挪威的水力發(fā)電構(gòu)成歐洲近一半的儲(chǔ)能能力。歐洲電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要儲(chǔ)備電能，以應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定的情況?？吹絻烧唛g的聯(lián)系了嗎？挪威就看到了。一條新的海底電纜縮小了電力供需之間的缺口，更好地將挪威富余的水電輸送至歐洲電力系統(tǒng)。


這條海底電纜全長(zhǎng)240公里，穿越了橫亙?cè)谂餐喜亢偷湵辈恐g的斯卡格拉克海峽。這也是自1993年來，挪威首次新建通往丹麥的海底電纜。海底電纜系統(tǒng)被命名為斯卡格拉克海峽4號(hào)，在電纜線路兩端安裝的高壓直流（HVDC）轉(zhuǎn)換器能對(duì)交流電和直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這些裝置也為風(fēng)力發(fā)電大國(guó)——德國(guó)和英國(guó)——與挪威建立電力系統(tǒng)連接作好了準(zhǔn)備。

現(xiàn)有的斯卡格拉克海峽電力互連中，3條高壓直流海底電纜的總輸電容量達(dá)到1000兆瓦，這足以向世界證明風(fēng)電和水電是能實(shí)現(xiàn)完美互補(bǔ)的。丹麥能源署表示，這種電力互連恰恰是丹麥風(fēng)電居世界前列的原因。丹麥風(fēng)電一度滿足了其總用電需求的41.2%。在某些時(shí)間段，丹麥的風(fēng)力發(fā)電量甚至超過了其國(guó)內(nèi)的總電力需求。

挪威的國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商Statnett公司的執(zhí)行副總裁哈康•博根（HåkonBorgen）表示：“我們將多余的電力儲(chǔ)存在水電站中，然后按照季度或者日需求的實(shí)際情況供應(yīng)出去。這是一個(gè)非常強(qiáng)大的商業(yè)案例。”


挪威的水電渦輪機(jī)放慢了運(yùn)轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)而消耗丹麥的風(fēng)能，從而在水電系統(tǒng)中儲(chǔ)存等量的電力。當(dāng)北海的風(fēng)向發(fā)生改變、風(fēng)力變小時(shí)，水電站和斯卡格拉克海峽的電纜就將存儲(chǔ)的電能輸回到丹麥。

博根表示，通過將高壓直流技術(shù)最靈活的形式——電壓源換流器（VSC）推向其迄今為止的最高電壓，斯卡格拉克海峽4號(hào)新增的700兆瓦容量推進(jìn)了計(jì)劃的進(jìn)行，這些計(jì)劃旨在使挪威向英國(guó)和德國(guó)輸送電力。他表示，VSC穩(wěn)定電纜兩端的交流電網(wǎng)電壓的能力，使得該技術(shù)超越了處理可再生能源間歇性流動(dòng)的其他技術(shù)。斯卡格拉克海峽4號(hào)中的電壓源換流器均在500千伏工作——比此前的紀(jì)錄保持者高出30%。博根說，對(duì)于更長(zhǎng)距離的輸送，電壓就需要提升以減少損耗，如連接到英國(guó)的720公里的電纜，它將成為世界上最長(zhǎng)的海底電纜。

制造了斯卡格拉克海峽4號(hào)電壓源換流器的蘇黎世ABB公司表示，更大的技術(shù)挑戰(zhàn)是，要確保電壓源換流器與舊的高壓直流輸電線路能夠良好地協(xié)作。這是因?yàn)椋箍ǜ窭撕{4號(hào)向南穿過海峽輸送的電流必須通過斯卡格拉克海峽3號(hào)電纜回到挪威，而斯卡格拉克海峽3號(hào)使用的是舊的、傳統(tǒng)的高壓直流變流器。這將是世界上首次采用電壓源換流器和傳統(tǒng)高壓直流變流器協(xié)同工作的電纜。


當(dāng)運(yùn)營(yíng)商希望反轉(zhuǎn)電力的流向（在斯卡格拉克海峽，根據(jù)風(fēng)向和市場(chǎng)的變化，這種情況每年會(huì)發(fā)生高達(dá)1000次）時(shí)，這種配對(duì)就變得非常有趣了。通常，電壓源換流器通過反轉(zhuǎn)一條線路的電流來反轉(zhuǎn)電力的輸送方向，而傳統(tǒng)的高壓直流轉(zhuǎn)換器必須反轉(zhuǎn)線路的電壓極性。

因此，要如何在這兩條線路上都反轉(zhuǎn)電力的流向呢？ABB公司的解決方案是利用一個(gè)5～10秒的過程，通過兩種轉(zhuǎn)換器的協(xié)同運(yùn)作，以及8個(gè)高速開關(guān)重新配置的電壓源換流器的接線，將線路極性反轉(zhuǎn)，使斯卡格拉克海峽4號(hào)中的電力流向得以改變，而其電流保持向南。

該過程將切斷電路，使電流不再能從一根電纜流到另一根。但ABB公司的高壓直流輸電專家拉爾斯-埃里克•朱林（Lars-Erik Juhlin）表示，交流電網(wǎng)中并沒有明顯的電力損失或激增。

朱林解釋說，關(guān)鍵在于海水優(yōu)異的導(dǎo)電性。當(dāng)電力逆轉(zhuǎn)系統(tǒng)切斷電路時(shí)，岸上的轉(zhuǎn)換器利用水下電極通過海水將電流返回海峽對(duì)岸。通過海水傳輸電流會(huì)腐蝕海底的基礎(chǔ)設(shè)施，如天然氣管道，但在這里，量是關(guān)鍵。朱林說：“它們甚至可以承受2000安培的電流長(zhǎng)達(dá)2個(gè)小時(shí)。因此，對(duì)于一個(gè)短脈沖來說，這是沒有問題的。”

Statnett公司的后續(xù)互連項(xiàng)目會(huì)迅速展開，因?yàn)樗鼈冎皇撬箍ǜ窭撕{4號(hào)的加長(zhǎng)版而已。第一個(gè)項(xiàng)目是挪威和德國(guó)之間的一對(duì)500千伏的電纜，Statnett公司與其歐洲電網(wǎng)合作伙伴——荷德合資的Tennet公司將啟用1400兆瓦的Nordlink海纜。Statnett公司和倫敦的國(guó)家電網(wǎng)聯(lián)合建造的挪威—英國(guó)電纜預(yù)計(jì)將在2020年投入使用。

如果歐洲國(guó)家制定了更嚴(yán)格的2050年官方碳減排目標(biāo)的話，就應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)更多的電纜。例如，德國(guó)政府的環(huán)境咨詢委員會(huì)在其2011年影響力報(bào)告中指出，德國(guó)最佳的零碳電力系統(tǒng)需要超過40千兆瓦的挪威電力輸出。該委員會(huì)預(yù)計(jì)，該系統(tǒng)提供電力的成本將為非常實(shí)惠的每千瓦時(shí)6～7歐分。如果沒有挪威的電力存儲(chǔ)，電力成本將上升至每千瓦時(shí)9至12歐分。

挪威科技大學(xué)液壓和環(huán)境工程教授阿南德•凱令維特（Ånund Killing-tveit）表示，挪威的水電系統(tǒng)至少能完成一部分任務(wù)。凱令維特領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)為期5年的570萬美元的水電平衡研究項(xiàng)目，該研究顯示，現(xiàn)有的水電系統(tǒng)可以“很容易地”在不破壞環(huán)境的情況下輸入或輸出25千兆瓦的能量存儲(chǔ)——這是它們目前水平的約5倍。他說，關(guān)鍵在于，要安裝水泵將水從一個(gè)水庫(kù)轉(zhuǎn)移到附近一個(gè)較高的水庫(kù)，從而積極地儲(chǔ)存電力，而不只是延遲發(fā)電。

如果說挪威的儲(chǔ)能潛力有一定限制的話，那么很可能是該國(guó)自己的電網(wǎng)。Statnett公司已經(jīng)開始了一項(xiàng)為期10年、耗資80億至100億美元的電網(wǎng)升級(jí)計(jì)劃，但它只計(jì)算了3個(gè)電纜項(xiàng)目增加的3.5千兆瓦的容量。問題是，挪威要接受多少條電力線路，才能幫助歐洲順利遠(yuǎn)離化石燃料發(fā)電呢？