1. Pengenalan
Berlatarbelakangkan tumpuan global untuk membangunkan-ekonomi karbon rendah dan sasaran "dwi-karbon" China, tenaga angin, sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui yang bersih dan mampan, telah menjadi titik tumpuan bagi kerajaan dan gergasi tenaga di seluruh dunia. Dengan pembinaan berterusan ladang angin darat, teknologi yang semakin matang dan kos yang semakin berkurangan, kuasa angin darat telah berkembang pesat, dengan kapasiti kuasa angin darat global yang baru dipasang mencecah 61.8 GW pada tahun 2019 sahaja. Walau bagaimanapun, terhad oleh tanah yang boleh dieksploitasi dan sumber tenaga angin, kuasa angin luar pesisir secara beransur-ansur telah menjadi trend pembangunan. Khususnya, kawasan pantai tenggara China dibangunkan dari segi ekonomi, mempunyai-grid kuasa yang mantap, dan sumber tenaga angin luar pesisir yang banyak, menjadikannya sangat sesuai untuk pembangunan-skala besar dan sambungan grid kuasa angin luar pesisir.
2. Status Terkini Industri Kuasa Angin Luar Pesisir
Pada tahun 2020, kapasiti kuasa angin luar pesisir global yang baru disambungkan melebihi 6 GW, kira-kira sama seperti pada 2019. Sepuluh tahun sebelumnya, pada tahun 2010, kapasiti kuasa angin luar pesisir global yang baru dipasang adalah kurang daripada 1 GW. Sementara itu, bahagian kuasa angin luar pesisir dalam kapasiti tenaga angin global yang baru dipasang juga telah meningkat daripada 2.5% pada tahun 2010 kepada 7% semasa.
2.1 Status Semasa dan Trend Industri Tenaga Angin Luar Pesisir Luar Negara
Dari segi kedudukan negara mengikut kapasiti yang baru dipasang, lima pasaran kuasa angin luar pesisir teratas di seluruh dunia pada 2020 ialah China, Belanda, Belgium, UK dan Jerman. Pakar industri meramalkan bahawa pasaran kuasa angin luar pesisir global akan mengalami purata kadar pertumbuhan tahunan melebihi 30% antara 2020 dan 2025. Penilaian ini adalah berdasarkan sebab berikut:
01
Penurunan pesat dalam kos kuasa angin luar pesisir adalah disebabkan oleh peningkatan saiz turbin angin luar pesisir (lihat Rajah 2-1), yang boleh menjimatkan pelaburan awal dan kos operasi dan penyelenggaraan seterusnya.
Rajah 2-1 Trend Pembangunan Global Turbin Angin Luar Pesisir
Sumber data: Platform Data Pasaran GWEC, Ogos 2020
02
Dengan kerajaan di seluruh dunia meningkatkan sasaran mereka untuk pembangunan tenaga angin luar pesisir, pasaran Asia China, Vietnam, Jepun dan Korea Selatan dijangka menyaksikan pertumbuhan pesat. Di pasaran Eropah, sebagai tambahan kepada negara-negara Eropah Barat yang terus giat membangunkan kuasa angin luar pesisir, negara-negara Eropah Timur juga akan memulakan pembinaan kemudahan kuasa angin luar pesisir. Selain itu, ladang angin luar pesisir berskala besar-yang pertama di Amerika Syarikat akan disambungkan ke grid pada tahun 2023.
03
Pengindustrian kuasa angin terapung (lihat Rajah 2-2) akan mempunyai julat aplikasi yang lebih luas kerana struktur asas terapung sesuai untuk kawasan laut dalam dengan kedalaman air 50 hingga 200 meter. Menurut Laporan Tenaga Dunia, kapasiti terpasang global tenaga angin terapung akan mencapai 8 hingga 10 GW menjelang 2030.
Rajah 2-2 Diagram skematik ladang angin luar pesisir terapung
2.2 Status Semasa Industri Kuasa Angin Luar Pesisir China
Industri kuasa angin luar pesisir China bermula agak lewat, tetapi perkembangannya dalam beberapa tahun kebelakangan ini sangat pesat. Sejak 2018, kapasiti kuasa angin luar pesisir China yang baru dipasang telah menerajui negara lain secara konsisten. Khususnya, pada tahun 2020, kapasiti grid China yang baru disambungkan melebihi 3GW untuk kali pertama. Berdasarkan kapasiti terpasang terkumpul, China mengatasi Jerman untuk menjadi pasaran kuasa angin luar pesisir-terbesar kedua di dunia menjelang akhir tahun 2020. Menurut anggaran berdasarkan kadar pertumbuhan kuasa angin luar pesisir di pelbagai negara, China menggantikan UK sebagai pasaran kuasa angin luar pesisir terbesar di dunia pada tahun 2021.
2.2.1 Skala kapasiti terpasang dan sambungan grid terus berkembang.
Projek Kuasa Angin Luar Pesisir Shanghai Donghai Bridge, projek kuasa angin luar pesisir berskala besar{0} pertama China, yang bermula pada 2006 dan mula dibina pada 2008, berjaya memasang 34 unit turbin angin luar pesisir 3MW yang dihasilkan dalam negara, dengan jumlah kapasiti terpasang sebanyak 102MW, sekali gus membuka permulaan kepada pembangunan kuasa angin luar pesisir di China.
Pada tahun 2016, Pentadbiran Tenaga Negara mengeluarkan Rancangan Lima-Tahun Ke-13 untuk Pembangunan Tenaga Angin dan memperkenalkan satu siri dasar utama yang menggalakkan untuk menggalakkan pembangunan kuasa angin luar pesisir, yang juga bermakna pembangunan kuasa angin luar pesisir di China telah beralih daripada "demonstrasi projek" kepada landasan pantas "pembangunan pesat".
Pada tahun 2020, projek kuasa angin luar pesisir memasuki tempoh kritikal pemasangan tergesa-gesa. Mengikut statistik, 30 projek sedang dalam pembinaan pada masa yang sama pada separuh pertama tahun ini, dengan kapasiti terpasang sebanyak 12,972,800 kilowatt, termasuk 11 projek yang baru dimulakan dan 3 projek yang disambungkan sepenuhnya ke grid.
2.2.2 Kapasiti unit tunggal turbin angin telah meningkat dari tahun ke tahun.
Menurut data dari penghujung 2019, dari segi kapasiti unit tunggal, unit 4MW mempunyai kapasiti terkumpul terpasang terbesar, manakala 5MW telah menjadi model arus perdana untuk projek kuasa angin luar pesisir (lihat Rajah 2-3).
Pada 12 Julai 2020, turbin angin 10MW pertama China telah berjaya disambungkan ke grid dan menjana elektrik di ladang angin luar pesisir Teluk Xinghua di Wilayah Fujian, mencipta rekod baharu untuk kapasiti turbin angin luar pesisir tunggal di China. Dari perspektif rancangan pembangunan pengeluar turbin angin, 8MW telah menjadi titik permulaan baharu dan -turbin angin luar pesisir berskala besar 10MW dan ke atas telah disenaraikan sebagai model pembangunan utama.
Rajah 2-3 Peratusan Kapasiti Turbin Angin Luar Pesisir di China pada Penghujung 2019
2.2.3 Pembinaan kuasa angin luar pesisir secara beransur-ansur beralih dari perairan cetek berhampiran pantai ke kawasan-laut dan dalam-dalam.
Menjelang akhir 2019, jumlah kapasiti kuasa angin luar pesisir yang diluluskan di China mencapai 35 juta kilowatt. Antaranya, Jiangsu dan Guangdong telah meluluskan kapasiti melebihi 10 juta kilowatt, manakala Fujian dan Zhejiang telah meluluskan kapasiti melebihi 3 juta kilowatt. Sumber-pantai yang tersedia untuk pembangunan masa hadapan adalah terhad, manakala China mempunyai kawasan perairan laut dalam-yang luas yang boleh dieksploitasi, yang dijangka akan menjadi tumpuan pembangunan kuasa angin luar pesisir pada masa hadapan.
3. Keperluan perkakasan untuk suis Ethernet industri di ladang angin luar pesisir
Turbin angin luar pesisir dan pencawang luar pesisir dibina berpuluh-puluh kilometer dari darat, dalam persekitaran yang sangat keras. Ini meletakkan permintaan yang sangat tinggi pada peralatan, terutamanya peralatan komunikasi teras, terutamanya mengenai kebolehpercayaan, ketahanan terhadap semburan garam, suhu tinggi dan rendah, dan gangguan elektromagnet. Tambahan pula, penyelenggaraan peralatan luar pesisir dikekang oleh cuaca, peraturan maritim, dan penggunaan kapal, menjadikan penyelenggaraan kecemasan dan rutin sangat sukar, dengan masa yang sangat tidak dapat diramalkan. Ini meletakkan permintaan yang sangat tinggi pada operasi suis Ethernet yang stabil dan boleh dipercayai.
3.1 Keperluan kebolehpercayaan
Beberapa petunjuk utama kebolehpercayaan peralatan:
1) Masa Min Untuk Gagal (MTTF)
2) Masa Min Antara Kegagalan (MTBF)
3) Masa Min Untuk Pembaikan (MTTR)
3.1.1 Penunjuk MTBF
Salah satu penunjuk prestasi yang paling penting untuk suis Ethernet industri ialah Masa Min Antara Kegagalan (MTBF). Piawaian yang paling banyak diterima dan berwibawa ialah MIL-HDBK-217, GJB/Z299B dan Bellcore. Kebanyakan suis industri jenama asing menggunakan MIL-HDBK 217F Amerika sebagai standard rujukan dan menggunakan ujian HALT (High-Accelerated Life Test) dan HASS (High-Accelerated Stress Screening) semasa R&D dan ujian pengeluaran untuk mengesahkan sama ada MTBF produk memenuhi keperluan reka bentuk. MTBF bagi kebanyakan suis Ethernet perindustrian adalah melebihi 20 tahun, malah ada yang melebihi 50 tahun.
HALT (Highly Accelerated Life Testing) digunakan terutamanya dalam peringkat reka bentuk penyelidikan dan pembangunan produk. Ia berkesan dalam mendedahkan potensi kecacatan dalam produk dan merupakan kaedah ujian penting untuk jurutera reka bentuk untuk meningkatkan kebolehpercayaan produk.
HASS (Highly Accelerated Stress Screening) ialah-proses penapisan tekanan dipercepatkan tinggi yang dilakukan pada barisan pengeluaran selepas produk lulus ujian HALT untuk menentukan had operasi atau pemusnahannya. 100% produk diperlukan untuk mengambil bahagian dalam penyaringan. Tujuannya adalah untuk memastikan produk yang dikeluarkan bebas daripada sebarang kecacatan tersembunyi, atau sekurang-kurangnya untuk mengenal pasti dan menyelesaikan kecacatan ini sebelum produk meninggalkan kilang. HASS menggunakan tekanan dipercepatkan untuk mencari produk yang rosak dalam masa yang singkat, memendekkan kitaran tindakan pembetulan dan mengenal pasti produk yang mempunyai masalah yang sama.
3.1.2 Penunjuk MTTR
Keperluan biasa untuk tapak ladang angin luar pesisir ialah: Masa Min Untuk Pembaikan (MTTR) yang disediakan oleh pengilang, yang biasanya 0.5 hingga 1 jam apabila masa sokongan pengurusan dan masa penghantaran tidak diambil kira; dan masa untuk mendiagnosis (atau memeriksa) dan mengemas kini palam yang rosak hendaklah kurang daripada 30 minit.
Jika suis industri mengalami kegagalan perkakasan, dan jika masa sokongan pengurusan dan masa penghantaran tidak dipertimbangkan, dan hanya penggantian mudah diperlukan, dalam kebanyakan kes, produk suis industri boleh diganti dalam masa 1 jam, memenuhi keperluan MTTR pelanggan.
3.2 Keperluan rintangan kakisan
Ciri utama persekitaran operasi marin ialah paras semburan garam yang tinggi. Produk suis Ethernet industri mesti menyediakan reka bentuk salutan pelindung papan litar untuk mencapai tahap perlindungan G3 dan mematuhi sepenuhnya keperluan ISA-S71.04-1985 (klasifikasi G3- Hash Kumpulan A) dan piawaian EN60068-2-60 Kaedah 4 agar dapat beroperasi dengan stabil dan boleh dipercayai untuk masa yang lama dalam persekitaran marin yang keras.
Ladang angin luar pesisir awal mengalami sejumlah besar kegagalan suis. Apabila membuka selongsong suis, tanda terbakar yang boleh dilihat ditemui pada papan litar. Satu sebab untuk ini ialah suis ini tidak mempunyai salutan pelindung.
3.3 Keperluan suhu tinggi dan rendah
Oleh kerana ladang angin luar pesisir yang berbeza terletak di latitud yang berbeza, keadaan iklimnya sangat berbeza. Sebagai contoh, pada musim sejuk, suhu terendah di ladang angin luar pesisir Zhuanghe di Dalian boleh mencapai -15 darjah Celsius, manakala pada musim panas, suhu tertinggi di ladang angin luar pesisir Xuwen di Zhanjiang boleh mencapai 38 darjah Celsius. Suhu di dalam menara turbin angin mungkin lebih tinggi daripada suhu luar. Oleh itu, keperluan yang sangat tinggi diletakkan pada suhu operasi biasa suis industri.
Walaupun kebanyakan pengeluar suis perindustrian dalam senarai pasaran suhu operasi suis mereka sebagai -40 darjah hingga +70 darjah, malah -40 darjah hingga +85 darjah, angka ini diperoleh daripada ujian makmal jangka pendek-. Contohnya, keperluan ujian institusi ujian domestik yang bereputasi menyatakan bahawa dalam{12}}persekitaran suhu tinggi, suis, semasa dihidupkan, hendaklah diletakkan di tengah-tengah ruang ujian alam sekitar dan suhu hendaklah dinaikkan kepada 70 darjah dan dikekalkan selama 2 jam. Peranti harus berfungsi secara normal pada +70 darjah , dan kadar simpan dan hadapan hendaklah mencapai 100%. Jika keperluan ini dipenuhi, suis dianggap合格 (layak/boleh diterima).
Keperluan teknikal untuk persekitaran suhu rendah-yang sama adalah seperti berikut: Suis, semasa dihidupkan, diletakkan di tengah ruang ujian alam sekitar dan suhu diturunkan kepada -40 darjah dan kemudian dikekalkan pada suhu tersebut selama 2 jam. Peranti harus berfungsi secara normal pada -40 darjah , dengan kadar simpan dan hadapan 100%; ia juga sepatutnya boleh bermula secara normal pada -40 darjah . Jika keperluan ini dipenuhi, ia dianggap合格 (layak/boleh diterima). Oleh itu, ujian hanya mengesahkan sama ada ia boleh beroperasi secara stabil selama 2 jam di bawah suhu melampau ini.
Walaupun suis perindustrian di ladang angin luar pesisir tidak perlu menahan suhu yang melampau seperti itu, ia mesti beroperasi secara berterusan untuk tempoh yang lama dalam persekitaran suhu yang keras, malah mungkin tertakluk kepada kesan buruk tambahan daripada persekitaran luaran yang lain. Hanya suis industri yang telah bertahan dalam ujian masa boleh dikatakan memenuhi keperluan suhu tinggi dan rendah ladang angin luar pesisir.
(Bersambung)