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黑科技!让储能系统变身为发电机 华为虚拟同步机技术如何做到的?

日期:2023-11-20    来源:国际能源网

国际电力网

2023
11/20
18:46
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关键词: 华为数字能源 离网储能 微网储能系统

相信大多数人听到“沙特”这个名字,脑海中首先显现的就是“石油”的印象。石油被称作“黑金”,没有一个人会否认这种重要的化石能源的价值属性。然而,以化石能源为主的高碳能源体系,不仅带来温室效应,也面临着化石能源日渐枯竭的问题。能源要支撑人类文明的可持续发展,需要持续演进变革。

2023年是共建“一带一路”倡议提出的第十个年头,而新能源合作一直是“一带一路”关注的重要领域。在共建“一带一路”倡议与沙特“2030愿景”深入对接的背景下,越来越多中国企业参与到沙特基础设施建设之中。

2021年,华为数字能源宣布成功签约沙特红海新城储能项目,该项目储能规模达到1.3GWh,是全球最大的离网储能项目。

作为沙特“2030愿景”中的重点工程,沙特红海新城的最大亮点就是不依托传统电网,完全用光伏、储能供电。这与传统供电系统有何不同?而向来以黑科技闻名的华为数字能源,会在这次项目中配备怎样的新技术?

近期,《比特与瓦特》第五期以“沙特红海新城”的项目为例,通过对全球最大规模100%新能源电网搭建过程的介绍,将开创性研发出的虚拟同步机(VSG)技术细细讲给你听。

两个世界的碰撞

在人类社会发展进程中,技术变革所带来的是巨大价值。然而,也有人说,技术变革是一个重要的均衡器,侵蚀着那须发展成熟的企业的竞争优势,同时把其他企业推向竞争的前沿阵地。正是基于此,当今伟大的企业都是凭借充分利用技术变革的力量才能够迅速发展起来。

进入碳中和时代,华为数字能源发挥数字技术与电力电子技术这两大领域的优势,将瓦特技术、热技术、储能技术、云与AI技术等技术创新融合,聚焦清洁发电、交通电动化、绿色ICT基础设施、工业与建筑节能、智能配电、储能等领域,加速能源数字化,推动低碳社会建设。

不过,与科技的发明相比,科技的普及显得更加伟大。曾有人列举了这样一个案例:铁路普及了,运输效率快了十倍,相关行业可以快五倍,相关的相关行业可以快三倍。交易产生财富,当每一个行业都以几倍的速度来增长的时候,整个社会的生产力是呈指数级的爆发,而这一切又反过来推动了新科技的诞生。故此,科学的推进是一个线性的过程,而科学的普及是一个指数级的效应。

如何将深奥专业的知识普及给大众,也成为了华为数字能源一直关注的问题。在此背景之下,《比特与瓦特》应运而生。节目中设置了2个生动活泼的机器人卡通人物:“比特”与“瓦特”。比特是数字技术、人工智能的化身。在视频中,比特经常提出新趋势与新的解决办法。瓦特是电力电子技术的化身,它的人设是沉稳、可靠。在视频中,瓦特表现得深思熟虑,乐于接受新的技术和观点。

在低碳化、电气化、数字化、智能化的趋势下,未来能源世界和数字世界将深度融合发展。而在产业数字化与绿色节能两大浪潮的协同推动下,比特与瓦特穿越时空,不期而遇,二者深度携手,为大家一一揭开华为数字能源黑科技背后的奥秘。

100%光储供能有多难?

红海新城项目位于沙特西部的塔布克省,占地2.8万平方公里,是沙特“2030愿景”中的一项重点工程,被称为是“新一代的城市”。

据华为数字能源专家佘宏武博士介绍,红海新城是全球首个通过100%光储供能的百万人新城,也是全球最大的光储微网项目。储能规模高达1.3GWh。作为全球首个GW级100%新能源供电的独立微网项目,沙特红海400MW光伏和1.3GWh微网储能系统全部采用华为智能光储解决方案。

这里提到的一个关键性的名词“100%光储供能”,据佘博士介绍,它是指白天使用光伏发电为整个城市供电,同时为储能充电;晚上完全由储能放电,为城市供电。柴油发电机组在大部分时间下都处于停机状态,仅作应急备用。

稳定供电的核心问题是维持电网的频率和电压稳定。在大电网中,电网的频率和电压主要由传统同步发电机组实现。同步发电机组采用调速器控制发电机转速,从而控制电网的频率;同时通过励磁器控制发电机的励磁电流,从而控制电网的电压。简单地扩大光伏和储能规模并不能实现100%光储供能,实现这一目标需要储能系统具备稳定电网频率与电压的能力。

在传统的并网型(Grid Following)储能系统中,每台储能变流器都跟随大电网的频率与电压,只需要控制自身输出电流。大电网的稳定运行主要是靠大电网中的同步发电机组支撑,但红海新城微网和沙特大电网没有任何连接,完全依靠构网型(Grid Forming)储能系统实现红海微网频率和电压的稳定。

业内人士指出,随着可再生能源的崛起,“光伏+储能技术”正在成为电力行业的一颗璀璨的新星。其不仅可以提高可用发电时间内的产出,还能够实现夜间的持续供电,从而大幅提升电网的灵活性和可靠性。

值得关注的是,中东地区光照时间长,沙漠面积大,具备光储项目建设的天然优势,但同时高温、高湿、高盐雾、沙漠全场景的严苛环境,和100%光储供能提出的技术高要求,给运输、施工、系统安装带来巨大挑战。华为智能组串式储能解决方案支持带板运输,免除现场电池安装等工作,降低现场施工与运维成本。

储能系统变身发电机

令人好奇的是,在传统同步发电机组的情况下,储能系统是如何实现稳定供电的呢?针对这个问题,华为开创性的研发了虚拟同步机(VSG, Virtual Synchronous Generator)技术,让每台储能变流器(PCS)模拟传统同步发电机的运行模式,采用虚拟调速器控制电网频率,采用虚拟励磁器控制电网电压。1000多台储能变流器,同步支撑红海微网的频率和电压,保障电网的稳定运行。

换句话说,红海微网中的每台储能变流器都像一台发电机。如此来看,就如同1000多台发电机在同步旋转,为整个城市提供稳定的供电。

据佘博士透露,为了确保其成功建成,除了创新性的理论研究外,华为建立了全球最大的8.8MW光储并离网实验室。通过全数字仿真,半实物仿真以及8.8MW实验室样机实验等三个阶段的严格测试,在成品发货前进行充分的验证。同时,专家团队常驻沙特红海现场,第一时间解决现场交付调试中遇到的各种难题。

值得一提的是,这一全球最大的光储离网储能项目的经济性尤为突出,且整体系统生命周期每度电成本将低于10美分,相较于沙特所采用的传统发电方式有相当大的优势。

能源是人类社会发展和生存的关键资源之一。当前,太阳能、风能、水能等可再生能源已成为当今能源领域的热点。这些新型能源不仅能够更为高效地产生能源,而且对环境减少的污染更为显著。基于此,越来越多的企业在科技创新和研究投入方面加大力度。自创立以来,华为数字能源一直向全球展示其在科技领域的卓越创新能力和深厚的技术积累,每一个新品不仅巩固了其在全球科技领域的领先地位,也预示着公司将继续引领科技潮流,推动全球科技的发展。

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