城市是人類最偉大的成就之一，數(shù)千年來城市承載了人類文明的躍遷。21世紀(jì)，在人類追求可持續(xù)發(fā)展的藍(lán)圖中，城市有了新的使命。
容納全球50%以上人口,但碳排放量超過70%的城市, 是碳中和的主戰(zhàn)場。無數(shù)人曾經(jīng)設(shè)想，未來的城市有沒有可能全部由清潔能源供電？
預(yù)測未來最好的方式就是去創(chuàng)造未來。
在沙特阿拉伯西部的紅海之濱，一座紅海新城已經(jīng)將科幻變成現(xiàn)實。紅海新城占地2.8萬平方公里，預(yù)計年均接待游客達(dá)百萬級，它最大的亮點(diǎn)就是全球首個100%由清潔能源供電的城市。
近日，華為數(shù)字能源發(fā)布了2024年度最新視頻《明日之城》，講述了華為全球最大光儲微網(wǎng)開始為紅海新城供電的里程碑事件。規(guī)模達(dá)400MW光伏+1.3GWh儲能系統(tǒng)的華為光儲微網(wǎng)，讓紅海新城實現(xiàn)100%清潔能源供電，成為人類零碳城市的首個標(biāo)桿。
一座城，人類零碳城市的里程碑
根據(jù)阿拉伯貨幣基金組織發(fā)布的《2021年阿拉伯經(jīng)濟(jì)報告》，阿拉伯國家占全球石油已探明儲量的55.7%左右。當(dāng)前，阿拉伯半島仍然是世界能源中心。但是為了擺脫對石油產(chǎn)業(yè)的高度依賴，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)多元化發(fā)展，一場轟轟烈烈的能源轉(zhuǎn)型早已在阿拉伯半島展開。2016年，沙特發(fā)布了“2030愿景”，開啟歷史性國家變革轉(zhuǎn)型。
作為“2030愿景”中的重點(diǎn)工程，紅海新城項目建設(shè)于2019年2月開始，2030年建成。建成后22個島嶼和6個內(nèi)陸地點(diǎn)將擁有50家酒店、8000間客房以及 1000多處住宅物業(yè)。預(yù)計紅海新城每年將為沙特帶來百萬人次的游客和40億美元的旅游收入。
2023年11月，華為光儲微網(wǎng)電站已經(jīng)開始為紅海新城的酒店和機(jī)場等設(shè)施供電。這見證了華為光儲微網(wǎng)技術(shù)的可靠與領(lǐng)先，也證明了人類在缺電、無電網(wǎng)的區(qū)域，通過建設(shè)光儲微網(wǎng)實現(xiàn)100%清潔能源供電成為了現(xiàn)實。
目前紅海新城的酒店已經(jīng)可以在booking上預(yù)訂房間。來自全球各地的游客可以來到紅海新城體驗沙漠與大海的碰撞，聆聽石油王國與綠色之城的交響。
在全球能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中，紅海新城拿下多個“世界第一”：全球首個100%由清潔能源供電的城市、全球首個GW級100%清潔能源供電的獨(dú)立微網(wǎng)項目、全球規(guī)模最大的儲能項目、全球首個碳中和標(biāo)桿城市。
這些突破的背后，紅海新城建設(shè)過程中面臨的能源技術(shù)挑戰(zhàn)也是世界級的。
紅海新城無法依賴現(xiàn)有的電網(wǎng)，需要通過獨(dú)立構(gòu)網(wǎng)，在沙漠中從0到1建設(shè)一張供百萬人使用的100%清潔能源電網(wǎng)。而且這張電網(wǎng)是GW級別規(guī)模，采用的還是挑戰(zhàn)更大的“微網(wǎng)模式”。
在供電側(cè)，紅海新城的供電完全依賴光伏發(fā)電，而光伏等清潔能源天然具有不穩(wěn)定性。如何保障整網(wǎng)的穩(wěn)定供電，保障城市不間斷運(yùn)營是極大的挑戰(zhàn)。在儲能側(cè)，如何實現(xiàn)對GW級儲能系統(tǒng)的精細(xì)化管理，并保障安全可靠運(yùn)行非常關(guān)鍵。在用電側(cè)，在一個清潔能源占比100%的新型電力系統(tǒng)中，如何避免電網(wǎng)擾動帶來的短路故障也是業(yè)界難題。
此外，紅海新城獨(dú)特的地貌和氣候特征也不容忽視。紅海新城一面是沙漠一面是大海，該地區(qū)夏季最高溫度超過50℃，且項目地距離海邊最近僅100米。在高溫、高濕、高鹽霧、風(fēng)沙的環(huán)境下，如何保障儲能系統(tǒng)的可用容量、運(yùn)行壽命、運(yùn)輸、施工、運(yùn)維等，挑戰(zhàn)也不小。
紅海新城開創(chuàng)了未來人類社會全新的發(fā)-儲-用電模式，其中涵蓋多項跨領(lǐng)域技術(shù)，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)等在國際上尚屬空白。作為紅海新城的核心建設(shè)者，華為數(shù)字能源如何將這些挑戰(zhàn)一一化解？
一群造夢者，勇闖數(shù)字能源創(chuàng)新無人區(qū)
法國作家雨果曾說，“凡是人能想象的事，就必有人能將其實現(xiàn)。”
在紅海新城項目中，華為數(shù)字能源組建了二三百人的專家團(tuán)隊進(jìn)行長期技術(shù)攻堅。憑借華為在數(shù)字能源領(lǐng)域長期大規(guī)模的研發(fā)投入，以及核心關(guān)鍵技術(shù)方面的突破，最終將紅海新城打造成沙漠中的綠色奇跡。
據(jù)悉，中國電網(wǎng)專家現(xiàn)場參觀紅海新城項目后，提到兩個“沒想到”：
第一是這么大規(guī)模的微網(wǎng)，全世界都處于試驗階段，沒想到在沙特這樣一個靠油的國家領(lǐng)先一步；
第二是沒想到這么大和復(fù)雜的項目，華為在沒有電網(wǎng)公司參與的情況下做成，令人驚嘆。
在紅海新城項目中，華為數(shù)字能源實現(xiàn)了在供電側(cè)、儲能側(cè)、用電側(cè)的全面技術(shù)突破，最終讓紅海新城從一個偉大的構(gòu)想變成現(xiàn)實。
在供電側(cè)，華為自研的智能光儲發(fā)電機(jī)（VSG，Virtual Synchronous Generator）技術(shù)保障了光伏供電的穩(wěn)定性。
紅海新城當(dāng)?shù)赜谐渥愕墓夥Y源。目前當(dāng)?shù)匾呀ǔ晌鍌€太陽能發(fā)電場，共76萬塊光伏板為新城項目一期提供電力。但供電側(cè)的難題在于如何實現(xiàn)光伏發(fā)電的穩(wěn)定性。
傳統(tǒng)電網(wǎng)采用同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過調(diào)速器來控制電網(wǎng)的頻率，并通過勵磁器來控制電壓，來實現(xiàn)電壓和頻率的穩(wěn)定。
紅海新城項目中，華為智能光儲發(fā)電機(jī)技術(shù)，讓每臺儲能變流器（PCS）模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行模式，采用虛擬調(diào)速器控制電網(wǎng)的頻率，并用虛擬勵磁器控制電網(wǎng)的電壓，最終實現(xiàn)整網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。
白天，紅海新城100%使用光伏發(fā)電，同時為儲能設(shè)備充電。晚上，完全使用儲能系統(tǒng)進(jìn)行供電。紅海新城1.3GWh儲能系統(tǒng)擁有近8萬只電池，對儲能系統(tǒng)的精細(xì)化管理和安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。
在儲能側(cè)，華為智能組串式儲能解決方案，將儲能技術(shù)與電力電子技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)深度融合。其采用電池包級優(yōu)化、簇級管理、四重安全防護(hù)等設(shè)計進(jìn)行精細(xì)化監(jiān)控與充放電管理，有效避免電池串并聯(lián)失配的影響，最大程度利用電池可用容量。
智能組串式儲能解決方案可以實現(xiàn)每一簇電池都有控制器，每一包電池都有優(yōu)化器，能夠精準(zhǔn)捕捉異常電池，并在發(fā)現(xiàn)故障異常后單獨(dú)隔離。
此外，華為智能組串式儲能設(shè)備均達(dá)到IP55防護(hù)能力和C5級防腐，分布式溫控設(shè)計可以確保在高溫、高濕、高鹽霧場景下穩(wěn)定運(yùn)行。
在用電側(cè)，一座100%清潔能源供電的城市，意味著光儲系統(tǒng)必須能夠在各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)故障工況下保持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
針對紅海新城復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境，華為數(shù)字能源通過構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)使光儲系統(tǒng)成為一個可靠的電壓源，建立穩(wěn)定電網(wǎng)的同時可以實現(xiàn)100%清潔能源微網(wǎng)下離網(wǎng)連續(xù)故障穿越并支持GW級整網(wǎng)黑啟動，使能分鐘級電力恢復(fù)，有效避免停電損失。
同時，針對現(xiàn)場變壓器突投需求頻繁、電機(jī)等沖擊性負(fù)荷啟停產(chǎn)生沖擊電流，造成電網(wǎng)崩潰問題，華為數(shù)字能源通過先進(jìn)的構(gòu)網(wǎng)型儲能算法，在不超配PCS前提下，支持100%儲能額定容量變壓器的投切，保障整網(wǎng)穩(wěn)定供電。
結(jié)語
碳中和已經(jīng)成為人類命運(yùn)共同體一致的未來。
紅海新城，既是千年文明與現(xiàn)代都市的交匯之地，也見證了化石能源時代與數(shù)字能源時代的交替。
當(dāng)“一帶一路”戰(zhàn)略與沙特“2030愿景”對接，紅海新城將進(jìn)一步探索人類對未來城市與可持續(xù)發(fā)展的想象。在這一歷史進(jìn)程中，華為數(shù)字能源將通過數(shù)字技術(shù)與電力電子技術(shù)的融合，助力全球碳中和與能源產(chǎn)業(yè)變革加速。
