紅海邊的這座城，如何點亮人類可持續發展之夢

城市是人類最偉大的成就之一,數千年來城市承載了人類文明的躍遷。21世紀,在人類追求可持續發展的藍圖中,城市有了新的使命。

容納全球50%以上人口,但碳排放量超過70%的城市,是碳中和的主戰場。無數人曾經設想,未來的城市有沒有可能全部由清潔能源供電?

預測未來最好的方式就是去創造未來。

在沙烏地阿拉伯西部的紅海之濱,一座紅海新城已經將科幻變成現實。紅海新城佔地2.8萬平方公里,預計年均接待遊客達百萬級,它最大的亮點就是全球首個100%由清潔能源供電的城市。

近日,華為數字能源發佈了2024年度最新視頻《明日之城》,講述了華為全球最大光儲微網開始為紅海新城供電的里程碑事件。規模達400MW光伏+1.3GWh儲能系統的華為光儲微網,讓紅海新城實現100%清潔能源供電,成為人類零碳城市的首個標桿。

一座城,人類零碳城市的里程碑

根據阿拉伯貨幣基金組織發佈的《2021年阿拉伯經濟報告》,阿拉伯國家佔全球石油已探明儲量的55.7%左右。當前,阿拉伯半島仍然是世界能源中心。但是為了擺脫對石油産業的高度依賴,推進經濟多元化發展,一場轟轟烈烈的能源轉型早已在阿拉伯半島展開。2016年,沙特發佈了“2030願景”,開啟歷史性國家變革轉型。

作為“2030願景”中的重點工程,紅海新城項目建設于2019年2月開始,2030年建成。建成後22個島嶼和6個內陸地點將擁有50家酒店、8000間客房以及 1000多處住宅物業。預計紅海新城每年將為沙特帶來百萬人次的遊客和40億美元的旅遊收入。

2023年11月,華為光儲微網電站已經開始為紅海新城的酒店和機場等設施供電。這見證了華為光儲微網技術的可靠與領先,也證明了人類在缺電、無電網的區域,通過建設光儲微網實現100%清潔能源供電成為了現實。

目前紅海新城的酒店已經可以在booking上預訂房間。來自全球各地的遊客可以來到紅海新城體驗沙漠與大海的碰撞,聆聽石油王國與綠色之城的交響。

在全球能源産業轉型中,紅海新城拿下多個“世界第一”:全球首個100%由清潔能源供電的城市、全球首個GW級100%清潔能源供電的獨立微網項目、全球規模最大的儲能項目、全球首個碳中和標桿城市。

這些突破的背後,紅海新城建設過程中面臨的能源技術挑戰也是世界級的。

紅海新城無法依賴現有的電網,需要通過獨立構網,在沙漠中從0到1建設一張供百萬人使用的100%清潔能源電網。而且這張電網是GW級別規模,採用的還是挑戰更大的“微網模式”。

在供電側,紅海新城的供電完全依賴光伏發電,而光伏等清潔能源天然具有不穩定性。如何保障整網的穩定供電,保障城市不間斷運營是極大的挑戰。在儲能側,如何實現對GW級儲能系統的精細化管理,並保障安全可靠運作非常關鍵。在用電側,在一個清潔能源佔比100%的新型電力系統中,如何避免電網擾動帶來的短路故障也是業界難題。

此外,紅海新城獨特的地貌和氣候特徵也不容忽視。紅海新城一面是沙漠一面是大海,該地區夏季最高溫度超過50℃,且項目地距離海邊最近僅100米。在高溫、高濕、高鹽霧、風沙的環境下,如何保障儲能系統的可用容量、運作壽命、運輸、施工、運維等,挑戰也不小。

紅海新城開創了未來人類社會全新的發-儲-用電模式,其中涵蓋多項跨領域技術,對應的標準、關鍵技術等在國際上尚屬空白。作為紅海新城的核心建設者,華為數字能源如何將這些挑戰一一化解?

一群造夢者,勇闖數字能源創新無人區

法國作家雨果曾説,“凡是人能想像的事,就必有人能將其實現。”

在紅海新城項目中,華為數字能源組建了二三百人的專家團隊進行長期技術攻堅。憑藉華為在數字能源領域長期大規模的研發投入,以及核心關鍵技術方面的突破,最終將紅海新城打造成沙漠中的綠色奇跡。

據悉,中國電網專家現場參觀紅海新城項目後,提到兩個“沒想到”:

第一是這麼大規模的微網,全世界都處於試驗階段,沒想到在沙特這樣一個靠油的國家領先一步;

第二是沒想到這麼大和複雜的項目,華為在沒有電網公司參與的情況下做成,令人驚嘆。

在紅海新城項目中,華為數字能源實現了在供電側、儲能側、用電側的全面技術突破,最終讓紅海新城從一個偉大的構想變成現實。

在供電側,華為自研的智慧光儲發電機(VSG,Virtual Synchronous Generator)技術保障了光伏供電的穩定性。

紅海新城當地有充足的光伏資源。目前當地已建成五個太陽能發電場,共76萬塊光伏板為新城項目一期提供電力。但供電側的難題在於如何實現光伏發電的穩定性。

傳統電網採用同步發電機發電,通過調速器來控制電網的頻率,並通過勵磁器來控制電壓,來實現電壓和頻率的穩定。

紅海新城項目中,華為智慧光儲發電機技術,讓每台儲能變流器(PCS)模擬傳統同步發電機的運作模式,採用虛擬調速器控制電網的頻率,並用虛擬勵磁器控制電網的電壓,最終實現整網供電的穩定性。

白天,紅海新城100%使用光伏發電,同時為儲能設備充電。晚上,完全使用儲能系統進行供電。紅海新城1.3GWh儲能系統擁有近8萬隻電池,對儲能系統的精細化管理和安全可靠運作至關重要。

在儲能側,華為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。其採用電池包級優化、簇級管理、四重安全防護等設計進行精細化監控與充放電管理,有效避免電池串並聯失配的影響,最大程度利用電池可用容量。

智慧組串式儲能解決方案可以實現每一簇電池都有控制器,每一包電池都有優化器,能夠精準捕捉異常電池,並在發現故障異常後單獨隔離。

此外,華為智慧組串式儲能設備均達到IP55防護能力和C5級防腐,分佈式溫控設計可以確保在高溫、高濕、高鹽霧場景下穩定運作。

在用電側,一座100%清潔能源供電的城市,意味著光儲系統必須能夠在各種穩態和暫態故障工況下保持電網穩定運作。

針對紅海新城複雜的電網環境,華為數字能源通過構網型儲能技術使光儲系統成為一個可靠的電壓源,建立穩定電網的同時可以實現100%清潔能源微網下離網連續故障穿越並支援GW級整網黑啟動,使能分鐘級電力恢復,有效避免停電損失。

同時,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,造成電網崩潰問題,華為數字能源通過先進的構網型儲能演算法,在不超配PCS前提下,支援100%儲能額定容量變壓器的投切,保障整網穩定供電。

結語

碳中和已經成為人類命運共同體一致的未來。

紅海新城,既是千年文明與現代都市的交匯之地,也見證了化石能源時代與數字能源時代的交替。

當“一帶一路”倡議與沙特“2030願景”對接,紅海新城將進一步探索人類對未來城市與可持續發展的想像。在這一歷史進程中,華為數字能源將通過數字技術與電力電子技術的融合,助力全球碳中和與能源産業變革加速。