Передача энергии через океан — единственный способ реализовать оптимальное распределение глобальной энергии, дополнять энергетические ресурсы друг друга на всех континентах и эффективно использовать чистую энергию. Это важное звено в построении глобального энергетического Интернета, который охватывает пять континентов, соединяет четыре океана, пересекает восток и запад, а также проходит через север и юг.
Подводные кабели, кабели для подводных мостов, кабели для подводных туннелей и воздушные линии для пересечения моря являются основными способами обеспечения межморского соединения и передачи энергии ветра на море. Наиболее часто используются подводные кабели.
По сравнению с воздушными линиями электропередачи по подводным кабелям составляют менее 1% пропускной способности глобальной энергосистемы. Крупномасштабное развитие морской ветроэнергетики и обширное объединение сетей дали прямой импульс развитию технологии подводных кабелей высокого напряжения постоянного тока, которая имеет большой потенциал развития в будущем.
По состоянию на 2019 год общий годовой мировой спрос на электроэнергию достиг 28 000 ТВтч, а масштаб передачи глобальной электросети превысил 3 000 ГВт, из которых примерно 26 ГВт было передано по проектам подводных кабелей, что составляет менее 1%. Будучи первым регионом, развившим морскую ветроэнергетику, Европа стала регионом с наибольшим количеством проектов по прокладке подводных кабелей и крупнейшими масштабами строительства в мире. Общая длина подводных кабелей превысила 6200 км, а общая мощность передачи превысила 22 ГВт. Благодаря быстрому экономическому развитию, развитию экологически чистой энергетики и растущему спросу на региональные межморские сети Азия постепенно превращается в важный рынок приложений для проектирования подводных кабелей высокого напряжения.
К концу 2019 года технология подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения постепенно созрела, в основном включая два технических направления: изоляцию из липкой пропитанной бумаги и экструдированную изоляцию. Технический уровень может достигать ±200 кВ~±600 кВ/1000 МВт~2500 МВт. Технология крепления является ключевым фактором при создании подводных кабелей большой длины. Соответствующие материалы и процессы чрезвычайно сложны и являются самым большим слабым звеном.
В связи с быстрым развитием крупномасштабного развития морской чистой энергетики и межокеанских межокеанских межконтинентальных энергетических сетей спрос на пропускную способность подводного кабеля, расстояние и экономическое улучшение постепенно увеличивался, а также спрос на разработку технологии подводного кабеля сверхвысокого напряжения постоянного тока. продолжал увеличиваться. Предполагается, что в ближайшие 30 лет общая дальность передачи морских проектов в Азии, Европе, Северной Америке и Африке достигнет 10 000 км, 9 000 км, 5 000 км и 4 000 км соответственно, а общая мощность достигнет 120 ГВт. , 120 ГВт, 40 ГВт и 50 ГВт соответственно, из которых пропускная способность большинства проектов должна достигать 4000–8000 МВт, а некоторые расстояния передачи могут достигать 2000–3000 км.
Технически сложно обеспечить будущие потребности в подводных кабелях постоянного тока сверхвысокого напряжения, поэтому необходимо срочно разработать технологию подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения ±800 кВ и выше. С экономической точки зрения общая стоимость биполярных подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения ±200~±600 кВ составляет от 1 до 2,6 миллионов долларов США/км, что в 5-10 раз превышает стоимость воздушных линий того же уровня. и по-прежнему имеет относительно высокую цену. Но в то же время по мере увеличения уровня напряжения и сечения проводников стоимость единицы мощности подводных кабелей постоянного тока имеет тенденцию к снижению. Таким образом, в будущем подводные кабели постоянного тока сверхвысокого напряжения большой мощности будут более экономичными, чем подводные кабели постоянного тока сверхвысокого напряжения, и будут иметь лучшие перспективы развития.
По сравнению с подводными кабелями постоянного тока сверхвысокого напряжения к подводным кабелям постоянного тока сверхвысокого напряжения предъявляются более высокие требования с точки зрения ключевых технологий и комплексных экономических показателей. С точки зрения технологии, исходя из будущего спроса на мощность, производственных технологий и возможностей оборудования, ожидается, что удельная выдерживаемая мощность изоляционных материалов составляет ±800 кВ~±1100 кВ/4000 МВт~12 000 МВт подводных кабелей сверхвысокого напряжения постоянного тока (экструдированная изоляция) в в будущем должно быть не менее 43~65кВ/мм. С точки зрения экономики ожидается, что в будущем подводные кабели постоянного тока ±500 кВ/2000 МВт~3000 МВт, ±600 кВ/4000 МВт и ±800 кВ/8000 МВт будут стоить менее 2,5 миллионов, 3 миллионов и 7 миллионов долларов США. /км, чтобы иметь хорошую конкурентоспособность на рынке.
Исследования и разработки подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения столкнутся с основными техническими узкими местами, такими как улучшение напряжения, пропускной способности, расстояния и глубины моря. Экономическое улучшение является ключевым фактором в продвижении и применении подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения. Рыночные и политические факторы являются катализаторами дальнейшего развития подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения. Разработка подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения требует прорыва в изоляционных материалах, технологиях обработки, технологиях аксессуаров, строительных технологиях, а также технологиях послеэксплуатационного обслуживания и технического обслуживания.
В краткосрочной и среднесрочной перспективе может быть достигнут технический уровень подводного кабеля сверхвысокого напряжения постоянного тока ±800 кВ/4000 МВт, и ожидается, что технический уровень ±800 кВ/8000 МВт будет превышен в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Отработанная и надежная технология изоляции из пропитанной бумаги, а также быстро развивающаяся технология экструзионной изоляции являются техническими путями для реализации подводных кабелей сверхвысокого напряжения постоянного тока малой мощности в краткосрочной перспективе в будущем. При дальнейшем улучшении термостойкости изоляционных материалов ожидается ее достижение в 2035 году уровня ±800кВ/8000МВт. Ожидается, что к 2050 году в условиях крупных прорывов в свойствах проводников и изоляционных материалов Ожидается, что он преодолеет технический уровень напряжения ± 1100 кВ.
Исследование и разработка подводных кабелей сверхвысокого напряжения постоянного тока — это поэтапный систематический проект, который требует поэтапных прорывов в ключевых технологиях, таких как материалы, проектирование и процессы.
До 2025 года сосредоточить внимание на оптимизации конструкции изоляционной структуры пропитанной бумаги и технологии экструзии, а также разработать базовую теорию проектирования изоляционной структуры подводного кабеля постоянного тока с учетом таких параметров, как объемный заряд, температура, электрическое поле, проводимость, диэлектрическая проницаемость и т. д., посредством нанолегирование, очистка основного материала и другие методы используются для снижения воздействия пространственного заряда, изучения механизма обращения электрического поля и методов его подавления, а также совершенствования технологии обработки и эксплуатационной надежности корпуса и комплектующих; разработать испытательные терминалы сверхвысокого напряжения и создать базу систематических испытаний сверхвысокого напряжения; соответствуют требованиям проекта подводного кабеля сверхвысокого напряжения постоянного тока ±800 кВ/4000 МВт.
С 2025 по 2035 год повысить уровень производства изоляционных материалов, разработать высокочистые и высокоэффективные изоляционные базовые материалы, увеличить долговременную термостойкость до 110 ° C, повысить прочность изоляции до 43 кВ / мм и провести исследования по подбору экранирования. материалы.
С 2035 по 2050 год провести углубленные и всесторонние исследования потенциальных изоляционных основных материалов, улучшить возможности химического синтеза и разработать новые изоляционные материалы с прочностью изоляции до 65 кВ/мм; спроектировать изоляционную конструкцию подводного кабеля на основе эксплуатационных характеристик новых материалов для улучшения водостойкости, устойчивости к давлению и устойчивости к деформации тела подводного кабеля, а также сформировать возможности обработки и уровень производства для промышленного массового производства.
С развитием и продвижением технологий экономикаПодводные кабели сверхвысокого напряжения постоянного токабудет значительно улучшена в будущем, и ожидаемые экономические цели могут быть достигнуты. По оценкам, в 2050 году стоимость подводных кабелей постоянного тока ±800 кВ/4000 МВт и ±800 кВ/8000 МВт достигнет 2,6 млн долларов США/км и 4,4 млн долларов США/км, а стоимость подводных кабелей ±1100 кВ/12 000 МВт, как ожидается, достигнет 5,8 млн долларов США/км при хорошей экономичности и рыночной конкурентоспособности.
Разработка подводных кабелей постоянного тока сверхвысокого напряжения принесет огромные технические, экономические, социальные, экологические и политические выгоды. С одной стороны, это может способствовать технологическому прогрессу в материалах, процессах, управлении и других смежных отраслях, а также стимулировать инвестиции в проекты передачи электроэнергии постоянного тока по морю на сумму до 150 миллиардов долларов США. С другой стороны, это может повысить безопасность энергоснабжения региона и создать около 14 миллионов рабочих мест в смежных отраслях. В то же время это может способствовать процессу энергетической чистоты, эффективно решать проблему изменения климата и сокращать земельные ресурсы более чем на 100 000 км2.
Кроме того, развитиеПодводные кабели сверхвысокого напряжения постоянного токаможет также способствовать созданию нового механизма торговли энергией и электроэнергией, ускорить развитие морской чистой энергетики и создание глобального энергетического Интернета, повысить уровень энергетической взаимосвязи, повысить уровень энергоснабжения островных стран и повысить безопасность передачи энергии. . Содействие скоординированному региональному развитию.