خارطة طريق التطوير: تقنية الكابلات البحرية ذات الجهد العالي والسعة الكبيرة


وقت النشر: 23 فبراير 2024  منظر:146

إن نقل الطاقة عبر المحيطات هو الطريقة الوحيدة لتحقيق التخصيص الأمثل للطاقة العالمية، واستكمال موارد الطاقة لبعضنا البعض في جميع القارات، واستخدام الطاقة النظيفة بكفاءة. وهي حلقة مهمة في بناء شبكة إنترنت عالمية للطاقة تمتد عبر القارات الخمس، وتربط بين أربعة محيطات، وتجتاز الشرق والغرب، وتمتد عبر الشمال والجنوب.

تعد الكابلات البحرية وكابلات الجسور عبر البحار وكابلات الأنفاق البحرية والخطوط الهوائية الهوائية عبر البحار هي الطرق الرئيسية لتحقيق التوصيل البيني عبر البحار ونقل طاقة الرياح البحرية. الكابلات البحرية هي الأكثر استخدامًا.

الكابل البحري

ومقارنة بالخطوط الهوائية، يمثل نقل الكابلات البحرية أقل من 1% من قدرة نقل شبكة الطاقة العالمية. وقد وفر تطوير طاقة الرياح البحرية على نطاق واسع والترابط الواسع النطاق بين الشبكات زخمًا مباشرًا لتطوير تكنولوجيا الكابلات البحرية ذات الجهد العالي التي تعمل بالتيار المستمر، والتي تتمتع بإمكانيات تطوير كبيرة في المستقبل.

اعتبارًا من عام 2019، وصل إجمالي الطلب العالمي السنوي على الكهرباء إلى 28000 تيراواط في الساعة، وتجاوز حجم نقل شبكة الطاقة العالمية 3000 جيجاوات، منها ما يقرب من 26 جيجاوات تم نقلها عن طريق مشاريع الكابلات البحرية، وهو ما يمثل أقل من 1٪. باعتبارها المنطقة الأولى التي تطور طاقة الرياح البحرية، أصبحت أوروبا المنطقة التي تضم أكبر عدد من مشاريع الكابلات البحرية وأكبر حجم بناء في العالم. وتجاوز إجمالي طول الكابلات البحرية 6200 كيلومتر، وتجاوز إجمالي قدرة النقل 22 جيجاوات. ومع التنمية الاقتصادية السريعة، وتطوير الطاقة النظيفة، وزيادة الطلب على الشبكات الإقليمية عبر البحار، تنمو آسيا تدريجياً لتصبح سوقاً هاماً لتطبيقات هندسة الكابلات البحرية ذات الجهد العالي.

بحلول نهاية عام 2019، نضجت تكنولوجيا الكابلات البحرية ذات الجهد العالي للغاية DC تدريجيًا، بما في ذلك بشكل أساسي طريقان تقنيان: العزل الورقي المشرب اللزج والعزل المبثوق. يمكن أن يصل المستوى الفني إلى ±200kV~±600kV/1000MW~2500MW. تعد تقنية المرفقات عاملاً رئيسياً في تحقيق الكابلات البحرية الطويلة الطول. المواد والعمليات ذات الصلة معقدة للغاية وهي أكبر حلقة ضعيفة.

مع التطور السريع لتطوير الطاقة النظيفة البحرية على نطاق واسع والربط البيني لشبكات الطاقة عبر المحيطات، زاد الطلب على قدرة نقل مشروع الكابلات البحرية والمسافة والتحسين الاقتصادي تدريجيًا، كما زاد الطلب على تطوير تكنولوجيا الكابلات البحرية EHV DC استمرت في الزيادة. ومن المقدر أنه خلال الثلاثين عامًا القادمة، ستصل مسافة النقل الإجمالية للمشاريع عبر البحر في آسيا وأوروبا وأمريكا الشمالية وأفريقيا إلى 10000 كيلومتر و9000 كيلومتر و5000 كيلومتر و4000 كيلومتر على التوالي، وستصل القدرة الإجمالية إلى 120 جيجاوات. ، 120 جيجاوات، 40 جيجاوات و50 جيجاوات على التوالي، والتي تحتاج قدرة النقل لمعظم المشاريع إلى الوصول إلى 4000 ~ 8000 ميجاوات، ويمكن أن تصل بعض مسافات النقل إلى 2000 ~ 3000 كم.

من الصعب تقنيًا أن تلبي الكابلات البحرية ذات الجهد العالي جدًا DC الاحتياجات المستقبلية، لذلك من الضروري تطوير تكنولوجيا الكابلات البحرية DC ذات الجهد العالي جدًا ±800 كيلو فولت وما فوق. من الناحية الاقتصادية، تبلغ التكلفة الشاملة للكابلات ثنائية القطب للكابلات البحرية ذات الجهد العالي للغاية ± 200 ~ ± 600 كيلو فولت من مليون إلى 2.6 مليون دولار أمريكي / كيلومتر، وهو ما يمثل 5 إلى 10 أضعاف تكلفة الخطوط الهوائية من نفس المستوى ، ولا يزال بسعر مرتفع نسبيا. ولكن في الوقت نفسه، مع زيادة مستوى الجهد والمقطع العرضي للموصل، تظهر تكلفة سعة الوحدة للكابلات البحرية ذات التيار المستمر اتجاهًا هبوطيًا. لذلك، في المستقبل، ستكون الكابلات البحرية DC ذات السعة الكبيرة EHV أكثر اقتصادا من الكابلات البحرية UHV DC وسيكون لها آفاق تطوير أفضل.

بالمقارنة مع الكابلات البحرية UHV DC، فإن الكابلات البحرية EHV DC لديها متطلبات أعلى من حيث التقنيات الرئيسية والمؤشرات الاقتصادية الشاملة. فيما يتعلق بالتكنولوجيا، بناءً على الطلب على السعة المستقبلية وتكنولوجيا الإنتاج وقدرات المعدات، من المتوقع أن تتحمل جهد الوحدة قدرة تحمل المواد العازلة من ± 800 كيلو فولت ~ ± 1100 كيلو فولت / 4000 ميجاوات ~ 12000 ميجاوات EHV DC للكابلات البحرية (العزل المبثوق) في يجب أن لا يقل المستقبل عن 43 ~ 65 كيلو فولت / مم. من حيث الاقتصاد، من المتوقع أنه في المستقبل، ستحتاج الكابلات البحرية DC ± 500kV / 2000MW ~ 3000MW و ± 600kV / 4000MW و ± 800kV / 8000MW DC إلى تكلفة أقل من 2.5 مليون و3 ملايين و7 ملايين دولار أمريكي / كم للحصول على قدرة تنافسية جيدة في السوق.

سيواجه البحث والتطوير للكابلات البحرية EHV DC اختناقات فنية أساسية مثل تحسينات الجهد والسعة والمسافة وعمق البحر. يعد التحسن الاقتصادي عاملاً رئيسياً في تعزيز وتطبيق الكابلات البحرية EHV DC. تعد عوامل السوق والسياسة بمثابة عوامل محفزة لمواصلة تعزيز تطوير الكابلات البحرية ذات التيار المستمر عالي الجهد (EHV DC). يتطلب تطوير الكابلات البحرية ذات التيار المستمر عالي الجهد (EHV) تحقيق اختراقات في المواد العازلة، وتكنولوجيا المعالجة، وتكنولوجيا الملحقات، وتكنولوجيا البناء، وتكنولوجيا ما بعد التشغيل والصيانة.

على المدى القصير والمتوسط ​​في المستقبل، يمكن تحقيق المستوى الفني للكابل البحري ±800kV/4000MW EHV DC، ومن المتوقع أن يتم تجاوز المستوى الفني ±800kV/8000MW على المدى المتوسط ​​والطويل. تعد تكنولوجيا عزل الورق المشرب الناضجة والموثوقة وتكنولوجيا العزل بالبثق سريعة التطور هي الطرق التقنية لتحقيق الكابلات البحرية ذات السعة المنخفضة EHV DC على المدى القصير في المستقبل. مع مزيد من التحسين في المقاومة الحرارية للمواد العازلة، من المتوقع أن تصل إلى مستوى ± 800 كيلو فولت / 8000 ميجاوات في عام 2035. ومن المتوقع أنه بحلول عام 2050، في ظل ظروف الاختراقات الكبرى في خصائص الموصلات والمواد العازلة، من المتوقع أن يخترق المستوى الفني لمستوى الجهد ± 1100 كيلو فولت.

يعد البحث والتطوير للكابلات البحرية EHV DC مشروعًا منهجيًا خطوة بخطوة يتطلب اختراقات في التقنيات الرئيسية مثل المواد والتصميم والعمليات على مراحل وخطوات.

قبل عام 2025، التركيز على تحسين تصميم هيكل العزل للورق المشرب وتكنولوجيا البثق، وبناء النظرية الأساسية لتصميم هيكل عزل الكابلات البحرية DC التي تتضمن معلمات مثل الشحن الفضائي، ودرجة الحرارة، والمجال الكهربائي، والتوصيل، وثابت العزل الكهربائي، وما إلى ذلك، من خلال تُستخدم المنشطات النانوية وتنقية المواد الأساسية وطرق أخرى لتقليل تأثير الشحنة الفضائية، ودراسة آلية عكس المجال الكهربائي وطرق القمع، وتحسين تكنولوجيا المعالجة والموثوقية التشغيلية للجسم والملحقات؛ تطوير محطات اختبار درجة EHV وبناء قاعدة اختبار منهجية EHV؛ تلبية متطلبات مشروع الكابل البحري ± 800kV / 4000MW EHV DC.

من عام 2025 إلى عام 2035، تحسين مستوى تصنيع المواد العازلة، وتطوير مواد أساسية عازلة عالية النقاء وشبكة عالية، وزيادة مقاومة درجات الحرارة على المدى الطويل إلى 110 درجة مئوية، وزيادة قوة العزل إلى 43 كيلو فولت / مم، والبحث عن التدريع المطابق مواد.

من عام 2035 إلى عام 2050، إجراء بحث متعمق وشامل حول المواد الأساسية العازلة المحتملة، وتحسين قدرات التركيب الكيميائي، وتطوير مواد عزل جديدة بقوة عزل تصل إلى 65 كيلو فولت / مم؛ تصميم هيكل عزل الكابلات البحرية بناءً على خصائص أداء المواد الجديدة لتحسين مقاومة الماء، ومقاومة الضغط، ومقاومة التشوه لجسم الكابل البحري، وتشكيل قدرة المعالجة ومستوى الإنتاج للإنتاج الضخم الصناعي.

ومع تقدم التكنولوجيا وتعزيزها، أصبح اقتصادياتالكابلات البحرية EHV DCسوف تتحسن بشكل كبير في المستقبل ويمكن تحقيق الأهداف الاقتصادية المتوقعة. من المقدر أنه في عام 2050، ستصل تكلفة الكابلات البحرية ± 800 كيلو فولت / 4000 ميجاوات و ± 800 كيلو فولت / 8000 ميجاوات DC إلى 2.6 مليون دولار أمريكي / كم و 4.4 مليون دولار أمريكي / كم، ومن المتوقع أن تصل تكلفة الكابلات البحرية ± 1100 كيلو فولت / 12000 ميجاوات 5.8 مليون دولار أمريكي/كم، مع اقتصاد جيد وقدرة تنافسية في السوق.

إن تطوير الكابلات البحرية EHV DC سيجلب فوائد تقنية واقتصادية واجتماعية وبيئية وسياسية ضخمة. فمن ناحية، يمكن أن يعزز التقدم التكنولوجي في المواد والعمليات والتحكم والصناعات الأخرى ذات الصلة، ويدفع الاستثمار في مشاريع نقل الطاقة بالتيار المستمر عبر البحار بما يصل إلى 150 مليار دولار أمريكي. ومن ناحية أخرى، يمكنها تحسين أمن إمدادات الطاقة الإقليمية وخلق ما يقرب من 14 مليون فرصة عمل في الصناعات ذات الصلة. وفي الوقت نفسه، يمكنها تعزيز عملية نظافة الطاقة، ومعالجة مشكلة تغير المناخ بشكل فعال، وتقليل موارد الأراضي بأكثر من 100 ألف كيلومتر مربع.

بالإضافة إلى ذلك، تطويرالكابلات البحرية EHV DCويمكنها أيضًا تعزيز آلية جديدة لتداول الطاقة والطاقة، وتسريع تطوير الطاقة النظيفة البحرية وبناء شبكة إنترنت عالمية للطاقة، وتعزيز مستوى ربط الطاقة، وتحسين مستوى إمدادات الطاقة في البلدان الجزرية، وتحسين أمن نقل الطاقة. . تعزيز التنمية الإقليمية المنسقة.