100%清洁能源供电的“明日之城”| 全球最大光储微网电站建设启示录

“走啊,去沙特红海新城旅游!”

“那里除了漫漫黄沙,还能有什么?”

“这你就孤陋寡闻了吧!在那里,我们可以赏鸟玩沙、听海观潮,还能潜水看珊瑚,与海豚共遨游……”

“听你这么说,我真有一些心动。那就来一场说走就走的旅行吧!”

各位游客先别急,其实在红海新城,除了能够欣赏旖旎的自然风光,体验独特的阿拉伯风俗文化以外,这座100%依靠清洁能源供电的“明日之城”的绿色可持续发展之路,也是一道不容错过的别样风景。

尤其值得称道的是,红海新城这一全球首个GW级100%清洁能源供电的独立微网项目,凝聚着中国人的智慧,其400MW光伏和1.3GWh微网储能系统,全部采用了华为智能光储解决方案。从0到1,在完全不依靠现有电网的情况下,华为在沙漠里打造了一张新能源电网。这一前无古人的发-储-用电新模式,为探索碳中和城市的建设,以及构网型储能等技术的创新应用,提供了最佳的示范和参考。

下面,就请跟随我的笔触,到“绿色”红海神游一番吧。

从零建设全球最大光储微网电站,确实没想到

经济发展严重依赖石油产业的沙特,为了实现国家的长远发展和经济多元化,于2016年公布了“2030愿景”,并承诺到2030年实现50%的可再生能源发电,以及到2060年实现净零排放。红海新城于2019年开始动工建设,可以说从规划建设之初,其目标就是打造一座绿色之城、碳中和之城和可持续发展之城。

但是,让一座覆盖了22个岛屿与6个内陆地点,全部建成后将拥有50家酒店和1000多处住宅物业,预计每年接待游客总人次超过百万的城市,实现碳中和又谈何容易?从能源供给的角度说,如果采用传统的发-储-用电模式,那么实现碳中和无异于天方夜谭。

只能另辟蹊径!华为数字能源提出从零开始,在沙漠中应用“微网模式”,建设一个完整的电网。此想法刚一提出,即便是一些业内人士也称之为异想天开。因为国际上没有先例,对应的标准、关键技术等尚属空白,而且需要应用多项跨领域的技术。怎么办?华为数字能源集结了领域内最强的专家,成立了二三百人的专家团队,针对构网型储能等技术进行专项攻坚,并通过Grid-forming算法打造智能光储发电机,最终奉献出一个沙漠中的绿色奇迹。2023年11月,该项目已经开始为红海新城的酒店供电。

中国电网专家在现场参观后连呼“没想到”:第一,如此大规模的微网,目前在全世界范围内仍处于试验阶段,没想到沙特这样一个主要依靠石油资源的国家却领先一步;第二,如此庞大和复杂的项目,华为在没有电网公司参与的情况下独立完成,确实没想到。

供电稳、储能强、用电安,成功的秘诀是什么?

在华为数字能源的字典里,没有做不到,只有想不到。都说GW级100%清洁能源供电的独立微网项目是世界性难题,那么它究竟难在哪里?华为数字能源又是如何化难为易,构建低碳绿色的大型城市综合体的呢?

下面,我们将从供电、储能、用电几个方面,逐一揭秘。

供电,稳如泰山。

有效应对气候变化,实现碳中和,光伏在其中发挥着不可替代的作用。可以这样说,今天光伏已成为全球最清洁、最安全、最经济的能源来源。有数据显示,在过去十年中,光伏发电的成本降到了最初的95%,在中东等光照条件较好的地区,光伏发电的成本已经可以达到1美分1度电。随着能源结构快速朝着发电侧的低碳化方向演进,未来清洁能源将取代传统能源,成为主导。

在红海新城智能光储解决方案中,光伏发电是供电的起点。目前,当地已经建成5个太阳能发电场,总计76万块光伏板,为红海新城项目一期提供电力。

红海新城地处沙漠,光伏来源不是问题,但是稳定的供电却并不是想象中那样易如反掌。华为数字能源开发的智能光储发电机起到了中流砥柱的作用。为实现稳定供电,华为开创性地研发了虚拟同步机技术,让每台储能变流器模拟传统同步发电机的运行模式,用虚拟调速器控制电网频率,用虚拟励磁器控制电网的电压,使得1000多台储能变流器同步支撑微网的频率和电压,保证了电网稳定运行。

在保证电力稳定输出的同时,华为数字能源还针对现场变压器突投需求频繁、电机等冲击性负荷启停产生冲击电流,易造成电网崩溃等问题,通过先进的构网型储能算法,在不超配PCS的前提下,支持100%储能额定容量变压器的投切,进一步提升了整网稳定供电的能力。

储能,随需应变。

由于光伏发电受天气、季节等自然因素影响较大,不可避免具有间歇性、波动性,这对光伏电站的并网是严峻的挑战。储能技术在提高发电的稳定性、可靠性,以及促进新能源消纳方面发挥着非常重要的作用。未来,储能技术将朝着多元化、规模化和智能化的方向发展。红海新城要实现100%清洁能源电网稳定运行,储能系统的精细化管理与安全可靠运行至关重要。

锂电池的不一致性是储能系统的一大“短板”。为了消除这一短板,华为数字能源采用智能组串式储能解决方案,将储能技术与电力电子技术、数字化技术深度融合。一方面,通过模块化设计避免电池包和电池簇的短板效应蔓延;另一方面,依靠其独特的算法,精准捕捉异常电池,迅速切断并进行处理修复,还同时使用专门研发的电池簇控制器和电池包优化器,在发现故障或异常后进行单独隔离,从而削弱电池串联失配的影响。

确保每一簇都有控制器,每一包都有优化器,华为先进的智能组串式储能系统架构为红海新城1.3GWh储能系统的稳定供电奠定了坚实的技术基础。

红海新城独特的地理地貌,也给供电造成了一定困扰。该地区夏季最高温度超过50℃,项目所在地最近距海边仅100米。在高温、高湿、高盐雾、风沙的环境下,储能系统在可用容量、运行寿命、运输、施工和运维等方面不容有失。华为智能组串式储能系统之所以能成为项目的信赖之选,就是因为它具有IP55防护和C5级防腐能力,其分布式温控设计可以确保即使在高温场景下也能持续稳定运行。

用电:安枕无忧

与传统电力系统相比,清洁能源发电系统由于在频率、电压、可调能力等方面相对不足,电网扰动频繁,很容易发生故障,导致电网大面积停电,是电网安全运行的重大隐患。红海新城离网项目规模巨大,而且城市定位以旅游业为主,一旦发生电网短路故障,将造成很大的不良影响。

对于华为数字能源来说,确保光储系统在各种稳态和暂态故障工况下电网的稳定运行是头等大事。基于华为构网型储能技术,红海新城的光储系统成了一个可靠的电压源。利用微网继电保护方案、离网故障穿越技术,华为数字能源有效解决了电网扰动这一难题:不依赖故障电流的幅值,可以快速、准确地切除故障路线;离网故障穿越技术使得华为1.3GWh储能系统可以快速、同步、稳定地重建电网电压,在数百毫秒内即可让微网电压重新恢复稳定,并支持GW级整网黑启动。

贡献能源转型的中国方案

华为数字能源发布的2024年度最新视频《明日之城》,以诗一样的语言、波澜壮阔的画面,全景展示了华为全球最大光储微网开始为红海新城供电这一里程碑事件。

中国提出的“一带一路”倡议与沙特“2030愿景”,在红海新城交汇对接。此光储微网规模达400MW光伏+1.3GWh储能系统,使得沙特红海新城成为全球首个100%清洁能源供电城市。在全球积极寻求能源转型路径的当下,这一人类零碳城市建设史上的壮举,极具示范意义和参考价值。

100%清洁能源供电、全球首个GW级光储微网项目、可独立运作,在这些光环的背后,华为数字能源贡献了多少“黑科技”?基于华为智能组串式光伏逆变器和智能组串式储能协同控制,光储融合,同时结合重构电压稳定、重构频率稳定、重构功角稳定三大稳定重构技术,以及GW级Grid Forming稳定构网能力,使得供电更可靠、度电成本更优、用电体验更佳。

在红海新城,中国制造在闪光。华为数字能源在没有历史成功经验可参考,完全依靠自主创新的前提下,实现了在供电、储能、用电等关键环节的跨越,将先进的理念与雄厚的技术实力相结合,为世界贡献了中国方案。该项目彰显了华为光储微网技术的可靠性与领先性,更证明了人类在缺电、无电网的区域,通过建设100%光储微网实现供电是可行的。

“双碳”目标的落地,关乎全世界人民的福祉。红海新城只是新能源应用与可持续发展的一个成功缩影。相信在未来的能源数字化、智能化、绿色化转型的过程中,将涌现出更多像红海新城这样的标杆。而华为光储微网技术也将赢得更大的国际声誉。