敷设电缆时的施工隧道的情形

以稳定供电为目标的地区间互连~新北本直流青函隧道项目~

原本有望避免的大规模停电

新北本并网线敷设路径
新北本并网线敷设路径

2018年9月,由于北海道胆振东部地震,北海道全域发生了大规模停电。

恰逢此时,完成了所有工序的新北海道本州间并网设备(以下简称“新北本并网线”)以2019年3月投用为目标,正欲开展试运行。如前文所述,在北海道和本州之间已经存在由电源开发株式会社从1979年开始投用的北本并网线(海底电缆),其目的是在北海道的电力需求期,接收从本州输送来的电力,实现稳定供电。随后,于1993年敷设了2期电缆,而为更替已老旧化的一期电缆,又于2012年敷设了直流XLPE电缆(合计输电容量60万kW)。但为了实现北海道长期稳定供电,可进一步提升30万kW输电容量的新北本并网线应运而生,而青函隧道内的地下输电网工程被称为新北本直流青函隧道项目。

在北海道电力株式会社(以下简称“北海道电力”)担任基干系工程中心所长指挥项目的福岛知之先生吐露了当时的心境:

“作为针对北本并网线停运和将来大规模修整等情况的应对措施,我们从很早以前就已计划扩充并网线。此外,以东日本大地震后的计划停电为契机,强化电力互通与扩充并网线成了当务之急。关于新北本并网线,我们在地震发生2个月后便开始调查与设计,以并网线的规模来说,其工期非常紧张,我们以动工后5年内投用为目标。每当有人对我说:‘要是新北本并网线早点修好,或许就不会发生北海道全域停电了’,当时的悔意就会涌上心头。”(福岛先生)

新北本并网线路径截面图
新北本并网线路径截面图
新北本并网线路径截面图(北海道电力Network株式会社提供) (新北本并网线连接北海道一侧的北斗变电所和本州一侧的今别变电所,青函隧道内的地下输电网工程24km则是新北本直流青函隧道项目)

向严酷的隧道环境发起挑战

公益财团法人北海道科学技术综合振兴中心(North Tech财团) 福岛知之先生(北海道电力株式会社执行役员)
公益财团法人北海道科学技术综合振兴中心(North Tech财团) 福岛知之先生(北海道电力株式会社执行役员)

敷设电缆的场所是“青函隧道”内部。不论对北海道电力来说,还是对住友电工来说,这都是前所未有的挑战。福岛先生还是策定该项目基础计划的负责人,他袒露当时心中也有莫名的不安:“真的能够顺利完工吗……”

“至于在如此严酷环境下为什么还要选择青函隧道,是因为电缆投用后,工人可以进入隧道内部‘视检’电缆,便于点检和维护。话虽如此,可青函隧道并非新干线行驶的主隧道,而是与之平行的更小的施工隧道。要在隧道顶部附近敷设电缆,可敷设场所和作业空间都非常狭窄,设计、工艺和现场管理都必须符合隧道内的环境。”(福岛先生)

随后的1年时间内,大家对隧道内的环境进行反复调查,并制定出了路径计划与设备构成。住友电工也从调查阶段便参与进来,为安全切实地推进工程,细致地掌握了相关情况。即便如此,实际开工后,每天都会发生大大小小各种问题。

“隧道内漆黑一片,又位于海底,因此湿度一直高于80%。此外,驶过主隧道的新干线形成的风压会卷起大量尘土。尽管工程环境如此严酷,通常要花费8至10年的并网线工程终于按计划在5年内顺利完工,可谓近乎奇迹。整个工程很难以一言以蔽之,但回想起来,我认为这是全体成员共同应对接二连三出现的各种课题、并对每一个课题都不妥协、所有人合力解决课题后所得出的成果。最重要的是,住友电工在短时间内便交付了长达24km的直流XLPE电缆,可见其技术实力极为出色。”(福岛先生)

日本国内所需的直流并网线

2018年,日本发生了大规模停电。自此以后,人们便开始探讨并网线的重要性。1990年代,刚被开发出的高电压直流(HVDC)专用自励式交直流转换器被首次采用于日本国内并网线,即新北本并网线。“适用两种交直流转换方式的直流XLPE电缆体现了住友电工的高度开发能力与技术实力。对住友电工来说,这是一个很有价值的项目。”电力项目事业部的阿部和俊自信地说道。

电力项目事业部 阿部和俊
电力项目事业部 阿部和俊

“直流输电网是一种在广域内互通电力的、类似高速公路的输电网,而向家庭和企业输送电力的地区输电网则类似于普通道路。这样的普通道路就是交流电网,而交直流转换器则类似于道路中的转换出入口。交直流转换分为他励式和自励式,而住友电工的直流XLPE电缆可适用于这两种交直流转换方式。新北本并网线是在自励式交直转流换器中成功适用“直流XLPE电缆”的日本国内首个项目。在并网线领域,预计今后同等规格的需求将有所增加。我相信我们已经取得了值得成为直流输电电缆领导品牌的成绩。”(阿部)

在“并网线”这一架构下迈出的一大步

见证了新北本并网线完工的福岛先生现被派赴至公益财团法人北海道科学技术综合振兴中心(North Tech财团),致力于北海道产业振兴。

“‘零碳北海道’是北海道政府推进的‘骨太方针’之一。北海道在以海上风力为首的可再生能源领域拥有全日本首屈一指的潜力。日本以‘2050年实现碳中和’为目标,我认为北海道在这个过程中将发挥作为领跑者的作用。但由于可再生能源依存于气象条件,因此必须构建起强韧的输电网,确保不论能源供应量多少均能加以应对。将来若并网线进一步扩充,除了接收来自本州的电力外,将北海道生成的可再生能源输送至本州的电力事业也将进一步加快步伐。”(福岛先生)

日本全国由巨大的输电网相连,人们通过各种场所和方法将发出的电力输送至用电地区。可以说新北本并网线是为实现这一架构所迈出的一大步。现正推进日本国内海上风力发电项目的阿部就“直流XLPE电缆”的未来谈到了自己的抱负。
“要普及发电量不稳定的可再生能源,就必须构建起使供应量趋于稳定的广域并网线。在日本国内外的并网线项目中,可以预见‘直流XLPE电缆’的存在感将不断提升。我希望在国外进一步积累经验、知识与见解,积极响应日本国内日益高涨的需求。”(阿部)

在能源历史即将迎来巨大转变之际,制造直流XLPE电缆的住友电工作为电力服务商的伙伴,将全力发挥自身作用。

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