红海边的这座城，如何点亮人类可持续发展之梦

城市是人类最伟大的成就之一,数千年来城市承载了人类文明的跃迁。21世纪,在人类追求可持续发展的蓝图中,城市有了新的使命。

容纳全球50%以上人口,但碳排放量超过70%的城市,是碳中和的主战场。无数人曾经设想,未来的城市有没有可能全部由清洁能源供电?

预测未来最好的方式就是去创造未来。

在沙特阿拉伯西部的红海之滨,一座红海新城已经将科幻变成现实。红海新城占地2.8万平方公里,预计年均接待游客达百万级,它最大的亮点就是全球首个100%由清洁能源供电的城市。

近日,华为数字能源发布了2024年度最新视频《明日之城》,讲述了华为全球最大光储微网开始为红海新城供电的里程碑事件。规模达400MW光伏+1.3GWh储能系统的华为光储微网,让红海新城实现100%清洁能源供电,成为人类零碳城市的首个标杆。

一座城,人类零碳城市的里程碑

根据阿拉伯货币基金组织发布的《2021年阿拉伯经济报告》,阿拉伯国家占全球石油已探明储量的55.7%左右。当前,阿拉伯半岛仍然是世界能源中心。但是为了摆脱对石油产业的高度依赖,推进经济多元化发展,一场轰轰烈烈的能源转型早已在阿拉伯半岛展开。2016年,沙特发布了“2030愿景”,开启历史性国家变革转型。

作为“2030愿景”中的重点工程,红海新城项目建设于2019年2月开始,2030年建成。建成后22个岛屿和6个内陆地点将拥有50家酒店、8000间客房以及 1000多处住宅物业。预计红海新城每年将为沙特带来百万人次的游客和40亿美元的旅游收入。

2023年11月,华为光储微网电站已经开始为红海新城的酒店和机场等设施供电。这见证了华为光储微网技术的可靠与领先,也证明了人类在缺电、无电网的区域,通过建设光储微网实现100%清洁能源供电成为了现实。

目前红海新城的酒店已经可以在booking上预订房间。来自全球各地的游客可以来到红海新城体验沙漠与大海的碰撞,聆听石油王国与绿色之城的交响。

在全球能源产业转型中,红海新城拿下多个“世界第一”:全球首个100%由清洁能源供电的城市、全球首个GW级100%清洁能源供电的独立微网项目、全球规模最大的储能项目、全球首个碳中和标杆城市。

这些突破的背后,红海新城建设过程中面临的能源技术挑战也是世界级的。

红海新城无法依赖现有的电网,需要通过独立构网,在沙漠中从0到1建设一张供百万人使用的100%清洁能源电网。而且这张电网是GW级别规模,采用的还是挑战更大的“微网模式”。

在供电侧,红海新城的供电完全依赖光伏发电,而光伏等清洁能源天然具有不稳定性。如何保障整网的稳定供电,保障城市不间断运营是极大的挑战。在储能侧,如何实现对GW级储能系统的精细化管理,并保障安全可靠运行非常关键。在用电侧,在一个清洁能源占比100%的新型电力系统中,如何避免电网扰动带来的短路故障也是业界难题。

此外,红海新城独特的地貌和气候特征也不容忽视。红海新城一面是沙漠一面是大海,该地区夏季最高温度超过50℃,且项目地距离海边最近仅100米。在高温、高湿、高盐雾、风沙的环境下,如何保障储能系统的可用容量、运行寿命、运输、施工、运维等,挑战也不小。

红海新城开创了未来人类社会全新的发-储-用电模式,其中涵盖多项跨领域技术,对应的标准、关键技术等在国际上尚属空白。作为红海新城的核心建设者,华为数字能源如何将这些挑战一一化解?

一群造梦者,勇闯数字能源创新无人区

法国作家雨果曾说,“凡是人能想象的事,就必有人能将其实现。”

在红海新城项目中,华为数字能源组建了二三百人的专家团队进行长期技术攻坚。凭借华为在数字能源领域长期大规模的研发投入,以及核心关键技术方面的突破,最终将红海新城打造成沙漠中的绿色奇迹。

据悉,中国电网专家现场参观红海新城项目后,提到两个“没想到”:

第一是这么大规模的微网,全世界都处于试验阶段,没想到在沙特这样一个靠油的国家领先一步;

第二是没想到这么大和复杂的项目,华为在没有电网公司参与的情况下做成,令人惊叹。

在红海新城项目中,华为数字能源实现了在供电侧、储能侧、用电侧的全面技术突破,最终让红海新城从一个伟大的构想变成现实。

在供电侧,华为自研的智能光储发电机(VSG,Virtual Synchronous Generator)技术保障了光伏供电的稳定性。

红海新城当地有充足的光伏资源。目前当地已建成五个太阳能发电场,共76万块光伏板为新城项目一期提供电力。但供电侧的难题在于如何实现光伏发电的稳定性。

传统电网采用同步发电机发电,通过调速器来控制电网的频率,并通过励磁器来控制电压,来实现电压和频率的稳定。

红海新城项目中,华为智能光储发电机技术,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的频率,并用虚拟励磁器控制电网的电压,最终实现整网供电的稳定性。

白天,红海新城100%使用光伏发电,同时为储能设备充电。晚上,完全使用储能系统进行供电。红海新城1.3GWh储能系统拥有近8万只电池,对储能系统的精细化管理和安全可靠运行至关重要。

在储能侧,华为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。其采用电池包级优化、簇级管理、四重安全防护等设计进行精细化监控与充放电管理,有效避免电池串并联失配的影响,最大程度利用电池可用容量。

智能组串式储能解决方案可以实现每一簇电池都有控制器,每一包电池都有优化器,能够精准捕捉异常电池,并在发现故障异常后单独隔离。

此外,华为智能组串式储能设备均达到IP55防护能力和C5级防腐,分布式温控设计可以确保在高温、高湿、高盐雾场景下稳定运行。

在用电侧,一座100%清洁能源供电的城市,意味着光储系统必须能够在各种稳态和暂态故障工况下保持电网稳定运行。

针对红海新城复杂的电网环境,华为数字能源通过构网型储能技术使光储系统成为一个可靠的电压源,建立稳定电网的同时可以实现100%清洁能源微网下离网连续故障穿越并支持GW级整网黑启动,使能分钟级电力恢复,有效避免停电损失。

同时,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,造成电网崩溃问题,华为数字能源通过先进的构网型储能算法,在不超配PCS前提下,支持100%储能额定容量变压器的投切,保障整网稳定供电。

结语

碳中和已经成为人类命运共同体一致的未来。

红海新城,既是千年文明与现代都市的交汇之地,也见证了化石能源时代与数字能源时代的交替。

当“一带一路”倡议与沙特“2030愿景”对接,红海新城将进一步探索人类对未来城市与可持续发展的想象。在这一历史进程中,华为数字能源将通过数字技术与电力电子技术的融合,助力全球碳中和与能源产业变革加速。