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    行業(yè)新聞

    美國向高架電線說拜拜

    2012-01-10

    美國首個可再生能源國家樞紐項目使用地下超低溫超導(dǎo)電纜長距離運(yùn)輸電力

      Tres Amigas國家可再生能源樞紐項目將美國三大主要電網(wǎng)連接起來,實現(xiàn)電力分配、儲存更科學(xué)化。

      用埋在地下的超低溫電纜來代替架設(shè)在高空的輸電線,然后將太陽能、風(fēng)能等可再生能源電力長距離、有效運(yùn)輸,這是美國專家日前提出的電力運(yùn)輸方式。

      美國廣闊的平原和沙漠地區(qū)有大量的風(fēng)能及太陽能,但是如何將這些距離人口稠密區(qū)很遠(yuǎn)的可再生能源運(yùn)輸?shù)叫枰鼈兊某鞘,同時不破壞沿途的風(fēng)景以及避免惹上高架輸電線建設(shè)的官司,卻是給傾向綠色環(huán)保的公共事業(yè)公司提出的一個巨大的難題。在大型可再生能源項目真正站穩(wěn)腳跟之前,必須建起成千上萬公里的高空輸電線。但輸電線的建設(shè)多年來卻在美國飽受爭議,很多人都訴諸法律途徑,要求輸電線不要建在“自家后院”。

      為解決電力公司與“高架電線反對者”的矛盾,美國首個可再生能源國家樞紐的項目Tres Amigas首席執(zhí)行官哈里斯提出了一個開創(chuàng)性的計劃:使用地下超低溫超導(dǎo)電力電纜,它既能逃離人們的視線,也能提高電力運(yùn)輸效率。

      超低溫超導(dǎo)電纜

      在長距離地下電力運(yùn)輸中,Tres Amigas使用的超導(dǎo)電纜含有超低溫特殊材料,能讓電纜的電阻降為零,極大提高電力運(yùn)輸效率。該電纜輸電系統(tǒng)中,唯一的能源耗損來自電纜的冷凍(電纜必須保持超低溫)。據(jù)估計,與難看的地上運(yùn)輸線路相比,地下超導(dǎo)電纜的能源浪費率將減少7%。

      超低溫超導(dǎo)電纜是由美國最大的超導(dǎo)電纜生產(chǎn)商美國超導(dǎo)公司生產(chǎn)。截止目前,由該公司生產(chǎn)的超低溫電纜已經(jīng)在紐約長島電力局、美國電力公司以及美國國家電網(wǎng)公司此前開展的一些小型項目中得到應(yīng)用。目前世界上大約有二十多個電站依賴于超導(dǎo)電纜,但它們通常是將距離在1公里以內(nèi)的兩個或兩個以上發(fā)電站連接起來,從未應(yīng)用到長距離運(yùn)輸當(dāng)中。Tres Amigas將成為遠(yuǎn)距離超低溫超導(dǎo)電力運(yùn)輸?shù)?ldquo;先驅(qū)”。

      美國超導(dǎo)公司總裁兼常務(wù)總經(jīng)理丹尼爾·邁克蓋(Daniel McGahn)說:“我們注意到,超導(dǎo)電纜已經(jīng)在全球進(jìn)入商業(yè)化階段,這一點并不局限于美國。”在美國超導(dǎo)公司的工廠里,工人已經(jīng)開始制造超低溫超導(dǎo)電纜,制作過程如下:首先,用高溫超導(dǎo)氧化物及價格昂貴的銅生產(chǎn)扁平的金屬帶子;隨后將它切割成薄平的條狀物;最后,這些條狀物被用來纏繞在裝有液態(tài)氮氣的圓管周圍,形成超低溫超導(dǎo)電纜。液態(tài)氮氣能將電纜的溫度降至-346華氏度(-210攝氏度)。

      工作人員解釋,之所以超低溫能增加電纜的導(dǎo)電效率,是因為通常條件下,電子的移動不受限制。在隨意移動時,電子之間會像碰碰車一樣發(fā)生碰撞,產(chǎn)生熱量,造成能量損失。但在超低溫情況下,電子便會進(jìn)“高速公路模式”,成對地往相同的方向移動,避免了發(fā)生碰撞的可能性,從而也避免了電子之間發(fā)生碰撞而造成的能量損失。

      據(jù)美國能源部估計,如果消除因傳統(tǒng)銅制電線的傳輸效率低下而帶來的損失,每年可以節(jié)省160億美元,同時為長距離運(yùn)輸風(fēng)能和太陽能鋪平道路。說到超低溫超導(dǎo)電纜的成本問題時,美國超導(dǎo)公司介紹,價格缺口正在漸漸被填補(bǔ)。公司最近的一份白皮書里表明,輸電能力達(dá)5000兆瓦的超導(dǎo)電纜每千米的成本為800萬至1300萬美元。這與傳統(tǒng)的765千伏電線千米成本基本持平,后者為700萬至1000萬美元。

      地下超導(dǎo)電纜還有一個優(yōu)勢:修建130英尺高的高架電線來長距離運(yùn)輸可再生能源,對新墨西哥州的“錢袋”是一個嚴(yán)峻考驗,很大一部分成本都來源于新墨西哥州的一些鄰居們,他們將會提起訴訟,避免可再生能源項目或電力連接線破壞自己的名勝古跡、自然風(fēng)貌等。這種“別在我后院架電線”的心理會讓美國可再生能源的發(fā)展遇到極大的障礙,同時速度急劇放緩。

      國家可再生能源樞紐項目

      Tres Amigas超級變電站樞紐工程位于新墨西哥州克羅維斯地區(qū)。去年10月,美國超導(dǎo)公司的“超導(dǎo)輸電通道”被Tres Amigas選用,公司將為項目提供輸電規(guī)劃服務(wù)、超導(dǎo)線材及超導(dǎo)電纜系統(tǒng)。

      此樞紐的亮點是首次連接美國的3個電網(wǎng)以滿足新能源傳輸?shù)脑鲩L需求并增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性。目前美國的3個電網(wǎng),即東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和德克薩斯電網(wǎng),之間的電力傳輸是通過交流電輸電線實現(xiàn)的。然而,任何兩個電網(wǎng)系統(tǒng)之間的電力傳輸只能夠通過特殊的電力電子變電站實現(xiàn)。首先,在變電站內(nèi)將一個電網(wǎng)內(nèi)的交流電轉(zhuǎn)化為直流電,然后在電流到達(dá)鄰近的電網(wǎng)前再將直流電轉(zhuǎn)回到交流電。目前雖然兩個電網(wǎng)間已有少數(shù)幾個較小的雙邊“直流接口 ”;但三個電網(wǎng)從來沒有通過一個系統(tǒng)連接過。

      Tres Amigas可再生能源樞紐將會是一個好幾英里的三角形超導(dǎo)輸電通道,能夠在3個電網(wǎng)內(nèi)傳輸和平衡幾千兆瓦的可再生能源。每個電網(wǎng)的多根輸電線將會通過多個交流/直流變頻器向Tres Amigas超級變電站輸入或輸出電力,每根輸電線都和直流超導(dǎo)電纜相連。作為一個平衡主體,Tres Amigas將會幫助確保3個電網(wǎng)內(nèi)多個可再生能源電力資源向美國、加拿大和墨西哥輸電過程中的效率和可靠性。

      Tres Amigas超級變電站還會扮演電力市場樞紐的角色,促進(jìn)美國3個電網(wǎng)間電力的買賣,而這在今天是不現(xiàn)實的。風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電及地?zé)崮馨l(fā)電等目前還沒有并入電網(wǎng),日后最終客戶可以通過Tres Amigas超級變電站從多個電網(wǎng)購電。例如,太陽能豐富的地區(qū)在夜晚沒有陽光的時候?qū)⒛軌驈娘L(fēng)能豐富的地區(qū)購買電力。作為一個商業(yè)輸電系統(tǒng),Tres Amigas將會對使用電力樞紐的客戶收取一定的費用。

      新墨西哥的州土地管理局已經(jīng)向Tres Amigas公司授權(quán)租賃1.44萬公頃的土地用于修建此系統(tǒng)。Tres Amigas公司正在向聯(lián)邦能源管理委員會就從德克薩斯電網(wǎng)連接到Tres Amigas的輸電線不會受到該委員會的司法介入及Tres Amigas可以作為商業(yè)輸電企業(yè)運(yùn)營實體進(jìn)行備案。

      超導(dǎo)輸電管線結(jié)合了傳統(tǒng)的地下通道施工技術(shù)和兩個高度互補(bǔ)的電力技術(shù):直流超導(dǎo)電纜和多終端(電壓-資源)交流/直流電力變頻器,形成了一個易于選址和接入的地下高容量輸電通道,此通道十分高效,并且可控性強(qiáng),比其他相競爭的技術(shù)更安全,并且在國內(nèi)輸電時避免了成本分?jǐn)偟膯栴}。

      Tres Amigas樞紐將是目前世界上使用超導(dǎo)電纜量最大的工程,它就像一個交通圓環(huán),能在瞬間從3個獨立電網(wǎng)中調(diào)集5000兆瓦的電力補(bǔ)充到圓環(huán)中,并將這些電力調(diào)配到需要它的任何電網(wǎng)中去。

     

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