100%清潔能源供電的“明日之城”| 全球最大光儲微網電站建設啟示錄

“走啊,去沙特紅海新城旅遊!”

“那裏除了漫漫黃沙,還能有什麼?”

“這你就孤陋寡聞了吧!在那裏,我們可以賞鳥玩沙、聽海觀潮,還能潛水看珊瑚,與海豚共遨遊……”

“聽你這麼説,我真有一些心動。那就來一場説走就走的旅行吧!”

各位遊客先別急,其實在紅海新城,除了能夠欣賞旖旎的自然風光,體驗獨特的阿拉伯風俗文化以外,這座100%依靠清潔能源供電的“明日之城”的綠色可持續發展之路,也是一道不容錯過的別樣風景。

尤其值得稱道的是,紅海新城這一全球首個GW級100%清潔能源供電的獨立微網項目,凝聚著中國人的智慧,其400MW光伏和1.3GWh微網儲能系統,全部採用了華為智慧光儲解決方案。從0到1,在完全不依靠現有電網的情況下,華為在沙漠裏打造了一張新能源電網。這一前無古人的發-儲-用電新模式,為探索碳中和城市的建設,以及構網型儲能等技術的創新應用,提供了最佳的示範和參考。

下面,就請跟隨我的筆觸,到“綠色”紅海神遊一番吧。

從零建設全球最大光儲微網電站,確實沒想到

經濟發展嚴重依賴石油産業的沙特,為了實現國家的長遠發展和經濟多元化,于2016年公佈了“2030願景”,並承諾到2030年實現50%的可再生能源發電,以及到2060年實現凈零排放。紅海新城于2019年開始動工建設,可以説從規劃建設之初,其目標就是打造一座綠色之城、碳中和之城和可持續發展之城。

但是,讓一座覆蓋了22個島嶼與6個內陸地點,全部建成後將擁有50家酒店和1000多處住宅物業,預計每年接待遊客總人次超過百萬的城市,實現碳中和又談何容易?從能源供給的角度説,如果採用傳統的發-儲-用電模式,那麼實現碳中和無異於天方夜譚。

只能另辟蹊徑!華為數字能源提出從零開始,在沙漠中應用“微網模式”,建設一個完整的電網。此想法剛一提出,即便是一些業內人士也稱之為異想天開。因為國際上沒有先例,對應的標準、關鍵技術等尚屬空白,而且需要應用多項跨領域的技術。怎麼辦?華為數字能源集結了領域內最強的專家,成立了二三百人的專家團隊,針對構網型儲能等技術進行專項攻堅,並通過Grid-forming演算法打造智慧光儲發電機,最終奉獻出一個沙漠中的綠色奇跡。2023年11月,該項目已經開始為紅海新城的酒店供電。

中國電網專家在現場參觀後連呼“沒想到”:第一,如此大規模的微網,目前在全世界範圍內仍處於試驗階段,沒想到沙特這樣一個主要依靠石油資源的國家卻領先一步;第二,如此龐大和複雜的項目,華為在沒有電網公司參與的情況下獨立完成,確實沒想到。

供電穩、儲能強、用電安,成功的秘訣是什麼?

在華為數字能源的字典裏,沒有做不到,只有想不到。都説GW級100%清潔能源供電的獨立微網項目是世界性難題,那麼它究竟難在哪?華為數字能源又是如何化難為易,構建低碳綠色的大型城市綜合體的呢?

下面,我們將從供電、儲能、用電幾個方面,逐一揭秘。

供電,穩如泰山。

有效應對氣候變化,實現碳中和,光伏在其中發揮著不可替代的作用。可以這樣説,今天光伏已成為全球最清潔、最安全、最經濟的能源來源。有數據顯示,在過去十年中,光伏發電的成本降到了最初的95%,在中東等光照條件較好的地區,光伏發電的成本已經可以達到1美分1度電。隨著能源結構快速朝著發電側的低碳化方向演進,未來清潔能源將取代傳統能源,成為主導。

在紅海新城智慧光儲解決方案中,光伏發電是供電的起點。目前,當地已經建成5個太陽能發電場,總計76萬塊光伏板,為紅海新城項目一期提供電力。

紅海新城地處沙漠,光伏來源不是問題,但是穩定的供電卻並不是想像中那樣易如反掌。華為數字能源開發的智慧光儲發電機起到了中流砥柱的作用。為實現穩定供電,華為開創性地研發了虛擬同步機技術,讓每台儲能變流器模擬傳統同步發電機的運作模式,用虛擬調速器控制電網頻率,用虛擬勵磁器控制電網的電壓,使得1000多臺儲能變流器同步支撐微網的頻率和電壓,保證了電網穩定運作。

在保證電力穩定輸出的同時,華為數字能源還針對現場變壓器突投需求頻繁、電機等衝擊性負荷啟停産生衝擊電流,易造成電網崩潰等問題,通過先進的構網型儲能演算法,在不超配PCS的前提下,支援100%儲能額定容量變壓器的投切,進一步提升了整網穩定供電的能力。

儲能,隨需應變。

由於光伏發電受天氣、季節等自然因素影響較大,不可避免具有間歇性、波動性,這對光伏電站的並網是嚴峻的挑戰。儲能技術在提高發電的穩定性、可靠性,以及促進新能源消納方面發揮著非常重要的作用。未來,儲能技術將朝著多元化、規模化和智慧化的方向發展。紅海新城要實現100%清潔能源電網穩定運作,儲能系統的精細化管理與安全可靠運作至關重要。

鋰電池的不一致性是儲能系統的一大“短板”。為了消除這一短板,華為數字能源採用智慧組串式儲能解決方案,將儲能技術與電力電子技術、數字化技術深度融合。一方面,通過模組化設計避免電池包和電池簇的短板效應蔓延;另一方面,依靠其獨特的演算法,精準捕捉異常電池,迅速切斷並進行處理修復,還同時使用專門研發的電池簇控制器和電池包優化器,在發現故障或異常後進行單獨隔離,從而削弱電池串聯失配的影響。

確保每一簇都有控制器,每一包都有優化器,華為先進的智慧組串式儲能系統架構為紅海新城1.3GWh儲能系統的穩定供電奠定了堅實的技術基礎。

紅海新城獨特的地理地貌,也給供電造成了一定困擾。該地區夏季最高溫度超過50℃,項目所在地最近距海邊僅100米。在高溫、高濕、高鹽霧、風沙的環境下,儲能系統在可用容量、運作壽命、運輸、施工和運維等方面不容有失。華為智慧組串式儲能系統之所以能成為項目的信賴之選,就是因為它具有IP55防護和C5級防腐能力,其分佈式溫控設計可以確保即使在高溫場景下也能持續穩定運作。

用電:安枕無憂

與傳統電力系統相比,清潔能源發電系統由於在頻率、電壓、可調能力等方面相對不足,電網擾動頻繁,很容易發生故障,導致電網大面積停電,是電網安全運作的重大隱患。紅海新城離網項目規模巨大,而且城市定位以旅遊業為主,一旦發生電網短路故障,將造成很大的不良影響。

對於華為數字能源來説,確保光儲系統在各種穩態和暫態故障工況下電網的穩定運作是頭等大事。基於華為構網型儲能技術,紅海新城的光儲系統成了一個可靠的電壓源。利用微網繼電保護方案、離網故障穿越技術,華為數字能源有效解決了電網擾動這一難題:不依賴故障電流的幅值,可以快速、準確地切除故障路線;離網故障穿越技術使得華為1.3GWh儲能系統可以快速、同步、穩定地重建電網電壓,在數百毫秒內即可讓微網電壓重新恢復穩定,並支援GW級整網黑啟動。

貢獻能源轉型的中國方案

華為數字能源發佈的2024年度最新視頻《明日之城》,以詩一樣的語言、波瀾壯闊的畫面,全景展示了華為全球最大光儲微網開始為紅海新城供電這一里程碑事件。

中國提出的“一帶一路”倡議與沙特“2030願景”,在紅海新城交匯對接。此光儲微網規模達400MW光伏+1.3GWh儲能系統,使得沙特紅海新城成為全球首個100%清潔能源供電城市。在全球積極尋求能源轉型路徑的當下,這一人類零碳城市建設史上的壯舉,極具示範意義和參考價值。

100%清潔能源供電、全球首個GW級光儲微網項目、可獨立運作,在這些光環的背後,華為數字能源貢獻了多少“黑科技”?基於華為智慧組串式光伏逆變器和智慧組串式儲能協同控制,光儲融合,同時結合重構電壓穩定、重構頻率穩定、重構功角穩定三大穩定重構技術,以及GW級Grid Forming穩定構網能力,使得供電更可靠、度電成本更優、用電體驗更佳。

在紅海新城,中國製造在閃光。華為數字能源在沒有歷史成功經驗可參考,完全依靠自主創新的前提下,實現了在供電、儲能、用電等關鍵環節的跨越,將先進的理念與雄厚的技術實力相結合,為世界貢獻了中國方案。該項目彰顯了華為光儲微網技術的可靠性與領先性,更證明了人類在缺電、無電網的區域,通過建設100%光儲微網實現供電是可行的。

“雙碳”目標的落地,關乎全世界人民的福祉。紅海新城只是新能源應用與可持續發展的一個成功縮影。相信在未來的能源數字化、智慧化、綠色化轉型的過程中,將涌現出更多像紅海新城這樣的標桿。而華為光儲微網技術也將贏得更大的國際聲譽。