工程师在风电场从事可再生能源技术方面的工作。

TE 观点

助力可再生能源的未来

作者:Thomas Schoepf 博士,能源副总裁兼首席技术官

太阳能光伏和风能等可再生能源已走到了当今紧迫的气候对话的前沿。 太阳能和风能曾经因其可扩展性而受到质疑,甚至因其外观而被拒绝,如今却已成为化石燃料的可行主流替代品。 

 

在过去的 50 年里,气候变化迅速,与天气有关的灾害增加了五倍,从德克萨斯州发生的破坏基础设施的冻害到澳大利亚各地的大规模野火。这些极端天气事件发生在离家更近的地方,促使全球的组织、政府和社区积极寻找更可持续的解决方案。 

 

事实上,各国政府都在加快采取限制碳排放的政策的步伐。是什么正在推动这种步伐的变化?创新清洁技术。它们是不断提高可再生能源可行性的关键驱动因素。工程师的幕后工作确保了足够的技术可用于使更环保的替代品更可靠、性价比更高。 

太阳能的未来

如今,公用事业规模的太阳能发电场通常被开发为生产高达 500MW 的电力,这使其成为替代化石燃料发电厂(例如煤炭、天然气)的可行替代品。 这些发电场可以跨 3,000 多英亩的土地,拥有充足的空间和阳光作为先决条件,在北美、中东和澳大利亚等地越来越受欢迎。太阳能发电可以比风力发电更快地扩大规模,因此投资风险较低。事实上,根据国际能源署的数据,太阳能光伏发电的总成本已经是最低,在适合的地区投资回报率较高。 

 

公用事业规模的太阳能发电场需要数百个连接和数千码的布线,需要进行监控和维护。TE 重新设计了太阳能发电场,将安装成本降低了多达 40%,这是许多这些项目是否可行的主要决定性因素。此外,我们的工程师通过减少所需的电缆布线数量,简化了传统的太阳能发电场架构。 

 

TE 的解决方案已被称为可定制的电缆管道解决方案 (CTS),是比传统太阳能装置性价比更高的替代方案,已在美国(从缅因州到加利福尼亚州)的大型太阳能发电场中部署。CTS 的架构支持断开盒的集中化,将它们聚集在逆变器板上,从而改善太阳能发电场的安全性、效率和总拥有成本。因此,我们的客户节省了数百万美元的材料、安装和维护成本,并通过更高效的运营节省了费用。 

 

Black &Veatch 是一家领先的工程、采购、施工 (EPC) 公司,建造公用事业规模的太阳能发电厂,该公司在美国中西部的一个通电太阳能发电场中使用了我们 CTS 系统的简化方法。可再生能源项目经理 Ben Anderson 解释说:“与传统的汇流箱相比,我们能够成功地减少现场人工时间,并在可靠性方面占有优势,这得到了我们客户的赞赏。”   

适用于太阳能发电场架构的电缆管道解决方案

风力发电受益于 Vitamin Sea

在庞大的太阳能发电场可行性较低的人口密集地区(如欧洲),风力发电继续受到欢迎。 公用事业公司目前正专注于海上风电,因为它们可以通过大型涡轮机和发电场产生大量的电力。此外,海上风速往往比陆地更稳定,因此可产生更可靠的能源。与此同时,随着涡轮机尺寸的稳步增长,来自公众的阻力增加,满足当地法规的复杂性加大,从而对陆上风电的需求有所下降。例如,在德国,涡轮机距离最近的住宅的距离必须大于其高度的十倍。 

 

管理遍布全球的海上风电场也带来了挑战。涡轮机和连接需要可靠的性能,同时能够承受腐蚀性盐水和不断恶化的风暴的持续侵袭。通过直升机将人员和设备运出也非常昂贵。这些挑战增加了快速、可靠且尽可能不频繁地处理维护需求的重要性。此外,可以预安装的元件越多越好。

 

我们开发了经过简化但灵活的连接系统,简化了安装,以应对这些挑战并最大限度地降低成本。例如,只需一名工人即可安装我们用于海上涡轮机的高压开关装置连接器。与传统能源相比,这些效率有助于使风力发电更具竞争力(从成本和可靠性的角度来看),从而激励利益相关者做出改变。与此同时,我们不断努力开发解决方案,以提供更大的发电能力和可再生能源发电的进一步形式,如漂浮式风电场。 

显示风力涡轮机尺寸和生产能力演变的图表

图片来源:国际能源署,《2019 年世界能源展望》,www.iea.org/weo,2022 年 2 月

使用电池储能提前充电

电能仍然是能量的最高形式:它非常高效,易于传输和转换。 在产生电能时直接使用电能始终是最高效和更合适的选择,但这并不总是可行。特别是对于可再生能源,阳光和风不是全天候产生的;因此能量存储是一个必须考虑的因素。通过存储,我们可以保存电力并向消费者分配一致、可靠的电力。

 

电池储能是可再生能源难题的重要组成部分,有两个主要目的:

 

1.电网或频率稳定:向电网中添加不同的电源和负载可能会导致波动,短期内提供电力有助于对此进行补偿。稳定技术仍在不断发展,例如,TE 正在积极帮助公司开发微电网作为一种解决方案。

 

2.补偿低产量时段: 当太阳不发光或风静止时,可以抽取存储在电池中的能量来稳定电力潮流,确保持续获得电力。

 

虽然任何大型太阳能发电园区计划都具有电池储能要素,但这项技术将变得越来越重要。在未来五到十年内,全球范围内的可再生能源生产将会增加,对能量存储的需求也会随之增加。预计生产电池的成本将进一步降低,使大范围储能的成本低于目前水平。

通过数字化增强电网管理

电网现在必须应对越来越多的更难预测的可再生能源。 与此同时,电力在满足我们的日常需求方面发挥着更核心的作用,包括出行(电动汽车)、照明、烹饪、加热和冷却。在这种情况下,数字技术发挥着越来越重要的作用,电力和配电网的关键连接点需要更多的传感器。这就是为什么 TE 的连接元件是使用集成或改造传感器技术开发的。

 

全球对应对气候变化的关注只会增强,对可再生能源的兴趣也会随之增加。TE Connectivity 坚定地致力于提供所需的重要创新,以帮助加快向碳友好型能源的顺利过渡,无论现在还是将来都是如此。 

关于作者

Dr. Thomas Schoepf, VP & CTO, TE Energy

Thomas J. Schoepf博士

Thomas J. Schoepf博士是 TE 全球能源业务部的副总裁兼首席技术官。他领导的团队负责可持续能源网络连接解决方案的端到端创新和数字化转型。Thomas 在汽车、自动化和电力管理行业拥有超过 25 年的国际工程和领导经验,并推动了广泛的技术发展,包括可靠性、故障检测、安全性、传感器网络和微电网。