如果歐洲國家制定了更嚴格的2050年官方碳減排目標的話,就應該會出現更多的電纜。例如,德國政府的環境咨詢委員會在其2011年影響力報告中指出,德國最佳的零碳電力系統需要超過40千兆瓦的挪威電力輸出。該委員會預計,該系統提供電力的成本將為非常實惠的每千瓦時6~7歐分。如果沒有挪威的電力存儲,電力成本將上升至每千瓦時9至12歐分。
挪威科技大學液壓和環境工程教授阿南德•凱令維特(Ånund Killing-tveit)表示,挪威的水電系統至少能完成一部分任務。凱令維特領導了一項為期5年的570萬美元的水電平衡研究項目,該研究顯示,現有的水電系統可以“很容易地”在不破壞環境的情況下輸入或輸出25千兆瓦的能量存儲——這是它們目前水平的約5倍。他說,關鍵在于,要安裝水泵將水從一個水庫轉移到附近一個較高的水庫,從而積極地儲存電力,而不只是延遲發電。
如果說挪威的儲能潛力有一定限制的話,那么很可能是該國自己的電網。Statnett公司已經開始了一項為期10年、耗資80億至100億美元的電網升級計劃,但它只計算了3個電纜項目增加的3.5千兆瓦的容量。問題是,挪威要接受多少條電力線路,才能幫助歐洲順利遠離化石燃料發電呢?
這條海底電纜全長240公里,穿越了橫亙在挪威南部和丹麥北部之間的斯卡格拉克海峽。這也是自1993年來,挪威首次新建通往丹麥的海底電纜。海底電纜系統被命名為斯卡格拉克海峽4號,在電纜線路兩端安裝的高壓直流(HVDC)轉換器能對交流電和直流電進行轉換,這些裝置也為風力發電大國——德國和英國——與挪威建立電力系統連接作好了準備。
現有的斯卡格拉克海峽電力互連中,3條高壓直流海底電纜的總輸電容量達到1000兆瓦,這足以向世界證明風電和水電是能實現完美互補的。丹麥能源署表示,這種電力互連恰恰是丹麥風電居世界前列的原因。丹麥風電一度滿足了其總用電需求的41.2%。在某些時間段,丹麥的風力發電量甚至超過了其國內的總電力需求。
挪威的國家電網運營商Statnett公司的執行副總裁哈康•博根(HåkonBorgen)表示:“我們將多余的電力儲存在水電站中,然后按照季度或者日需求的實際情況供應出去。這是一個非常強大的商業案例。”
挪威的水電渦輪機放慢了運轉速度,轉而消耗丹麥的風能,從而在水電系統中儲存等量的電力。當北海的風向發生改變、風力變小時,水電站和斯卡格拉克海峽的電纜就將存儲的電能輸回到丹麥。
博根表示,通過將高壓直流技術最靈活的形式——電壓源換流器(VSC)推向其迄今為止的最高電壓,斯卡格拉克海峽4號新增的700兆瓦容量推進了計劃的進行,這些計劃旨在使挪威向英國和德國輸送電力。他表示,VSC穩定電纜兩端的交流電網電壓的能力,使得該技術超越了處理可再生能源間歇性流動的其他技術。斯卡格拉克海峽4號中的電壓源換流器均在500千伏工作——比此前的紀錄保持者高出30%。博根說,對于更長距離的輸送,電壓就需要提升以減少損耗,如連接到英國的720公里的電纜,它將成為世界上最長的海底電纜。
制造了斯卡格拉克海峽4號電壓源換流器的蘇黎世ABB公司表示,更大的技術挑戰是,要確保電壓源換流器與舊的高壓直流輸電線路能夠良好地協作。這是因為,斯卡格拉克海峽4號向南穿過海峽輸送的電流必須通過斯卡格拉克海峽3號電纜回到挪威,而斯卡格拉克海峽3號使用的是舊的、傳統的高壓直流變流器。這將是世界上首次采用電壓源換流器和傳統高壓直流變流器協同工作的電纜。
當運營商希望反轉電力的流向(在斯卡格拉克海峽,根據風向和市場的變化,這種情況每年會發生高達1000次)時,這種配對就變得非常有趣了。通常,電壓源換流器通過反轉一條線路的電流來反轉電力的輸送方向,而傳統的高壓直流轉換器必須反轉線路的電壓極性。
因此,要如何在這兩條線路上都反轉電力的流向呢?ABB公司的解決方案是利用一個5~10秒的過程,通過兩種轉換器的協同運作,以及8個高速開關重新配置的電壓源換流器的接線,將線路極性反轉,使斯卡格拉克海峽4號中的電力流向得以改變,而其電流保持向南。
該過程將切斷電路,使電流不再能從一根電纜流到另一根。但ABB公司的高壓直流輸電專家拉爾斯-埃里克•朱林(Lars-Erik Juhlin)表示,交流電網中并沒有明顯的電力損失或激增。
朱林解釋說,關鍵在于海水優異的導電性。當電力逆轉系統切斷電路時,岸上的轉換器利用水下電極通過海水將電流返回海峽對岸。通過海水傳輸電流會腐蝕海底的基礎設施,如天然氣管道,但在這里,量是關鍵。朱林說:“它們甚至可以承受2000安培的電流長達2個小時。因此,對于一個短脈沖來說,這是沒有問題的。”
Statnett公司的后續互連項目會迅速展開,因為它們只是斯卡格拉克海峽4號的加長版而已。第一個項目是挪威和德國之間的一對500千伏的電纜,Statnett公司與其歐洲電網合作伙伴——荷德合資的Tennet公司將啟用1400兆瓦的Nordlink海纜。Statnett公司和倫敦的國家電網聯合建造的挪威—英國電纜預計將在2020年投入使用。
如果歐洲國家制定了更嚴格的2050年官方碳減排目標的話,就應該會出現更多的電纜。例如,德國政府的環境咨詢委員會在其2011年影響力報告中指出,德國最佳的零碳電力系統需要超過40千兆瓦的挪威電力輸出。該委員會預計,該系統提供電力的成本將為非常實惠的每千瓦時6~7歐分。如果沒有挪威的電力存儲,電力成本將上升至每千瓦時9至12歐分。
挪威科技大學液壓和環境工程教授阿南德•凱令維特(Ånund Killing-tveit)表示,挪威的水電系統至少能完成一部分任務。凱令維特領導了一項為期5年的570萬美元的水電平衡研究項目,該研究顯示,現有的水電系統可以“很容易地”在不破壞環境的情況下輸入或輸出25千兆瓦的能量存儲——這是它們目前水平的約5倍。他說,關鍵在于,要安裝水泵將水從一個水庫轉移到附近一個較高的水庫,從而積極地儲存電力,而不只是延遲發電。
如果說挪威的儲能潛力有一定限制的話,那么很可能是該國自己的電網。Statnett公司已經開始了一項為期10年、耗資80億至100億美元的電網升級計劃,但它只計算了3個電纜項目增加的3.5千兆瓦的容量。問題是,挪威要接受多少條電力線路,才能幫助歐洲順利遠離化石燃料發電呢?