L'energia è la base dello sviluppo economico. Negli ultimi dieci anni, la capacità di garanzia dell'indipendenza energetica della Cina è stata notevolmente migliorata ed è stato costruito il più grande sistema di generazione di energia pulita del mondo. La struttura energetica è stata continuamente ottimizzata, il che ha effettivamente garantito il funzionamento stabile dell'economia nazionale.
Negli ultimi anni, la Cina si è gradualmente sviluppata e cresciuta nei campi dell'ingegneria elettrica e della tecnologia energetica. Dopo oltre 60 anni di sviluppo, la Cina ha ora il sistema di industria energetica più potente al mondo: nel 2021 la capacità di generazione di energia installata del Paese sarà di circa 2,38 miliardi di kilowatt, classificandosi al primo posto nel mondo; Prendi ad esempio l'impresa centrale State Grid, che attualmente ha più di 20,{5}} brevetti, classificandosi al terzo posto nel mondo; il numero di brevetti nelle sole batterie di accumulo di energia rappresenta il 67,56% del totale mondiale; allo stesso tempo, la Cina è anche il più grande esportatore di energia al mondo.
Soprattutto nel campo della tecnologia di trasmissione UHV, la tecnologia di trasmissione di potenza più avanzata al mondo, la Cina ha dominato la tecnologia di trasmissione UHV con diritti di proprietà intellettuale indipendenti, che è un importante risultato di innovazione indipendente leader nel mondo. Ha preso l'iniziativa nella formulazione di standard internazionali per le linee di trasmissione UHV pubbliche, in modo che gli standard cinesi e gli standard mondiali siano equiparati.
▲Chizhou, Anhui Fotografia aerea UHV Line Jiuhua Dense Channel (Fonte immagine/Visual China)
Cos'è la trasmissione di potenza UHV
Nel sistema operativo della rete elettrica cinese, la tensione è divisa in due sistemi: trasmissione e distribuzione. Il sistema di trasmissione ha lo scopo di trasportare energia a sottostazioni di livello uguale o inferiore e il livello di tensione generale è maggiore. Lo scopo del sistema di distribuzione è trasmettere potenza al carico di distribuzione e il livello di tensione generale non supera i 110 kV.
In poche parole, dalla centrale alla sottostazione di boost, la rete di trasmissione è il sistema di trasmissione; dalla sottostazione discendente alla rete di distribuzione alla TV, all'aria condizionata e ad altre apparecchiature elettriche è il sistema di distribuzione.
Secondo la legge di Ohm, la corrente andrà persa durante il processo di trasmissione. La distanza e i materiali sono ragioni importanti per la perdita, in particolare la distanza di trasmissione. Più è lontana la perdita, maggiore è la perdita. Uno dei modi per ridurre la perdita di trasmissione è aumentare la tensione di trasmissione, quindi esiste il concetto di elettricità ad alta tensione.
In Cina, la rete elettrica ad alta tensione si riferisce alla rete elettrica a 220 kV. L'altissima tensione sviluppata sulla base dell'elettricità ad alta tensione può raggiungere i 500 kV. Ma anche così, la tecnologia di trasmissione CC ad altissima tensione non è ancora sufficiente per affrontare la trasmissione a lunga distanza di migliaia di chilometri e la perdita di corrente può raggiungere anche il 20 percento o più.
Continuare ad aumentare la tensione di trasmissione HVDC, che non può essere tollerata dai tradizionali materiali isolanti, comporterà il guasto del sistema di rete elettrica e aumenterà il rischio di incidenti come incendi, che richiedono il supporto tecnico della trasmissione UHVDC.
La tecnologia UHV si riferisce alla tecnologia di trasmissione di potenza con livelli di tensione AC 1000kV e DC ± 800kV. La più grande caratteristica di questa tecnologia è che può ottenere una trasmissione di potenza efficiente e a lunga distanza, soprattutto per paesi con un vasto territorio, una grande popolazione o una distribuzione diseguale delle risorse regionali. È più simile a "invio di carbonio nella neve", noto anche come "rete 5G nel campo elettrico" e "ferrovia ad alta velocità nel sistema elettrico".
Secondo i dati forniti dalla State Grid Corporation of China, la rete elettrica UHVDC del primo circuito può inviare 6 milioni di kilowatt di elettricità, equivalenti a 5-6 volte quella della rete elettrica da 500 kV CC esistente, e la potenza anche la distanza di trasmissione è da 2 a 3 volte quella di quest'ultimo e può far risparmiare il 60% delle risorse del territorio.
▲Diagramma schematico della trasmissione di potenza UHV (fonte immagine/Wall Street News)
Dal self-made all'autosufficienza
In effetti, lo sviluppo cinese della trasmissione UHV è anche una "mossa impotente", perché le condizioni nazionali di base della Cina determinano la distribuzione geografica estremamente squilibrata della produzione e del consumo di elettricità.
Due terzi delle risorse di carbone del paese sono concentrate nelle tre province e regioni di Shaanxi, Shanxi e Mongolia Interna, l'80% delle risorse idroelettriche è concentrato nel sud-ovest e le risorse di energia fotovoltaica ed eolica sono concentrate principalmente nel nord-ovest, Mongolia Interna e altri luoghi. Tuttavia, le 16 province delle regioni centrali e orientali con la più densamente popolata e la più alta domanda di elettricità sono le 16 province delle regioni centrali e orientali, il che porta a una grande domanda di trasmissione di energia a lunga distanza. La tecnologia energetica non è solo una questione scientifica, ma anche un'importante garanzia per la sicurezza energetica della Cina.
A differenza dei campi del "vantaggio tradizionale" come i ponti e l'ingegneria civile, la Cina non ha molte riserve tecniche nella tecnologia di trasmissione di potenza ed è fondamentalmente autoprodotta. Quindi, fino alla fase iniziale della riforma e dell'apertura, le interruzioni di corrente erano comuni in vari luoghi a causa dell'alimentazione insufficiente.
Per risolvere il problema dell'alimentazione, negli anni '80, la Cina ha introdotto la tecnologia di trasmissione e trasformazione dell'energia con un livello di tensione di 500 kV dall'Occidente (in precedenza 220 kV di trasmissione ordinaria di energia nella maggior parte delle aree). Ma con il rapido sviluppo dell'economia e della società, anche la tecnologia di trasmissione di potenza a 500 kV ha raggiunto il tetto della domanda e dell'offerta ed è necessario continuare ad aumentare la potenza di trasmissione ed entrare nel campo UHV.
Nel campo dell'energia, la trasmissione UHV è sempre stata un problema di livello mondiale. Gli Stati Uniti, l'Unione Sovietica, il Giappone, l'Italia e altri paesi hanno tutti svolto ricerche e test UHV, sviluppo di apparecchiature e tentativi di ingegneria, ma a causa di fattori politici, economici, tecnologici e di altro tipo, sono finiti tutti con un fallimento.
Dal 2000, i dipartimenti competenti hanno organizzato dozzine di istituti di ricerca scientifica e università e centinaia di imprese produttrici di apparecchiature, formando migliaia di serie di piani, con un totale di centinaia di migliaia di persone partecipanti. Nella circostanza di "nessun standard, nessuna esperienza e nessuna attrezzatura" nel mondo, molti problemi di livello mondiale della tecnologia di trasmissione UHV sono stati superati.
Il trasformatore convertitore UHVDC ± 800kV sviluppato indipendentemente dalla Cina ha creato un record mondiale con la più grande capacità singola, la più alta difficoltà tecnica e il tempo di uscita più breve al mondo.
La conducibilità dei conduttori UHV a risparmio energetico sviluppati dalla tecnologia migliorata in Cina è aumentata dal 61,{2}} per cento IACS (conduttività, che è un valore di misurazione che indica la forza della capacità della corrente di trasmissione del materiale) al 63,5 per cento IACS, che riduce notevolmente la perdita nel processo di trasmissione di potenza UHV e può ridurre le perdite di trasmissione di potenza di miliardi di gradi ogni anno.
▲ Il 26 giugno 2022, a Chongqing, presso il cantiere della sezione Chongqing Qianjiang del progetto di trasmissione Baihetan-Zhejiang ± 800kV UHVDC, i lavoratori hanno svolto lavori aerei ad un'altezza di oltre 100 metri (Fonte immagine/Vision China)
Questi risultati dell'innovazione scientifica e tecnologica sono inseparabili dall'attenzione dei dipartimenti statali competenti e ancor più dal duro lavoro di innumerevoli ricercatori scientifici, portando avanti lo spirito scientifico dell'innovazione alla ricerca della verità e del duro lavoro. Ad esempio, Li Lixuan, un accademico dell'Accademia cinese di ingegneria, è un esperto nel campo della trasmissione UHVDC in Cina ed è conosciuto come la "prima persona nella trasmissione DC". Nella tecnologia UHV ± 800kV DC, ha guidato esperti e team a superare le difficoltà, ha sviluppato 73 importanti apparecchiature elettriche in 13 categorie, ottenuto 141 tecnologie chiave, creato 37 primati mondiali ed è diventato uno dei principali promotori del "leader mondiale" del mio paese in questo campo.
Chen Weijiang, accademico dell'Accademia cinese delle scienze, è un esperto di tecnologia ad alta tensione e isolamento. Ha vinto il National Science and Technology Progress Award e il secondo premio del National Technology Invention Award. Da tempo si occupa di ricerca sui metodi di analisi dei transitori elettromagnetici e sulle tecnologie di protezione dei sistemi di alimentazione. Questi risultati della ricerca scientifica hanno efficacemente supportato la ricerca e lo sviluppo di successo della tecnologia di trasmissione di potenza UHV del mio paese.
Fondata nel 1981, la China Electrotechnical Society è un'organizzazione di un gruppo accademico con ingegneri elettrici e operatori di scienze e tecnologia elettriche come organismo principale ed è anche un'importante forza sociale nello sviluppo delle imprese di ingegneria elettrica in Cina. La Società aderisce agli scambi accademici come centro, affronta le frontiere della tecnologia elettrica e le esigenze della costruzione economica nazionale e conduce attivamente attività di scambio accademico. Nella "Guida alle importanti conferenze accademiche (2022)" della China Association for Science and Technology sono incluse un totale di 8 conferenze della China Electrotechnical Society, come l'Academic Annual Meeting of the China Electrotechnical Society, il 5th International Electrical e Energy Conference e la sede cinese della World Electric Vehicle Conference. Le riunioni sono tutte conferenze accademiche con una maggiore influenza e un gran numero di partecipanti.
Nuove opportunità nell'ambito del "dual carbon"
Nel 2009, la prima linea di trasmissione UHV della Cina, Jindongnan-Nanyang-Jingmen, era completamente collegata e la Cina è diventata il primo paese al mondo a padroneggiare completamente la tecnologia di trasmissione UHV e ad inserirla nelle operazioni commerciali.
Da allora, più di dieci anni, la tecnologia di trasmissione UHV cinese ha fatto una svolta storica: entro la fine del 2021, nel mio Paese sono state messe in servizio 33 linee UHV, che coprono sette principali aree della rete elettrica del Paese. Il progetto della linea di trasmissione è di quasi 40,000 chilometri, che equivale a fare il giro della terra.
La leadership tecnologica ha dato più voce alla Cina. Attualmente, nel campo della tecnologia UHV, la Cina ha assunto un ruolo guida nella formulazione di standard internazionali per le linee di trasmissione UHV e ha pieni diritti di brevetto. Ciò significa che anche se altri paesi hanno sviluppato la tecnologia domestica, devono rispettare gli standard cinesi prima di poterla vendere a livello internazionale.
La Cina ha successivamente collaborato con Filippine, Portogallo, Australia, Grecia, Russia e altri paesi per avviare il layout globale della trasmissione di potenza UHV. 168 paesi in tutto il mondo hanno firmato accordi di cooperazione con State Grid nel campo della tecnologia, il che significa che la tecnologia UHV cinese ha iniziato ad andare all'estero e nel mondo.
Sullo sfondo di "carbon peaking e carbon neutrality", il sistema elettrico sta affrontando una profonda rivoluzione e anche la tecnologia UHV ha raggiunto una nuova intersezione.
In futuro, con il calo della quota di energia termica tradizionale e l'aumento della quota di energia eolica e solare verde ed energia pulita, il modello tradizionale di "produzione, trasmissione, trasformazione, distribuzione e consumo di energia elettrica" cambierà di conseguenza , che porterà anche maggiori opportunità e sfide allo sviluppo dell'industria dell'ingegneria energetica cinese.
Da un lato, in quanto vettore per la trasmissione a distanza di energia nel processo di carbon neutrality, la tecnologia UHV rappresenta un importante supporto per garantire la sicurezza energetica e accelerare la realizzazione dell'obiettivo del "doppio carbonio", bilanciando la distribuzione dell'energia e del carico, e promuovendo nuove consumo di energia.
D'altra parte, i progetti UHV possono anche guidare efficacemente lo sviluppo economico locale. Secondo le stime, durante il periodo del "14° piano quinquennale", i canali di consegna DC nella Cina nord-orientale, Mengxi, Shanxi, Cina nord-occidentale, Cina sud-occidentale e altre regioni devono aumentare la capacità di trasmissione di 84,52 milioni di kilowatt e il nuovo UHVDC l'investimento del progetto è di circa 260 miliardi di yuan, che giocherà un ruolo positivo nella promozione dello sviluppo delle catene industriali a monte ea valle. Si prevede che UHV continuerà ad accelerare lo sviluppo e ad inaugurare un maggiore spazio di crescita.