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Perspectives 24-08-2022

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海上电网:能源转型的下一个前沿阵地

欧盟北海沿岸国家近期 宣布 ,在2050年前要实现一半以上欧盟所需的海上风电装机容量,以满足欧盟气候中和的目标。北海将变成绿色能源中心,各国将共同捕获海上的风能资源,并从这场互联互通的清洁电力革命中获益。但如此复杂的电力网络还有待设计和建造,同时如何从技术和经济角度对海上风电电网进行实际部署也存在诸多疑问。

在本期《视点》中,苏格兰北部输电网络运营商SSEN Transmission的海上业务总监Sandy Mactaggart和日立能源全球电网接入业务单元负责人Niklas Persson,基于双方在苏格兰联合开发欧洲旗舰高压直流多端项目过程中积累的实践经验,就海上电网问题展开探讨。他们认为,海上电网对于开发和获取优质可再生能源至关重要,尽早让所有利益相关者参与总体规划是推进这一进程的最高效方式。此外,他们一致认为,建设跨国家的高压直流输电网络在技术上是可行的,但整个能源传输供应链需要解决当前大宗商品价格波动和材料供应的风险。

合作之道

提问:在能源转型项目实施过程中,项目开发商与技术提供商之间建立牢固关系有何益处?

与我们的供应链建立长期的合作关系并深入了解合作方式,有助于我们共同管控相关活动和风险,进而帮助实现双方计划。

Sandy Mactaggart (S.M.), SSEN Transmission

特别是在当前资源和时间安排都非常紧张的情况下,我们正努力与供应链保持密切合作。合作着重于如何发挥各自的优势、降低风险,以便在项目开发和未来交付方面取得成效。

日立能源公司Niklas Persson(N.P.):我完全同意Sandy的说法,在高压直流技术项目中,合作尤为重要。经过多年的标准化发展,常规的海上交流变电站项目拥有更标准的接口,相比之下,高压直流输电项目的工程流程更为特殊。为此,我们制定了一套协作工程流程。通过与Sandy及其团队的合作,我们了解到彼此的优势与短板。通过讨论和商定,我们确定了各自最适合承担的领域,从而降低了整个执行过程中的风险。

这种做法还有助于节省时间。为推动绿色能源转型,整个社会需要完成的工作量十分庞大,而时间已成为稀缺资源。合作是各方在规定时间内完成更多任务的关键。

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提问:面对现有供应链瓶颈,项目开发商和技术提供商如何以最佳方式展开合作并实施计划?

SM:作为输电运营商,我们经常面临紧张的工期。相比着眼于单个项目,项目整合能够给我们带来更大的机遇。针对这一点,英国发布了 《国家电网整体网络设计》报告。通过项目整合,我们能够更好地组织相关活动,确保项目的高效实施,并有助于规避瓶颈。在以往的项目中,我们通常仅关注单个项目,考虑其各自的独特性和时间节点。

具体而言,在准备交付第二个高压直流项目时,我们根据实际工期,找到了一些能够提高效率且不会给各方带来额外风险的方法。通过项目整合的方式,我们的管理团队从这种更合理的规划和安排中汲取经验,并将这些经验应用于未来的项目。

NP:在日立能源,我们之前承接过EPC(设计、采购和施工)项目。过去,由于全球范围内仅打造了几个高压直流项目,我们或者与一个合作伙伴合作,或者自己独立建设相关项目。随着全球市场需要更多的高压直流项目,我们正在寻求最佳的规模效应。在我们的全球工厂中,我们生产变压器、阀、控制及保护、冷却系统等设备;作为具有吸引力的雇主,我们优秀的工程师团队吸引了大量人才。

面对市场规模的扩大,我们已对项目实施方法作出调整,即采用项目整合方式和更标准化的接口,同时各合作方专注于各自最擅长的任务,并提升执行能力。这是我们不断前进的关键。

海上风电是未来所向

提问:海上电网是否具有可行性?如果有,将带来哪些裨益?

SM:海上电网的建设对于实现绿色能源转型的未来至关重要。

我们正在朝着海上电网建设的目标迈出重要的一步。目前,我们正在与日立能源共同建设得 得兰群岛(Shetland)高压直流输电项目 。这是一个多端输电项目,首次将设得兰群岛接入英国电网。在欧洲,这是一个重要的旗舰级项目。

在英国,点对点电网互联项目的建设审批和许可面临一些挑战。因此,我们正在考虑能否在阿伯丁郡Peterhead地区建一座直流开关站。我们对于在设得兰项目中部署的多端技术充满信心,该技术是海上电网建设的重要基础。尽管未来仍需应对一些挑战,但海上电网的建设无疑是必要的。


NP:首先,我们需要就设计达成一致。海上电网将是怎样的形态和监管框架?如何决定电力的接收方和接收时间?项目开发方如何盈利?只有先解决这些问题,才能进行技术部署,并进一步决定在原始设备制造商(OEM)之间的协作方式,以确保各种技术实现有效融合。

从技术角度来看,我们对海上直流电网的建设充满信心。虽然当前电网建设仍需要完成大量研发工作,但技术层面并不存在任何障碍。

提问:为了实现海上电网愿景,需要克服哪些技术挑战及其他挑战?

SM:随着可再生能源发电的增长,以及高压直流互联项目的增多,输电系统及其规划面临重大挑战。与此同时,设计和交付海上电网所需的知识和技能也在不断扩展。但真正的挑战在于如何获取所需的资源。为了实现我们与OEM、运营商和开发商必须共同追求的规模效应,各方都需要提升自身能力并扩展资源。因此,我认为我们有必要就如何共同努力、为行业发展建立资源渠道展开讨论。

NP:作为一家技术提供商,我们相信自己拥有海上电网建设所需的各项基础要素。在具体设计过程中,可以使用一些直流断路器来实现多目标的互联。我们需要大量此类装备来建造海上电网,同时还需要与同类公司和其他原始设备制造商进行合作,以确保技术的可行性。如果我们等待标准的实施,那将耗费大量时间。因此可以指定一些试点项目来推进这一进程。

我并不担心技术问题,而是担心等待标准化过程中浪费的时间。海上电网建设不仅需要政策的支持,还需要输电系统运营商(TSO)和项目开发方的积极行动。

30万工人

风电行业至少需要30万人来完成所需的工作

面临各方面的挑战,欧洲风能协会(WindEurope)估计,在欧洲的海上风电行业,包括TSO、监管机构、OEM和开发商等,至少需要30万人来完成所需的工作。我们可以招募来自石油、天然气及其他行业的人员,但仍需要共同完成很多其他工作,包括设计培训课程和邀请高校参与等,来提升行业吸引力。目前,海上风电行业拥有一个宏大且坚定的目标。我们有机会重塑这一行业,但我们需要在欧盟和各国层面齐心协力,投入更多精力来吸引更多人才。这是一项真正的挑战。我认为,如果想要及时扩大规模,就必须吸引大量新型人才。

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Foto Jonas Bilberg

处于核心地位的高压直流技术

提问:贵司在Caithness-Moray-Shetland项目中部署高压直流电缆。请问为何采用HVDC技术?

SM:这是出于距离和能源传输的需要。英国发布的《国家电网整体网络设计》报告对该项目的技术决策给予了肯定。对于设得兰而言,该项目意义重大,因为高压直流线路不仅将设得兰接入英国本土电网,还为该群岛提供了额外的光纤电缆,改善了当地电力供应安全。而这些在交流系统中是无法实现的。因此,该项目在助力苏格兰及英国能源转型、实现净零未来进程中扮演重要角色;并将苏格兰北部丰富的清洁电力输送至英国各个负荷中心。

提问:在将陆上可再生能源并网方面,你们面临哪些挑战?

SM:不仅仅是陆上风电和海上风电,现有的可用电网连接均获得了前所未有的关注。随着氢能、电池储能和碳捕获技术的迅猛发展,许多具有重要战略意义的项目纷纷计划在这些区域建设基础设施。可以预见,这将成为一个非常繁忙的领域。随之而来的挑战是,政府的审批机构将如何应对这些需求,以及如何在尚未全面了解投资者何时进行投资的情况下,作出整体规划决策。这些因素给审批机构带来较大压力。

排期也是项目规划中的关键一环。以设得兰小岛为例,由于我们在岛上部署了约400名员工,因此项目团队与开发维京(Viking)风电场的SSE公司可再生能源团队展开了密切合作,以协调设得兰群岛的物流和运输。员工的住宿和出行都会产生显著影响,因此在规划过程中,我们需要共同减少对当地社区的影响。

NP:整体网络设计扮演了重要角色。相比于陆上风电,海上风电项目通常更容易获得许可,因此尽早获得当地机构的许可,并与当地人展开合作是非常重要的。目前,英国正在整体网络设计的指导下展开此类行动。作为技术提供商,这种支持对我们的规划至关重要,因为这使我们明白自己有机会成为关键合作伙伴,并鼓励我们作出投资。

另一个挑战在于,我们需要扩大电网容量并提升其灵活性,来帮助接入越来越多的可再生能源电力。

为了满足这些要求,我们可以部署标准化设计的模块化智能电网连接,以快速扩大电网容量,同时不影响电能质量。电能质量解决方案可以帮助增强现有的基础设施,而无需新建额外的输电线路。此外,通过采用一套全面的数字化解决方案产品组合,将高级分析、能源管理软件、硬件系统与电池储能相结合,有助于管理不稳定的发电和消费者的用电需求。

Source: SSEN Transmission
Source: SSEN Transmission

提问:除北海以外,还有哪些地点可开发海上电网?

NP:未来十年,欧洲电网将不断进步。欧洲在部署直流输电技术方面一直走在前列,而北海已经成为海上电网开发的重要基地。在其他地区,我们看到了越来越多的项目将发电端与陆上电网相连接。在过去的电力系统规划方案中,已经有了利用高压直流解决方案从非洲向欧洲、或者从澳大利亚向新加坡输电的计划。

我相信,我们正处于一个新时代的起点,我们致力于发展可持续的电力基础设施,高压直流输电技术将成为其中的核心。

提问:在接入可再生能源方面,高压直流发挥了什么作用?

NP:高压直流最初是为了满足远距离输电而发展起来的。它能够有效地将偏远地区的水电站等发电中心与负荷中心连接起来。此后,随着海上风电的发展,该技术成为备受关注的热点。高压直流不仅能够将大量可再生电力接入电网,而且还具有先进的功率可控性。凭借频率和电压调节、黑启动以及强化电能质量的功能,高压直流技术的定位已经从传统的大容量电力传输,演变为在更复杂的能源系统中管理潮流和电能质量的灵活技术。此外,电力电子和模块化设计的进步实现了电力的可扩展性;结合多端的概念,高压直流项目成功加速了可再生能源转型,为可再生能源并网提供重要支撑。

下一步,我们计划将特大城市等负荷中心与外部发电站相连接。由于我们在大型城市中很难获得规划许可,因此,我们可以通过诸如从负荷中心向城市外的太阳能发电站铺设电缆等方式应用高压直流输电技术。

在能源转型领域,高压直流的重要应用还包括将海上油气平台与陆上电网连接起来,以替代本地平台发电的高污染发电方式。挪威在北海地区已采用了类似应用,同时其他地区对该技术的兴趣也在不断增长。

应对未来挑战

提问: 为确保项目计划得以实现,需要克服哪些困难?

SM:我认为,当前的主要挑战之一是我们面临的一些不确定性,而这些在不久前都还没有出现。

在考虑风险时,我们会通常会关注监管或政治风险,而这些通常可以通过合作来克服。但目前,我们面临一些严重的新问题,包括大宗商品价格、材料供应以及劳动力等方面的不确定性。

我们必须积极应对这些问题,并采取相应举措,确保这些因素不会阻碍交付和规模扩张,顺利推进能源转型。

NP:在过去一年中,能源转型面临的挑战发生了根本性的变化。我最担心的方面在于大宗商品和材料的成本。在我们的行业中,一个项目可能需要两到五年才能进入执行阶段,之后可能还需要五年才能完成交付。在这么长的周期内,与其在每个环节定价,行业更应该考虑如何管理成本的确定性并设法降低风险。我们需要继续共同努力,以避免出现“贪婪通胀”,也就是防止整个供应链利用供应短缺抬高价格。

SM:我完全同意。我们的一个优势是在整个供应链中建立了长期合作关系,各方将在未来五年、十年甚至二十年里继续开展业务。Niklas指出的一些风险是确实存在的。我们需要在可能发生变化的定价环境中寻找确定性和稳定性,比如过去一年油价的大幅波动。对此我们能够做的是发挥各自的优势、降低接口风险,并设法解决成本不确定性的风险。

提问:从个人角度,是哪些因素激励您为能源转型贡献力量?

S.M.:我们不仅参与了苏格兰和英国能源计划的规划和实施,同时还为全球净零排放做出了贡献,对此我感到非常荣幸。对我个人而言,这是一个难得的机会,能够让我组建一个团队并在这一创新领域展开工作。能够参与到这样快速发展的事业当中,是非常令人振奋和有意义的。

我们需要以战略性的角度去解决问题,共同挑战传统思维。

我们需要以战略性的角度去解决问题,共同挑战传统思维。尽管面临挑战,我们也需要回顾已取得的成就,以明确工作重点和前进目标。

NP:从个人角度而言,正如Sandy所说的,采取协同工作方式并努力应对能源转型挑战的过程是非常让人兴奋的。从我开始投入这些工作以来,我从未感到过无聊,而且随着在这个行业工作的时间越来越长,这些工作对我的吸引力也越来越强。

Source: SSEN Transmission
Source: SSEN Transmission