La transmisión de energía a través de océanos es la única manera de lograr la asignación óptima de la energía global, complementar los recursos energéticos de cada uno en todos los continentes y utilizar eficientemente la energía limpia. Es un vínculo importante en la construcción de una Internet energética global que abarca cinco continentes, conecta cuatro océanos, atraviesa el este y el oeste y recorre el norte y el sur.
Los cables submarinos, los cables de puentes a través del mar, los cables de túneles submarinos y las líneas aéreas a través del mar son las principales formas de lograr la interconexión a través del mar y la transmisión de energía eólica marina. Los cables submarinos son los más utilizados.
En comparación con las líneas aéreas, la transmisión por cable submarino representa menos del 1% de la capacidad de transmisión de la red eléctrica mundial. El desarrollo de la energía eólica marina a gran escala y la amplia interconexión de la red han dado un impulso directo al desarrollo de la tecnología de cables submarinos de CC de alto voltaje, que tiene un gran potencial de desarrollo en el futuro.
En 2019, la demanda mundial anual total de electricidad alcanzó los 28.000 TWh, y la escala de transmisión de la red eléctrica mundial superó los 3.000 GW, de los cuales aproximadamente 26 GW se transmitieron mediante proyectos de cables submarinos, lo que representa menos del 1 %. Como primera región en desarrollar la energía eólica marina, Europa se ha convertido en la región con el mayor número de proyectos de cables submarinos y la mayor escala de construcción del mundo. La longitud total de los cables submarinos ha superado los 6.200 kilómetros y la capacidad de transmisión total ha superado los 22 GW. Con el rápido desarrollo económico, el desarrollo de energía limpia y la creciente demanda de redes regionales transmar, Asia está creciendo gradualmente hasta convertirse en un importante mercado de aplicaciones de ingeniería de cables submarinos de alto voltaje.
A finales de 2019, la tecnología de los cables submarinos de CC de voltaje ultraalto había madurado gradualmente, incluyendo principalmente dos rutas técnicas: aislamiento de papel impregnado pegajoso y aislamiento extruido. El nivel técnico puede alcanzar ±200kV~±600kV/1000MW~2500MW. La tecnología de fijación es un factor clave en la realización de cables submarinos de larga longitud. Los materiales y procesos relacionados son extremadamente complejos y constituyen el mayor eslabón débil.
Con el rápido desarrollo del desarrollo de energía limpia marina a gran escala y la interconexión de redes eléctricas transoceánicas, la demanda de capacidad de transmisión, distancia y mejora económica del proyecto de cable submarino ha aumentado gradualmente, y la demanda para el desarrollo de tecnología de cable submarino EHV DC ha seguido aumentando. Se estima que en los próximos 30 años, la distancia total de transmisión de los proyectos transmar en Asia, Europa, América del Norte y África alcanzará los 10.000 km, 9.000 km, 5.000 km y 4.000 km respectivamente, y la capacidad total alcanzará los 120 GW. , 120 GW, 40 GW y 50 GW respectivamente, de los cuales la capacidad de transmisión de la mayoría de los proyectos debe alcanzar los 4000 ~ 8000 MW, y algunas distancias de transmisión pueden alcanzar los 2000 ~ 3000 km.
Es técnicamente difícil que los cables submarinos de CC de voltaje ultraalto satisfagan las necesidades futuras, por lo que es urgente desarrollar tecnología de cables submarinos de CC de voltaje ultraalto de ±800 kV y superiores. En términos de economía, el costo total de los cables bipolares de cable submarino de CC de voltaje ultraalto de ±200 ~ ±600 kV es de 1 millón a 2,6 millones de dólares estadounidenses / km, lo que es de 5 a 10 veces el costo de las líneas aéreas del mismo nivel. , y todavía tiene un precio relativamente alto. Pero al mismo tiempo, a medida que aumentan el nivel de tensión y la sección transversal del conductor, el coste unitario de capacidad de los cables submarinos de CC muestra una tendencia a la baja. Por lo tanto, en el futuro, los cables submarinos de CC de gran capacidad EHV serán más económicos que los cables submarinos de CC UHV y tendrán mejores perspectivas de desarrollo.
En comparación con los cables submarinos UHV DC, los cables submarinos EHV DC tienen requisitos más altos en términos de tecnologías clave e indicadores económicos integrales. En términos de tecnología, con base en la demanda de capacidad futura, la tecnología de producción y las capacidades de los equipos, se espera que la capacidad de resistencia de voltaje unitario de los materiales de aislamiento de ±800kV~±1100kV/4000MW~12000MW EHV DC cables submarinos (aislamiento extruido) en el En el futuro será necesario no menos de 43~65kV/mm. En términos de economía, se espera que en el futuro los cables submarinos de CC de ±500kV/2000MW~3000MW, ±600kV/4000MW y ±800kV/8000MW cuesten menos de 2,5 millones, 3 millones y 7 millones de dólares estadounidenses. /km para tener una buena competitividad en el mercado.
La investigación y el desarrollo de cables submarinos EHV DC enfrentarán cuellos de botella técnicos fundamentales, como mejoras en el voltaje, la capacidad, la distancia y la profundidad del mar. La mejora económica es un factor clave en la promoción y aplicación de cables submarinos EHV DC. Los factores de mercado y de política son catalizadores para promover aún más el desarrollo de cables submarinos EHV DC El desarrollo de cables submarinos EHV DC requiere avances en materiales de aislamiento, tecnología de procesamiento, tecnología de accesorios, tecnología de construcción y tecnología de posoperación y mantenimiento.
En el corto y mediano plazo, se puede alcanzar el nivel técnico del cable submarino EHV DC de ±800kV/4000MW, y se espera que se supere el nivel técnico de ±800kV/8000MW en el mediano y largo plazo. La tecnología madura y confiable de aislamiento de papel impregnado y la tecnología de aislamiento por extrusión en rápido desarrollo son las rutas técnicas para realizar cables submarinos EHV DC de baja capacidad a corto plazo en el futuro. Con la mejora adicional de la resistencia al calor de los materiales aislantes, se espera que alcance el nivel de ±800 kV/8000 MW en 2035. Se espera que para 2050, en condiciones de grandes avances en las propiedades de los conductores y materiales aislantes, sea Se espera que supere el nivel técnico de voltaje de ±1100kV.
La investigación y el desarrollo de cables submarinos EHV DC es un proyecto sistemático paso a paso que requiere avances en tecnologías clave como materiales, diseño y procesos en etapas y pasos.
Antes de 2025, centrarse en optimizar el diseño de la estructura de aislamiento del papel impregnado y la tecnología de extrusión, y construir la teoría básica del diseño de la estructura de aislamiento de cables submarinos de CC que involucre parámetros como carga espacial, temperatura, campo eléctrico, conductividad, constante dieléctrica, etc., mediante se utilizan nanodopaje y purificación de material base y otros métodos para reducir el impacto de la carga espacial, estudiar el mecanismo de inversión del campo eléctrico y los métodos de supresión, y mejorar la tecnología de procesamiento y la confiabilidad operativa del cuerpo y los accesorios; desarrollar terminales de prueba de calificación de EHV y construir una base de pruebas sistemáticas de EHV; Cumple con los requisitos para el proyecto de cable submarino EHV DC de ±800 kV/4000 MW.
De 2025 a 2035, mejorar el nivel de fabricación de materiales aislantes, desarrollar materiales base de aislamiento de alta pureza y red, aumentar la resistencia a la temperatura a largo plazo a 110 °C, aumentar la resistencia del aislamiento a 43 kV/mm e investigar blindajes compatibles. materiales.
De 2035 a 2050, realizar investigaciones exhaustivas y exhaustivas sobre posibles materiales base de aislamiento, mejorar las capacidades de síntesis química y desarrollar nuevos materiales de aislamiento con una resistencia de aislamiento de hasta 65 kV/mm; diseñar la estructura de aislamiento del cable submarino en función de las características de rendimiento de nuevos materiales para mejorar la resistencia al agua, la resistencia a la presión y la resistencia a la deformación del cuerpo del cable submarino, y formar una capacidad de procesamiento y un nivel de producción para la producción industrial en masa.
Con el avance y la promoción de la tecnología, la economía deCables submarinos EHV DCmejorará enormemente en el futuro y se podrán alcanzar los objetivos económicos esperados. Se estima que en 2050, el costo de los cables submarinos de CC de ±800 kV/4000 MW y ±800 kV/8000 MW alcanzará los 2,6 millones de dólares/km y 4,4 millones de dólares/km, y se espera que el costo de los cables submarinos de ±1100 kV/12 000 MW alcance US$ 5,8 millones/km, con buena economía y competitividad en el mercado.
El desarrollo de cables submarinos EHV DC traerá enormes beneficios técnicos, económicos, sociales, ambientales y políticos. Por un lado, puede promover el progreso tecnológico en materiales, procesos, control y otras industrias relacionadas, e impulsar inversiones en proyectos de transmisión de energía CC a través del mar por hasta 150 mil millones de dólares. Por otro lado, puede mejorar la seguridad del suministro energético regional y crear aproximadamente 14 millones de puestos de trabajo en industrias relacionadas. Al mismo tiempo, puede promover el proceso de limpieza energética, abordar eficazmente el problema del cambio climático y reducir los recursos terrestres en más de 100.000 km2.
Además, el desarrollo deCables submarinos EHV DCTambién puede promover un nuevo mecanismo de comercio de energía y energía, acelerar el desarrollo de energía limpia marina y la construcción de una Internet energética global, mejorar el nivel de interconexión energética, mejorar el nivel de suministro de energía de los países insulares y mejorar la seguridad de la transmisión de energía. . Promover el desarrollo regional coordinado.