美國向高架電線說拜拜
2012-01-10
Tres Amigas國家可再生能源樞紐項目將美國三大主要電網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)電力分配、儲存更科學(xué)化。
用埋在地下的超低溫電纜來代替架設(shè)在高空的輸電線，然后將太陽能、風(fēng)能等可再生能源電力長距離、有效運(yùn)輸，這是美國專家日前提出的電力運(yùn)輸方式。
美國廣闊的平原和沙漠地區(qū)有大量的風(fēng)能及太陽能，但是如何將這些距離人口稠密區(qū)很遠(yuǎn)的可再生能源運(yùn)輸?shù)叫枰鼈兊某鞘校瑫r不破壞沿途的風(fēng)景以及避免惹上高架輸電線建設(shè)的官司，卻是給傾向綠色環(huán)保的公共事業(yè)公司提出的一個巨大的難題。在大型可再生能源項目真正站穩(wěn)腳跟之前，必須建起成千上萬公里的高空輸電線。但輸電線的建設(shè)多年來卻在美國飽受爭議，很多人都訴諸法律途徑，要求輸電線不要建在“自家后院”。
為解決電力公司與“高架電線反對者”的矛盾，美國首個可再生能源國家樞紐的項目Tres Amigas首席執(zhí)行官哈里斯提出了一個開創(chuàng)性的計劃：使用地下超低溫超導(dǎo)電力電纜，它既能逃離人們的視線，也能提高電力運(yùn)輸效率。
超低溫超導(dǎo)電纜
在長距離地下電力運(yùn)輸中，Tres Amigas使用的超導(dǎo)電纜含有超低溫特殊材料，能讓電纜的電阻降為零，極大提高電力運(yùn)輸效率。該電纜輸電系統(tǒng)中，唯一的能源耗損來自電纜的冷凍（電纜必須保持超低溫）。據(jù)估計，與難看的地上運(yùn)輸線路相比，地下超導(dǎo)電纜的能源浪費(fèi)率將減少7%。
超低溫超導(dǎo)電纜是由美國最大的超導(dǎo)電纜生產(chǎn)商美國超導(dǎo)公司生產(chǎn)。截止目前，由該公司生產(chǎn)的超低溫電纜已經(jīng)在紐約長島電力局、美國電力公司以及美國國家電網(wǎng)公司此前開展的一些小型項目中得到應(yīng)用。目前世界上大約有二十多個電站依賴于超導(dǎo)電纜，但它們通常是將距離在1公里以內(nèi)的兩個或兩個以上發(fā)電站連接起來，從未應(yīng)用到長距離運(yùn)輸當(dāng)中。Tres Amigas將成為遠(yuǎn)距離超低溫超導(dǎo)電力運(yùn)輸?shù)?ldquo;先驅(qū)”。
美國超導(dǎo)公司總裁兼常務(wù)總經(jīng)理丹尼爾·邁克蓋（Daniel McGahn）說：“我們注意到，超導(dǎo)電纜已經(jīng)在全球進(jìn)入商業(yè)化階段，這一點(diǎn)并不局限于美國。”在美國超導(dǎo)公司的工廠里，工人已經(jīng)開始制造超低溫超導(dǎo)電纜，制作過程如下：首先，用高溫超導(dǎo)氧化物及價格昂貴的銅生產(chǎn)扁平的金屬帶子；隨后將它切割成薄平的條狀物；最后，這些條狀物被用來纏繞在裝有液態(tài)氮?dú)獾膱A管周圍，形成超低溫超導(dǎo)電纜。液態(tài)氮?dú)饽軐㈦娎|的溫度降至-346華氏度（-210攝氏度）。
工作人員解釋，之所以超低溫能增加電纜的導(dǎo)電效率，是因為通常條件下，電子的移動不受限制。在隨意移動時，電子之間會像碰碰車一樣發(fā)生碰撞，產(chǎn)生熱量，造成能量損失。但在超低溫情況下，電子便會進(jìn)“高速公路模式”，成對地往相同的方向移動，避免了發(fā)生碰撞的可能性，從而也避免了電子之間發(fā)生碰撞而造成的能量損失。
據(jù)美國能源部估計，如果消除因傳統(tǒng)銅制電線的傳輸效率低下而帶來的損失，每年可以節(jié)省160億美元，同時為長距離運(yùn)輸風(fēng)能和太陽能鋪平道路。說到超低溫超導(dǎo)電纜的成本問題時，美國超導(dǎo)公司介紹，價格缺口正在漸漸被填補(bǔ)。公司最近的一份白皮書里表明，輸電能力達(dá)5000兆瓦的超導(dǎo)電纜每千米的成本為800萬至1300萬美元。這與傳統(tǒng)的765千伏電線千米成本基本持平，后者為700萬至1000萬美元。
地下超導(dǎo)電纜還有一個優(yōu)勢：修建130英尺高的高架電線來長距離運(yùn)輸可再生能源，對新墨西哥州的“錢袋”是一個嚴(yán)峻考驗，很大一部分成本都來源于新墨西哥州的一些鄰居們，他們將會提起訴訟，避免可再生能源項目或電力連接線破壞自己的名勝古跡、自然風(fēng)貌等。這種“別在我后院架電線”的心理會讓美國可再生能源的發(fā)展遇到極大的障礙，同時速度急劇放緩。
國家可再生能源樞紐項目
Tres Amigas超級變電站樞紐工程位于新墨西哥州克羅維斯地區(qū)。去年10月，美國超導(dǎo)公司的“超導(dǎo)輸電通道”被Tres Amigas選用，公司將為項目提供輸電規(guī)劃服務(wù)、超導(dǎo)線材及超導(dǎo)電纜系統(tǒng)。
此樞紐的亮點(diǎn)是首次連接美國的3個電網(wǎng)以滿足新能源傳輸?shù)脑鲩L需求并增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性。目前美國的3個電網(wǎng)，即東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和德克薩斯電網(wǎng)，之間的電力傳輸是通過交流電輸電線實現(xiàn)的。然而，任何兩個電網(wǎng)系統(tǒng)之間的電力傳輸只能夠通過特殊的電力電子變電站實現(xiàn)。首先，在變電站內(nèi)將一個電網(wǎng)內(nèi)的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，然后在電流到達(dá)鄰近的電網(wǎng)前再將直流電轉(zhuǎn)回到交流電。目前雖然兩個電網(wǎng)間已有少數(shù)幾個較小的雙邊“直流接口 ”；但三個電網(wǎng)從來沒有通過一個系統(tǒng)連接過。
Tres Amigas可再生能源樞紐將會是一個好幾英里的三角形超導(dǎo)輸電通道，能夠在3個電網(wǎng)內(nèi)傳輸和平衡幾千兆瓦的可再生能源。每個電網(wǎng)的多根輸電線將會通過多個交流/直流變頻器向Tres Amigas超級變電站輸入或輸出電力，每根輸電線都和直流超導(dǎo)電纜相連。作為一個平衡主體，Tres Amigas將會幫助確保3個電網(wǎng)內(nèi)多個可再生能源電力資源向美國、加拿大和墨西哥輸電過程中的效率和可靠性。
Tres Amigas超級變電站還會扮演電力市場樞紐的角色，促進(jìn)美國3個電網(wǎng)間電力的買賣，而這在今天是不現(xiàn)實的。風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電及地?zé)崮馨l(fā)電等目前還沒有并入電網(wǎng)，日后最終客戶可以通過Tres Amigas超級變電站從多個電網(wǎng)購電。例如，太陽能豐富的地區(qū)在夜晚沒有陽光的時候?qū)⒛軌驈娘L(fēng)能豐富的地區(qū)購買電力。作為一個商業(yè)輸電系統(tǒng)，Tres Amigas將會對使用電力樞紐的客戶收取一定的費(fèi)用。
新墨西哥的州土地管理局已經(jīng)向Tres Amigas公司授權(quán)租賃1.44萬公頃的土地用于修建此系統(tǒng)。Tres Amigas公司正在向聯(lián)邦能源管理委員會就從德克薩斯電網(wǎng)連接到Tres Amigas的輸電線不會受到該委員會的司法介入及Tres Amigas可以作為商業(yè)輸電企業(yè)運(yùn)營實體進(jìn)行備案。
超導(dǎo)輸電管線結(jié)合了傳統(tǒng)的地下通道施工技術(shù)和兩個高度互補(bǔ)的電力技術(shù)：直流超導(dǎo)電纜和多終端（電壓-資源）交流/直流電力變頻器，形成了一個易于選址和接入的地下高容量輸電通道，此通道十分高效，并且可控性強(qiáng)，比其他相競爭的技術(shù)更安全，并且在國內(nèi)輸電時避免了成本分?jǐn)偟膯栴}。
Tres Amigas樞紐將是目前世界上使用超導(dǎo)電纜量最大的工程，它就像一個交通圓環(huán)，能在瞬間從3個獨(dú)立電網(wǎng)中調(diào)集5000兆瓦的電力補(bǔ)充到圓環(huán)中，并將這些電力調(diào)配到需要它的任何電網(wǎng)中去。
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