城市是人類(lèi)最偉大的成就之一，數千年來(lái)城市承載了人類(lèi)文明的躍遷。21世紀，在人類(lèi)追求可持續發(fā)展的藍圖中，城市有了新的使命。
容納全球50%以上人口,但碳排放量超過(guò)70%的城市, 是碳中和的主戰場(chǎng)。無(wú)數人曾經(jīng)設想，未來(lái)的城市有沒(méi)有可能全部由清潔能源供電？
預測未來(lái)最好的方式就是去創(chuàng )造未來(lái)。
在沙特阿拉伯西部的紅海之濱，一座紅海新城已經(jīng)將科幻變成現實(shí)。紅海新城占地2.8萬(wàn)平方公里，預計年均接待游客達百萬(wàn)級，它最大的亮點(diǎn)就是全球首個(gè)100%由清潔能源供電的城市。
近日，華為數字能源發(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(kāi)始為紅海新城供電的里程碑事件。規模達400MW光伏+1.3GWh儲能系統的華為光儲微網(wǎng)，讓紅海新城實(shí)現100%清潔能源供電，成為人類(lèi)零碳城市的首個(gè)標桿。
一座城，人類(lèi)零碳城市的里程碑
根據阿拉伯貨幣基金組織發(fā)布的《2021年阿拉伯經(jīng)濟報告》，阿拉伯國家占全球石油已探明儲量的55.7%左右。當前，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(lài)，推進(jìn)經(jīng)濟多元化發(fā)展，一場(chǎng)轟轟烈烈的能源轉型早已在阿拉伯半島展開(kāi)。2016年，沙特發(fā)布了“2030愿景”，開(kāi)啟歷史性國家變革轉型。
作為“2030愿景”中的重點(diǎn)工程，紅海新城項目建設于2019年2月開(kāi)始，2030年建成。建成后22個(gè)島嶼和6個(gè)內陸地點(diǎn)將擁有50家酒店、8000間客房以及 1000多處住宅物業(yè)。預計紅海新城每年將為沙特帶來(lái)百萬(wàn)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(kāi)始為紅海新城的酒店和機場(chǎng)等設施供電。這見(jiàn)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(lèi)在缺電、無(wú)電網(wǎng)的區域，通過(guò)建設光儲微網(wǎng)實(shí)現100%清潔能源供電成為了現實(shí)。
目前紅海新城的酒店已經(jīng)可以在booking上預訂房間。來(lái)自全球各地的游客可以來(lái)到紅海新城體驗沙漠與大海的碰撞，聆聽(tīng)石油王國與綠色之城的交響。
在全球能源產(chǎn)業(yè)轉型中，紅海新城拿下多個(gè)“世界第一”：全球首個(gè)100%由清潔能源供電的城市、全球首個(gè)GW級100%清潔能源供電的獨立微網(wǎng)項目、全球規模最大的儲能項目、全球首個(gè)碳中和標桿城市。
這些突破的背后，紅海新城建設過(guò)程中面臨的能源技術(shù)挑戰也是世界級的。
紅海新城無(wú)法依賴(lài)現有的電網(wǎng)，需要通過(guò)獨立構網(wǎng)，在沙漠中從0到1建設一張供百萬(wàn)人使用的100%清潔能源電網(wǎng)。而且這張電網(wǎng)是GW級別規模，采用的還是挑戰更大的“微網(wǎng)模式”。
在供電側，紅海新城的供電完全依賴(lài)光伏發(fā)電，而光伏等清潔能源天然具有不穩定性。如何保障整網(wǎng)的穩定供電，保障城市不間斷運營(yíng)是極大的挑戰。在儲能側，如何實(shí)現對GW級儲能系統的精細化管理，并保障安全可靠運行非常關(guān)鍵。在用電側，在一個(gè)清潔能源占比100%的新型電力系統中，如何避免電網(wǎng)擾動(dòng)帶來(lái)的短路故障也是業(yè)界難題。
此外，紅海新城獨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，該地區夏季最高溫度超過(guò)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，如何保障儲能系統的可用容量、運行壽命、運輸、施工、運維等，挑戰也不小。
紅海新城開(kāi)創(chuàng )了未來(lái)人類(lèi)社會(huì )全新的發(fā)-儲-用電模式，其中涵蓋多項跨領(lǐng)域技術(shù)，對應的標準、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者，華為數字能源如何將這些挑戰一一化解？
一群造夢(mèng)者，勇闖數字能源創(chuàng )新無(wú)人區
法國作家雨果曾說(shuō)，“凡是人能想象的事，就必有人能將其實(shí)現。”
在紅海新城項目中，華為數字能源組建了二三百人的專(zhuān)家團隊進(jìn)行長(cháng)期技術(shù)攻堅。憑借華為在數字能源領(lǐng)域長(cháng)期大規模的研發(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。
據悉，中國電網(wǎng)專(zhuān)家現場(chǎng)參觀(guān)紅海新城項目后，提到兩個(gè)“沒(méi)想到”：
第一是這么大規模的微網(wǎng)，全世界都處于試驗階段，沒(méi)想到在沙特這樣一個(gè)靠油的國家領(lǐng)先一步；
第二是沒(méi)想到這么大和復雜的項目，華為在沒(méi)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，華為數字能源實(shí)現了在供電側、儲能側、用電側的全面技術(shù)突破，最終讓紅海新城從一個(gè)偉大的構想變成現實(shí)。
在供電側，華為自研的智能光儲發(fā)電機（VSG，Virtual Synchronous Generator）技術(shù)保障了光伏供電的穩定性。
紅海新城當地有充足的光伏資源。目前當地已建成五個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)，共76萬(wàn)塊光伏板為新城項目一期提供電力。但供電側的難題在于如何實(shí)現光伏發(fā)電的穩定性。
傳統電網(wǎng)采用同步發(fā)電機發(fā)電，通過(guò)調速器來(lái)控制電網(wǎng)的頻率，并通過(guò)勵磁器來(lái)控制電壓，來(lái)實(shí)現電壓和頻率的穩定。
紅海新城項目中，華為智能光儲發(fā)電機技術(shù)，讓每臺儲能變流器（PCS）模擬傳統同步發(fā)電機的運行模式，采用虛擬調速器控制電網(wǎng)的頻率，并用虛擬勵磁器控制電網(wǎng)的電壓，最終實(shí)現整網(wǎng)供電的穩定性。
白天，紅海新城100%使用光伏發(fā)電，同時(shí)為儲能設備充電。晚上，完全使用儲能系統進(jìn)行供電。紅海新城1.3GWh儲能系統擁有近8萬(wàn)只電池，對儲能系統的精細化管理和安全可靠運行至關(guān)重要。
在儲能側，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、四重安全防護等設計進(jìn)行精細化監控與充放電管理，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(shí)現每一簇電池都有控制器，每一包電池都有優(yōu)化器，能夠精準捕捉異常電池，并在發(fā)現故障異常后單獨隔離。
此外，華為智能組串式儲能設備均達到IP55防護能力和C5級防腐，分布式溫控設計可以確保在高溫、高濕、高鹽霧場(chǎng)景下穩定運行。
在用電側，一座100%清潔能源供電的城市，意味著(zhù)光儲系統必須能夠在各種穩態(tài)和暫態(tài)故障工況下保持電網(wǎng)穩定運行。
針對紅海新城復雜的電網(wǎng)環(huán)境，華為數字能源通過(guò)構網(wǎng)型儲能技術(shù)使光儲系統成為一個(gè)可靠的電壓源，建立穩定電網(wǎng)的同時(shí)可以實(shí)現100%清潔能源微網(wǎng)下離網(wǎng)連續故障穿越并支持GW級整網(wǎng)黑啟動(dòng)，使能分鐘級電力恢復，有效避免停電損失。
同時(shí)，針對現場(chǎng)變壓器突投需求頻繁、電機等沖擊性負荷啟停產(chǎn)生沖擊電流，造成電網(wǎng)崩潰問(wèn)題，華為數字能源通過(guò)先進(jìn)的構網(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)穩定供電。
結語(yǔ)
碳中和已經(jīng)成為人類(lèi)命運共同體一致的未來(lái)。
紅海新城，既是千年文明與現代都市的交匯之地，也見(jiàn)證了化石能源時(shí)代與數字能源時(shí)代的交替。
當“一帶一路”戰略與沙特“2030愿景”對接，紅海新城將進(jìn)一步探索人類(lèi)對未來(lái)城市與可持續發(fā)展的想象。在這一歷史進(jìn)程中，華為數字能源將通過(guò)數字技術(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。
