據(jù)國際能源署近期發(fā)布的一份報告指出，要實現(xiàn)所有國家氣候目標(biāo)并且保證能源安全的情況下，到2040年，全球需增加或更換8000萬公里的電網(wǎng)，并在電網(wǎng)運營和監(jiān)管方式方面做出重大改變。

  由此可見，隨著全球可再生能源并網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)支撐能力的提升越來越重要。不過除了更換電網(wǎng)，還可以換個角度來思考解決方案，微網(wǎng)就是其中之一。目前來看，微網(wǎng)應(yīng)用范圍以園區(qū)、海島等等面積較小的區(qū)域為主。如果設(shè)想一下，要在漫無邊際的沙漠中，劃出2.8萬平方公里建設(shè)一座新城，有一百萬人來往與生活，沒有大電網(wǎng)接入，只靠光伏發(fā)電供電，那么你對它的供電方式和供電設(shè)施會有怎樣的想象?

  人們首先會想到的就是：沒有電網(wǎng)支持，何談供電穩(wěn)定?

  但是現(xiàn)在真的有這么一個場景，而且真的有這樣一個企業(yè)，已經(jīng)將這一難題通過前所未有的技術(shù)方案解決了。

  這一項目就是沙特的“紅海新城”項目。該項目位于沙特西部，是沙特“2030愿景”中的重點工程，城建最大亮點就是電力供應(yīng)全部來自新能源。

  作為全球首個GW級100%新能源供電的獨立微網(wǎng)項目，沙特紅海400MW光伏和1.3GWh微網(wǎng)儲能系統(tǒng)全部采用華為智能光儲解決方案。

  華為數(shù)字能源推出的黑科技視頻欄目《比特與瓦特》最新一期介紹了這一在沙漠里拔地而起的GWh級別的“新能源微網(wǎng)”，并詳細(xì)介紹了微網(wǎng)建設(shè)成功的獨門技術(shù)利器——虛擬同步機技術(shù)。

  嶄新欄目 嶄新輸出

  比特(BIT)和瓦特(WATT)在節(jié)目中被“二次元化”，以兩個機械小人兒出現(xiàn)，他們分別代表了數(shù)字技術(shù)和能源技術(shù)。

  在數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域，華為是“遙遙領(lǐng)先”的佼佼者，在進入能源業(yè)務(wù)之后，就以其深厚的“BIT+WATT”技術(shù)優(yōu)勢在多個項目和領(lǐng)域取得了佳績。近期，華為數(shù)字能源推出了《比特與瓦特》視頻欄目，華為ICT、電力電子等領(lǐng)域的科學(xué)家們，憑借他們對技術(shù)的理解和洞察，在節(jié)目中帶來了專業(yè)且深入的科學(xué)觀點，幫助大眾了解數(shù)字能源黑科技的真實用途。

  不僅如此，華為數(shù)字能源實踐豐富，在《比特與瓦特》中，華為科學(xué)家們將華為在“前沿陣地”踩過的坑、積累的直接經(jīng)驗，都開誠布公，以幫助更多企業(yè)準(zhǔn)確把握能源與數(shù)字領(lǐng)域變化與趨勢，讓從業(yè)者和普通觀眾從更具體的案例和現(xiàn)實中，找到自己與變化的聯(lián)系。

  當(dāng)然不能光談踩過的“坑”，時不時也必須“凡爾賽”。本期節(jié)目中，華為就請高級專家佘宏武博士重點介紹了在沙特紅海項目中的技術(shù)利器：虛擬同步機技術(shù)。

  恢宏工程背后的能源新模式

  佘宏武博士首先介紹了紅海新城“100%光儲供能”的基本含義：白天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)的放電，來進行供電。

  因為完全沒有沙特的大電網(wǎng)接入，相當(dāng)于從0到1建立了一個非常完整的電網(wǎng)，且其儲能規(guī)模達(dá)到1.3GWh，這不僅在沙特是首創(chuàng)項目，同時也是全球首創(chuàng)，在一定程度它也代表了未來人類社會全新的發(fā)-儲-用電模式。

  由于涵蓋多項跨領(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，華為憑借長期以來大量的研發(fā)投入，對構(gòu)網(wǎng)型儲能等技術(shù)進行專項攻堅并取得豐碩成果，并充分應(yīng)用在這一項目中。

  除了技術(shù)具有極強的開創(chuàng)意義，另外沙特的地貌也給技術(shù)研發(fā)增加了難題。中東紅海地區(qū)夏季最高溫度超過50℃，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、運行壽命、運輸、施工、運維等也是挑戰(zhàn)之一。華為智能組串式儲能設(shè)備均達(dá)到IP55防護能力和C5級防腐，分布式溫控設(shè)計可以確保在高溫場景下穩(wěn)定運行。

  難題：大電網(wǎng)消失

  紅海日照充足，光伏發(fā)電毫無壓力，但是如何讓電力穩(wěn)定供應(yīng)卻是項目參與者所面臨的巨大難關(guān)。

  日常供電系統(tǒng)中與居民關(guān)聯(lián)最緊密的就是電壓和頻率。如果電壓不穩(wěn)，變化范圍過大，不僅會給電網(wǎng)設(shè)備的運轉(zhuǎn)造成一定影響，還會嚴(yán)重?fù)p壞家庭電器和線路，更嚴(yán)重的會引發(fā)火災(zāi)、威脅人身安全。頻率不穩(wěn)定，同樣也會損壞電器設(shè)備，甚至造成停電，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  傳統(tǒng)電網(wǎng)要實現(xiàn)電壓和頻率的穩(wěn)定，并不是特別大的難事，因為電網(wǎng)系統(tǒng)采用的是同步發(fā)電機發(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，從而為用戶提供穩(wěn)定的供電。

  目前并網(wǎng)型(Grid-Following)儲能系統(tǒng)已經(jīng)有很多發(fā)電項目和供電系統(tǒng)中采用，不過這些儲能系統(tǒng)對于電網(wǎng)穩(wěn)定性是起輔助作用，因為大電網(wǎng)的穩(wěn)定運行主要是靠同步發(fā)電機組支持。儲能系統(tǒng)基于儲能變流器來實現(xiàn)儲能電池與電網(wǎng)之間的充電與放電，每一個儲能變流器都跟隨大電網(wǎng)的頻率與電壓，只需要控制自身輸出的電流，即可完成提升電網(wǎng)穩(wěn)定性的輔助功能。

  但是在紅海項目中，儲能系統(tǒng)沒有固定的頻率和電壓可以跟隨，大電網(wǎng)被徹底抽掉了。柴油發(fā)電機僅緊急備用，這意味著儲能系統(tǒng)成為電網(wǎng)穩(wěn)定性任務(wù)的承擔(dān)者，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)定運行。

  穩(wěn)了!電壓與頻率!

  華為天生為研發(fā)而來。面對這一難度系數(shù)極高的難題，華為開創(chuàng)性地研發(fā)了虛擬同步機(VSG，Virtual Synchronous Generator)技術(shù)，讓每臺儲能變流器(PCS)模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的運行模式，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。

  一千多臺!就在離紅海岸邊不太遠(yuǎn)的地方，月白色的儲能系統(tǒng)方正而立，組成氣勢恢宏的方陣，正是其中的儲能變流器支撐了紅海微網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

  建立穩(wěn)定電網(wǎng)的同時，還可以實現(xiàn)100%新能源微網(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、電機等沖擊性負(fù)荷啟停產(chǎn)生沖擊電流，可能造成電網(wǎng)崩潰的風(fēng)險，通過先進的構(gòu)網(wǎng)型(Grid-Forming)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。

  當(dāng)然，這不僅僅是理論效果，而是已經(jīng)在紅海項目中被證明了的效果。為了達(dá)到實踐中不出偏差，華為建設(shè)了全球最大的8.8兆瓦光儲并離網(wǎng)實驗室，通過全數(shù)字仿真、半實物仿真，以及8.8兆瓦樣機實驗室三個階段的嚴(yán)格測試，在產(chǎn)品發(fā)貨前充分驗證，同時專家團隊對常駐沙特紅?，F(xiàn)場，第一時間解決現(xiàn)場遇到的各種疑難雜癥。

  就在11月3日SNEC儲能展上，華為參與的沙特紅海1.3GWh全球最大微網(wǎng)光儲項目，榮獲“儲能技術(shù)卓越獎”，這一獎項中也包含了對于富有開創(chuàng)意義的虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的嘉許。

  狄德羅效應(yīng)說：當(dāng)一個人擁有了一件新物品后，會想要更多的物品來與之匹配。當(dāng)人們將“微網(wǎng)”規(guī)模做得越來越大的時候，必須有更相宜、更穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，華為，為人類實現(xiàn)了這一夢想。