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提高电网韧性,应对野火风险

Perspectives | 22.11.2021 | 10 min read

在日立能源本期《视点》文章中,澳大利亚配电网运营商United Energy网络性能与管理系统负责人Craig Savage,分享了他在应对日益严重的野火威胁领域的丰富经验。此外,他还介绍了United Energy公司如何通过在技术和数字化领域进行投资,来构建更具气候适应性的电网。

野火是我们面临的头号商业风险

热浪增加、暖季延长、冷季缩短——这是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在一份被称为全人类“红色警报”的最新报告中描绘的警示性场景。地球变暖影响着我们每一个人,企业也亟需应对其带来的后果。

仅在过去几个月中,气候变化的影响再次得到了印证:肆虐的洪水、欧洲和美国北加州的野火、马德里罕见的暴风雪、中国的沙尘暴,以及在美国登陆的致命飓风“艾达”。除了对人们的生活造成影响之外,气候变化还产生了严重的经济影响。美国总统拜登预计,2021年,极端天气给美国造成了1000亿美元的损失。这些IPCC报告所述的“黑天鹅”事件,通常被列为企业面临的首要威胁之一,对于那些基础设施直接暴露于自然灾害环境下的企业而言尤为如此。

United Energy就是这些企业中的一员。公司输电网覆盖澳大利亚东南部,电网资产超过40亿澳元。灾难性野火被视为我们面临的头号商业风险并被给予了高度重视,例如我们每月举行一次野火防范会议,以确保及时掌控最新情况。澳大利亚东南部被视为全球野火频发地之一,仅次于美国南加州和法国南部。

作为United Energy网络性能与管理系统负责人和前任可持续发展经理,我曾多次亲身目睹野火造成的影响。

1983年我还是个小孩的时候,我生日当天在家门前看到正在燃烧的山火。那一天被称为“灰烬星期三”,就是维多利亚州近年来发生的三起最大的灾难性野火之一。

Improving grid resilience in the face of wildfires
A wildfire aftermath in New South Wales, Australia

12年前,在澳大利亚人所熟知的“黑色星期六”,我目睹了维多利亚州应急服务部门在该州的控制中心与又一场灾难性野火作战,当时大火已蔓延到墨尔本郊区。

过去十年,维多利亚州野火季的天数每年延长七天。

随着温度的升高和高温持续时间的延长,我们不仅亟需保护电网资产,还需要防止它们酿成火灾并防止火灾蔓延。

政府针对2009年野火事故的调查报告表明,在二月份肆虐的11起严重野火事故中,有五起皆因输电线路问题引起。对我们而言这是不可接受的。为杜绝再次发生类似情形,我们加大了帮助降低野火风险的投入。

对于社区和环境,我们有义务尽可能地提高我们电网的韧性。

11起火灾有0

2009年2月中,由输电线路问题引起的严重野火事故数

预防野火的技术

在United Energy内部,我们以2009年野火事故为鉴,将防火安全列为我们的首要任务。过去几年中,我们通过努力实施技术改进和数字变革,使电网韧性得到大幅提升。例如,我们为电网配备了一套数字监测系统,以监测输电线路是否发生任何异常情况。在我们的电网中,有接近80%的输电线路属于暴露在户外的架空线路。这些资产必须面对各种难以控制的风险——包括野生动物的干扰。例如负鼠或鸟类等动物有可能受困于我们的架空线路,从而造成火灾隐患。所以我们借助数字化技术来严防这一风险。此外,在火灾风险最高的区域,我们在距输电线路的约100公里处,安装了局放检测工具,以确保提前发现故障并防止造成火灾。

此外,我们还通过在维多利亚州成功推广智能电表,在野火防范方面取得进展。利用一系列基于智能电表测量数据的算法,我们得以提前发现线路故障,从而避免引发火灾,并及时鉴别出低压网络中的潜在缺陷。智能电表是一种非常有用的技术工具,它不仅帮助我们提高了电网的韧性,同时也提高了用户端的恢复能力。我相信,智能电表将成为未来智慧能源系统中不可或缺的组成部分。

Source: United Energy

调整设计

经确认,设计局限是触发火灾的主要原因之一。为此,我们与日立能源等科技公司合作,对我们的多项设计标准作出修改。

0-50°C

We have upgraded our network electronics to withstand temperatures of 40-50°C.

例如,我们对电网电子设备进行了升级,不再使用许多原始设计中常见的承受高温上限为30-40℃的产品,而是改用了上限为40-50℃的产品。又譬如,我们改变了地下电缆的铺设方式,因为我们发现干燥土壤的移动会更快地损坏设备。我们在当地一家天然气公司的同事也曾抱怨,随着当地旱情出现频次的提升,输气管道因土壤干燥而破裂的情况也越来越多。

在澳大利亚的电网中,一半以上的火灾均因杆塔火灾所引起,因此,我们对杆塔的设计也作出调整。我们目前正在安装的新杆塔已经考虑到了2050年的气候情况。

在“黑色星期六”野火事故之后,为降低电网引起的野火风险,维多利亚州推行安装快速接地故障电流限制器(REFCL)。REFCL能够几乎瞬间减少故障电流,实践证明,该装置可防止输电线路引发火灾。United Energy是2009年第一家成功试用并安装REFCL系统的澳大利亚电网运营商。

我们坚信,采用开创性的技术有助于提高电网韧性,同时,我们过去在野火防范方面的经验也促使我们更大胆地尝试这些新工具。

日立能源的SPU产品安装于架空线路

日立能源的SPU产品安装于架空线路

事实上,在我们已确定的一系列可能引发野火的潜在原因中,还包括安装在架空线路上的避雷器存在热过载问题,当该情况出现在森林草地和落叶层等野火易发地区,即容易引发火灾。日立能源的防火脱离器(SPU)针对这一挑战提供了解决方案——当出现热过载时,该装置会将避雷器与配电网断开,以防止电弧、火花或热粒子排放,从而大幅降低火灾风险。

Dromana in Victoria, Australia, where United Energy operates

减少火灾发生

过去十年,得益于技术进步和数字化所推动的各方面改进,我们成功地将野火事故减少了30%-35%。

一个具有韧性的智能电力系统不仅有助于预防火灾,而且在发生灾难性野火时也能发挥关键作用。在这些事件发生期间,保持当地社区的照明对当地居民的福祉至关重要。火灾易发地区的居民比平时更希望能够正常收看收听电视广播新闻,以及与亲人保持电话联系。此外,为确保水泵等家用设备的运行,确保电力供应也很重要。

尝试新想法

气候变化给我们带来了成倍的挑战,这是促使我们寻求新技术和解决方案的重要原因。就我个人而言,我从不满足于现状,而是希望不断推动技术的改进,这些改进往往需要通过尝试创新想法来实现。看看我们公司招聘的毕业生对技术的精通程度,就知道数字化将在未来的能源系统中发挥越来越重要的作用。

数字化使电网韧性得到大幅提高,并可优化投资和电网升级。用于断路器和避雷器等资产的监测设备可避免重大故障及意外停机的风险。这些设备让远程软件能够显示监测数据,以便执行远程检查。因此,当发现问题时,操作人员无需每次都前往现场,并可获取所需的备件。

在此情况下,增强现实技术(AR)可以前所未有的速度,一次性解决现场故障。日立能源等公司的产品和服务专家通过实时、可视的方式,与现场技术人员讨论沟通,从而最大程度地缩短停机时间。

控制设备(例如,点波开关和低功率互感器),也可加强数字配置以取代实物调整,从而节省材料、减轻电力资产与电网的压力,并延长资产使用寿命。

数字化将带来无穷的可能性。未来几十年,对于新技术将发挥怎样的作用,及其将如何帮助我们应对能源转型与气候变化的挑战,我将翘首以盼。

0-35%

我们成功地将野火事故减少了30%-35%
最后的思考

作者:日立能源数字化业务单元负责人David Goddard

感谢Craig Savage对如何提高电网韧性以应对野火威胁进行了经验分享,并介绍了可采取哪些措施以及使用哪些数字化工具来构建具有气候适应性的电网。

在我们利用快速发展的技术和数字化解决方案来应对气候相关挑战的过程中,植被管理也会受益。过去植被管理问题一直需要通过实地工作来解决,如今通过利用新技术,我们得以大幅减少因树木倒下而造成的停电和火灾,或树木接触电线造成的火花。

例如,卫星技术已成为如今植被管理领域的一项实用工具。受益于相关领域的发展,该技术的成本已经大幅降低,例如商业运载火箭的出现,以及新燃料技术也降低了有效载荷发射重量。由于光学图像质量的显著改善,卫星技术捕获的信息质量也得到改进。这意味着,目前人们能够接收到的数据精度可以从原来德克萨斯州般的大小降低到0.5米。

通过结合日立公司拥有专利的图像分析功能,我们可从太空中准确识别不健康的植被,包括已知有风险的特定树种,或植被的生长模式。通过这种方式,相关检测成本最高可降低60%,同时系统可靠性得到提高,火灾风险得以降低。

我们正在与United Energy公司等客户以及合作伙伴一道,共同推动技术创新,通过数字化转型加速能源革命,迈向碳中和的未来。