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奥地利用新型逆变器将太阳能电力直输铁路

文章作者:能源资讯 上传时间:2020-03-02

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内容简介:当初为了输电及用电需要,交流电和变压器被我们坚定不移奉为理想选择,然而,世事变幻,在科技高度发展的今天,直流电又有了重返舞台的可能性,激增的用电需要使得科学家得以重新审视它的价值,并踌躇满志地筹划着建立遍及整个大陆和海洋的超级电网......

《生存家族》将“当世界突然没有电”的设想搬上了荧幕,而我们今天不妨来聊聊,有风、有光、有水、有地热,“世界怎么可能没有电”。 连接暑期档,不少攥在手里的电视剧电影,甚至是综艺节目开始扎堆博存在感。而这当中,来自日本导演矢口史靖的作品《生存家族》引起了不少网络热议。 “当世界没有电”这个命题,说实话不是第一次听到,但是在荧屏上,看到截然不同于人们想象中的“混乱”、“颓废”、“无所适从”、“哭天抢天”,反而单车走天涯情节的时候,似乎在意料之外,又似乎在情理之中。 看着这种一片漆黑看星星,没有WIFI只能散步,好像有更多时间去郊游了的生活,似乎让人觉得远离了世俗的快节奏,轻松而有趣。 一天两天,你这样想,三天五天还没过新鲜劲儿,几个月一年呢?当你看到所有家用电器都停摆;当你需要重新学习老祖宗的钻木取火;当你要哼哧哼哧提水生活…… 哦,当然,这就是编者要提醒你的:这个世界怎么可能没有电。 风中有电,水中有电,太阳光里全是电;核能发电、生物质发电、地热发电,总有一款适合发电。当法拉第发明了第一台发电机,当人们成功将“风光水核生物质”等可再生能源转化为电力,何愁世上没有电? 化石燃料可以用完,可再生能源却是生生不息的。这也是,全世界掀起了一场能源供给侧改革的原因之一。再加上可再生能源转化而来的电力清洁*,环保可循环,其所创造的能源价值毋庸置疑。 追溯到20世纪30年代,火力发电进入大发展时期。往后到20世纪90年代,火电占比就已经跌到6成左右,水电和核电开始与其分庭抗礼。清洁电力的发展由此开始,迅速延伸出了更多清洁能源发电模式。 具体到国家,挪威水力发电占比已经达到了9成以上,法国核电占比升至70%到80%。有目共睹的是,全球对于风能、光能、海洋能、生物能、氢能、页岩气等新能源的发掘力度与日俱增。 公开数据显示,全球可再生能源投资已经远远超过了化石燃料。这也证明,市场的天平正或快或慢地向可再生能源倾斜,有序地从化石燃料发电时代过渡到清洁能源发电时代。前不久,青海省挑战“绿电9日”圆满收官,是理论联系实践的有力佐证。 我国作为清洁能源发展大国,光伏新增装机容量连续5年夺冠,不断引导光伏发电和风力发电产业走向“平价上网”。可再生能源发电成本的降低,对未来取代火电成为主导发电方式有着重要意义。 从我国可再生能源建设上来看,分布式光伏撑起了光伏发电产业的又一片天;海上风电技术的突飞猛进为风电产业带来了可观的增值空间;核电领域以“华龙一号”为首正在进行“海内外”的双线扩张;垃圾焚烧发电在生物质能利用层面颇受重视;储能产业与新能源汽车紧密相连,有望加快替代燃油汽车…… 无论是构建微电网,还是发展“光伏+”生态圈,或者是打造核能发电国产设备的“国之重器”,亦或是推广多能互补模式,可再生能源发电可走的路子正在变得越来越宽。 新能源革命的钟声已响,清洁电力是可以预知的未来。

随着绿能发展与环保趋势蔓延,可再生能源与大众运输的组合越来越常见,奥地利联邦铁路(ÖBB)将把太阳能发电与铁路结合,利用新型逆变器将太阳能电力直接连接到铁路网。

托马斯•爱迪生或许能欣然接受这一讽刺。就在他最负盛名的遗产白炽灯面临灭绝之时,他另外一项倾注巨大热情的发明,直流电,正开始兴盛起来。统领照明业逾一个世纪之久的电灯泡在这个气候变化的时代已经被社会所遗弃,并在许多国家被禁止使用。与此同时,在19世纪90年代的电力市场角逐中败给交流电的直流电,却能够帮我们遏制全球变暖的现象。

现在已有面积7,000平方米、可年生产1,100MWh的太阳光电与奥地利铁路连接,其生产电力足以让列车从萨尔斯堡行驶到维也纳来回200趟,并减少400公吨碳排放。

随着电力需求的激增,公用事业公司都争相安装可再生能源发电机,很明显,现存的电力传输系统已跟不上需求了。欧洲和美国的工程师们都意识到他们需要改进输电网,并宣称会对此做出巨大的投资。然而仅仅是增加旧系统的功率或许并非最好的解决办法。革新旧技术才能使输电方式有所改观。

该计划可说是世界上第一个为铁路建立的太阳能发电厂,为奥地利国铁可再生能源试点计划,测试时段从2015年5月到2016年夏季。铁路商业技术中心CEOJohannPluy表示,计划特别之处在于新型逆变器,可直接将直流电电压转换成16.7Hz的交流电压,让太阳电力直接连接到铁路上方的线路,同时减少电力传输成本。

尽管在早期的电力使用中,直流电被交流电所取代,然而高压直流电一直都没有失去其用武之地--它能长距离传输大量电能,因其比常规的交流线路效率更高。现今它正成为越来越多的可再生能源发电机中的一个重要环节,尤其是海面上的风力发电场。这使得能源工业里的许多人得以重新审视直流电。

根据ÖBB资料,目前奥地利国铁电力90%来自于水力发电,2%来自其他绿电,最后8%则是天然气发电。Pluy表示,该计划目的是希望可以增加公司自产电力占比,减少对市场电力依赖,如果技术和经济性可行,希望可以推广到奥地利南部和东南部。

一些科学家更加野心勃勃,他们的计算表明,通过建立遍及整个欧洲的高压直流电超高压电网,可帮助解决由许多分布极广的可再生能源发电器生产能源水平不等的难题,从而提供完全可靠的电力供应。支持者表示这将意味着煤炭,天然气以及核能最终会遭到抛弃,由可再生能源在几年内将它们取代。

奥地利是第一个公投废核国家,能源三分之二来自于可再生能源,其中下奥地利邦(Niederösterreich)更在2015年达到100%绿能,其中63%来自水力发电,26%为风力发电,生质能与太阳能则占9%与2%。

这个超高压电网的一些构成部分不久就可以在欧洲投入建设了,一笔12亿欧元的预计补助金将被用于将整个地区的电网联系到一起。与此同时,在美国,奥巴马总统投资1500亿美元的能源计划中就包括一项在2050年之前实现可再生能源占25%的目标,这就暗示了对于高压线路的巨大投资,其中很多有可能就是高压直流电的。同时,有关新型超导高压直流电电缆的实验表明,采纳此项技术的输电网可以扮演一个庞大的能源仓库,缓冲用户以及设备所面临的难以预测的天气变化。“不管从哪一方面看,毫无疑问,高压直流电的时代已经到来了。”总部设在英国的电网咨询公司TNEI的技术指导Graeme Bathurst说道。

虽然说奥地利可再生能源发电占比高达65%,但仍有15%来自于国外核能与其他火力发电,奥地利为此也受到不少国内环保人士抗议,因此奥地利希望可在2050年将可再生能源占比提升到100%。

爱迪生输掉了同Nikola Tesla以及Westinghouse Electric的“电流大战”,因为在那个时代交流电是一项更实际的主张。简而言之,有效的长距输送要通过较高的电压来实现,而公众所需要的是更安全的低电压。变压器应交流电电网,而非直流电而生。

铁路网与太阳光电结合

除了这项胜利,直流电也更加高效:电压相同的情况下,它比交流电的传输损耗要小,这是因为在直流电线路中电流的方向是不变的,而在交流电路中电流方向每秒钟改变100或120次。这就引起了传输线绝缘材料中的微小电流,能量便以热能的形式耗散。由于这个优势,高压直流电长久以来都在长距离有效传输大量能源中享有一席之地。最早的大工程之一就是于1965年在新西兰建立连接南北岛屿的600百力瓦特的线路,后又提高到了1200百力瓦特。

绿色能源一直是全球关心的议题,近几年太阳能成本下降,越来越多国家尝试让可再生能源与运输系统结合。虽然列车占整体能源消耗比例并不高,但借由大众运输带动相关产业发产,也是个发展可再生能源的不二法门。

在过去的10年中,新的高压直流电工程在距离和功率上都提高很快,尤其是在中国,线路被建来把水力发电的能源从内地传输给沿海用户。总部设于瑞士的工程公司ABB受委任将要建立一条从向家坝到上海的长达2000千米的线路,这条线路能承载6.4千兆瓦的电能——相当于三座大型发电站的输出量。

排碳大国印度也在2017年打造100%太阳能火车站,利用屋顶太阳能板为车站与铁路供电;英国也计划将太阳能的直流电直接供给直流铁路系统,可借此减少逆变器成本,而英国也不只发展太阳能列车,也与法商阿尔斯通合作,将氢燃料列车驶入英国铁路系统。

2011年当这条线路投入运行时,将带来巨大的环境效益。ABB公司高压直流电研发经理Gunnar Asplund说,要用三排交流电线杆并行才能传送的大量能源,只需一排高压直流电线杆便可传输。如果不长距离传输水力电能,就需要在上海附近建更多的燃煤火力发电站,Asplund估计,这样一来每年将会有额外的4千万公吨二氧化碳排入大气中。

随着再生能源技术稳定与设备量逐年上升,成本越来越能与传统火力发电抗衡,未来这些能源转型也会反映在其他产业应用上。

高压直流电的另外一个主要优势就是它在地下或水下能比交流电更长距离地传输电能,这是由于当被埋在地下或淹没在水中时,交流电会产生强大的交流电场,这会导致额外的大量能源损失。对于直流电,这种电容作用是可以忽略不计的。这样,对于像去年开通的长600公里,连接挪威和尼德兰的Norned电缆海底内部连接来说,高压直流电就成为必需,它同样也适用于远离海岸的风力发电场。

远大目标

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