工作人員運維光伏電站。
吊裝風機葉片。
示范電站大門。
當以風能和太陽能為代表的新能源被賦予“第三次工業(yè)革命核心”的重任時，如何克服這兩種“最清潔能源”與生俱來的隨機性、波動性和間歇性，進而實現(xiàn)規(guī)?；⒕W(wǎng)，便成為一道橫亙在新能源開發(fā)利用之路上的難題。國家電網(wǎng)公司始終致力于破解清潔能源發(fā)展瓶頸，不辱使命，不負重托，采用世界首創(chuàng)的“風光儲輸聯(lián)合發(fā)電”技術(shù)路線，在智能電網(wǎng)技術(shù)框架下，建成目前世界規(guī)模最大的集風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程“四位一體”的可再生能源項目——風光儲輸示范工程，為破解清潔能源大規(guī)模并網(wǎng)這一世界性難題展開了前沿性探索，取得豐碩成果。
12月11日，我國工業(yè)領(lǐng)域的最高獎項——第四屆中國工業(yè)大獎在北京人民大會堂隆重揭曉，國家風光儲輸示范工程榮獲中國工業(yè)大獎。
7種輸出模式聯(lián)合應用
探索清潔能源發(fā)展新路徑
如何科學合理解決以風電、光伏發(fā)電為代表的新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)、集成應用，是一道世界級難題。面對影響新能源大規(guī)模并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸，公司科研團隊經(jīng)過長時間前期調(diào)研后，最終確定了風光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線，即“風光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”。
2010年春，張北高原上的冰雪尚未消融，國家風光儲輸示范工程建設便熱火朝天地拉開序幕。國網(wǎng)冀北電力有限公司作為示范工程建設運營單位，不畏嚴寒、攻堅克難，高質(zhì)量完成工程建設任務。該工程是世界上第一個集“風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電”于一體的風光儲輸示范工程?！帮L光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線屬世界首創(chuàng)，沒有先例可循。我們要用實際行動開辟一條‘清潔中國、領(lǐng)跑世界’的嶄新路徑?！眹W(wǎng)冀北電力風光儲公司總經(jīng)理馬力說。
公司高度重視示范工程建設，組建了以中國電力科學研究院、國網(wǎng)電力科學研究院等單位牽頭的科研團隊，開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。示范工程分為兩期，按照風電場500兆瓦，光伏電站100兆瓦和儲能裝置70兆瓦設計規(guī)劃，以“風光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”為攻堅目標，投資近100億元。
由公司自主研發(fā)的風光儲輸聯(lián)合發(fā)電全景檢測與綜合控制系統(tǒng)，是智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)基礎平臺在新能源場站監(jiān)控系統(tǒng)首次應用，能夠?qū)崟r優(yōu)化協(xié)調(diào)風、光、儲各系統(tǒng)運行狀態(tài)，減小風電和光伏發(fā)電功率大幅度、高頻率波動，提高電網(wǎng)接納風電和光伏電源能力，實現(xiàn)風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的全景監(jiān)測與綜合控制。
在示范工程工作多年的國網(wǎng)冀北電力風光儲公司副總工程師劉漢民博士解釋說：“當風電、光伏發(fā)電出力足夠時，可將多余的發(fā)電出力儲存到電池中；一旦風光出力不夠時，儲能系統(tǒng)就可以放出電量。而這一切，都是通過聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。它是整個風光儲電站的‘大腦’，可改善風電、光伏出力的波動性和間歇性，使之安全穩(wěn)定地并入電網(wǎng)運行。”
在控制中心中央大屏幕上，記者直觀地看到，代表風電出力、波動較大的藍色曲線和代表光伏發(fā)電出力的黃色曲線，經(jīng)代表儲能變化的橙色曲線“填平補齊”后，變成了代表電站實際發(fā)電出力的平滑綠色曲線。
國際能源署可再生能源部負責人保羅·弗蘭克爾在控制中心看到這條綠色曲線圖后表示：“今天的參觀令我印象深刻。國際能源署和中國國家電網(wǎng)公司都在為全球能源清潔化發(fā)展做著自己的努力。我相信，今后我們的合作空間將會更大?！痹谒男闹?，早已有了未來合作的路線圖。
“風、光、儲、風+光、風+儲、光+儲、風+光+儲”，7種組態(tài)時序出力優(yōu)化方法，實現(xiàn)了風儲、光儲和風光儲聯(lián)合等多種發(fā)電運行方式自動組態(tài)、智能優(yōu)化和平滑切換，發(fā)電品質(zhì)接近常規(guī)電源，不僅滿足了平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷等多樣調(diào)度需求，更解決了新能源發(fā)電精細化運行與控制，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)及調(diào)度提供技術(shù)支撐。
積極推動科技成果深度轉(zhuǎn)化
實現(xiàn)清潔能源發(fā)展水平提升
目前，工程已安全穩(wěn)定運行1857天，通過風、光、儲多組態(tài)聯(lián)合運行模式，累計輸出超過26.24億千瓦時平穩(wěn)可控綠色電能，相當于節(jié)約標準煤104.96萬噸、減排二氧化碳261.6128萬噸。
在“低碳奧運院士行”活動中，中科院院士們一致認為，示范工程的意義并不在于發(fā)了多少電，而在于在無任何工程實例可參考的條件下，探索出一條世界首創(chuàng)的風光儲輸聯(lián)合發(fā)電運行模式，即通過風、光、儲的7種組合發(fā)電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷4種功能相結(jié)合，實現(xiàn)多組態(tài)、多功能、可調(diào)節(jié)、可調(diào)度的聯(lián)合發(fā)電運行方式。
示范工程投運以來，以風光儲聯(lián)合發(fā)電互補機制及系統(tǒng)集成為代表的五大關(guān)鍵技術(shù)突破已取得87項授權(quán)專利，累計獲得數(shù)項省部級科技成果獎，部分創(chuàng)新成果達國際領(lǐng)先水平。研發(fā)的風光儲聯(lián)合發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)自動發(fā)電控制等7套軟件，并申請軟件著作權(quán)；已發(fā)表論文102篇，其中SCI、EI等國內(nèi)外期刊上收錄論文50篇；編寫了風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化配比技術(shù)研究等15本技術(shù)報告，顯著增強了我國在國際新能源領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)。
5年來，風光儲輸聯(lián)合發(fā)電運行及調(diào)度模式歷經(jīng)天氣陰晴、風云變幻無常、極寒暑熱交替等綜合考驗，將難預測、難控制、難調(diào)度的風、光資源轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)可靠的綠色電能輸入電網(wǎng)。公司依托示范工程，建立了國內(nèi)首次風光聯(lián)合發(fā)電功率預測數(shù)值天氣預報，實現(xiàn)多尺度全天候風光聯(lián)合功率預測技術(shù)；并在國內(nèi)首次應用云成像技術(shù)和裝置開展光伏功率預測，大范圍捕捉方圓云層數(shù)據(jù)信息，有效提升光伏電站超短期功率預測能力。
一系列科技創(chuàng)新，為解決大規(guī)模新能源集中開發(fā)、集成應用的世界性難題提供了我國自己的方案。
示范工程還代表公司參加了“國家十二五創(chuàng)新成就展”，受到了國務院總理李克強、副總理汪洋高度關(guān)注，全國人大副委員長沈躍躍等領(lǐng)導也在實地調(diào)研中給予高度評價。
如今，示范工程的運營經(jīng)驗、成果已經(jīng)為外界所認可借鑒，并推廣應用于美國及我國寧夏、青海多個新能源聯(lián)合發(fā)電示范工程。在示范工程的應用提升效應下，以比亞迪等多家電池儲能制造企業(yè)為代表，陸續(xù)建成投產(chǎn)了系列儲能產(chǎn)品，開啟了我國電池儲能產(chǎn)業(yè)先河，產(chǎn)能較過去擴大約40倍，成本降低了78%；其聯(lián)合發(fā)電控制技術(shù)及檢測系統(tǒng)，已經(jīng)成為大規(guī)模新能源場站生產(chǎn)運行的關(guān)鍵平臺，在江蘇如東海上風電場監(jiān)控、西藏羊八井光伏電站監(jiān)控、酒嘉風電基地得到廣泛應用；涵蓋規(guī)劃設計、調(diào)試驗收、運行檢修和技術(shù)監(jiān)督全過程技術(shù)標準體系，已應用于大唐新能源和魯能集團風電場，為大規(guī)模新能源精益化運行提供了強有力的技術(shù)支撐。
示范引領(lǐng)效果顯著
清潔能源“試驗田”建設成果豐碩
走進示范工程，張北壩上草原那高高聳立的白色風機和閃閃發(fā)光的光伏板，與藍天碧野交相輝映，與朔風白云水乳交融。
全國政協(xié)副主席、科技部部長萬鋼視察示范工程時說：“國家風光儲輸示范工程不僅是我國新能源綜合利用成果的集中展示，也為我國未來新能源的發(fā)展提供了技術(shù)示范平臺，對未來我國新能源的規(guī)?；瘧镁哂兄匾氖痉逗徒梃b意義。”
示范工程涵蓋7種類別風電機組，選型和建設嚴格遵循國家相關(guān)技術(shù)標準、規(guī)定，采用統(tǒng)一平臺監(jiān)控，統(tǒng)一遠程故障在線監(jiān)測，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信友好上傳，有功、無功遠程可調(diào)，在滿足低電壓穿越性能要求基礎上，實現(xiàn)了高電壓穿越性能。
緊挨著成片白色風機森林的，是一排排在太陽照射下熠熠生輝的太陽能光伏板。記者了解到，該光伏電站示范應用了最全的光伏組件和跟蹤方式，多角度、全方位開展技術(shù)經(jīng)濟比較，對比同緯度固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)，跟蹤方式，多角度、全方位開展技術(shù)經(jīng)濟比較，對比同緯度固定式光伏發(fā)電系統(tǒng)，跟蹤發(fā)電系統(tǒng)每年能提高約18%的發(fā)電量。
記者還實地探訪了該示范項目的化學儲能電站。劉漢民在現(xiàn)場告訴記者：“該儲能電站已經(jīng)涵蓋5種類型的電化學儲能電池，包括磷酸鐵鋰電池、全釩液流電池等，共計近30萬節(jié)，突破了大規(guī)模電池儲能協(xié)調(diào)控制和能量管理關(guān)鍵難題，首次實現(xiàn)同一站內(nèi)平滑風光功率輸出等多種高級應用，解決了風、光發(fā)電不確定性引發(fā)的電力系統(tǒng)調(diào)峰、安全問題?！闭劶皟δ芙ㄔO后續(xù)工作，劉漢民表示，今年將投運電動汽車電池梯次利用項目，同時還要配置先進的空氣壓縮儲能，為電網(wǎng)儲能關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新展開大規(guī)模試驗示范。
隨著這一全新的聯(lián)合發(fā)電運行模式的實驗與探索，科技人員實現(xiàn)了風光儲互補機制及系統(tǒng)集成、全景監(jiān)測與協(xié)調(diào)控制、功率預測、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、大規(guī)模儲能技術(shù)等5大技術(shù)突破，完成了聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制等10項以上自主設備研發(fā)，并獲得了儲能控制策略等20多項技術(shù)創(chuàng)新。事實上，這個示范工程已成為我國新能源發(fā)電和儲能技術(shù)的試驗場。
【工程概況】
位于國家八大千萬千瓦級風電基地之一的張家口市的張北縣、尚義縣境內(nèi)，風資源豐富，日照充足，具備我國新能源開發(fā)利用的典型特征。
按照風電場500兆瓦，光伏電站100兆瓦和儲能裝置70兆瓦設計規(guī)劃，以“風光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”為攻堅目標，投資近100億元，由國網(wǎng)冀北電力有限公司負責建設運營。
采用全球首創(chuàng)的“風光儲輸聯(lián)合發(fā)電”技術(shù)路線，在智能電網(wǎng)技術(shù)框架下，構(gòu)建新能源發(fā)電領(lǐng)域自主創(chuàng)新和試驗示范兩個平臺，帶動風電和光伏發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，促進風電、光伏并網(wǎng)技術(shù)標準和管理規(guī)定出臺，是提升新能源綜合利用水平的重大科技創(chuàng)新工程。
1.國內(nèi)最大的源網(wǎng)友好型風電場
2.國內(nèi)最大的功率調(diào)節(jié)型光伏電站3.世界規(guī)模最大多類型電池儲能電站4.國內(nèi)首創(chuàng)風光儲輸聯(lián)合發(fā)電控制和調(diào)度模式
【工程之最】
1.國內(nèi)最大的源網(wǎng)友好型風電場
示范工程全部選用容量大、效率高、并網(wǎng)友好的國產(chǎn)裝備，率先在國內(nèi)完成高電壓穿越技術(shù)改造測試，發(fā)電特性出力平穩(wěn)，達到國際領(lǐng)先水平。首創(chuàng)風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，通過自主研發(fā)的風光儲聯(lián)合發(fā)電互補機制及系統(tǒng)集成技術(shù)，提出容量最優(yōu)配比方法及設計導則，示范電站10分鐘平均波動率低于5%，而常規(guī)風電場為30%以上。在新能源發(fā)電及源網(wǎng)協(xié)調(diào)領(lǐng)域，研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的風光儲聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)，提出風光儲7種組態(tài)時序出力優(yōu)化方法，實現(xiàn)風儲、光儲和風光儲聯(lián)合等多種發(fā)電運行方式自動組態(tài)、智能優(yōu)化和平滑切換，發(fā)電品質(zhì)接近常規(guī)電源，提升了大規(guī)模新能源匯集區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定運行水平。
2.國內(nèi)最大的功率調(diào)節(jié)型光伏電站
應用最全光伏發(fā)電形式，多種設備同臺比對、研究，為我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力技術(shù)、數(shù)據(jù)支持。高精度光伏發(fā)電功率預測系統(tǒng)，較常規(guī)電站預測精度提高50%。國內(nèi)首次建立風光聯(lián)合發(fā)電功率預測數(shù)值天氣預報，實現(xiàn)多尺度全天候風光聯(lián)合功率預測技術(shù)。國內(nèi)首次應用云成像技術(shù)和裝置開展光伏功率預測，大范圍捕捉方圓云層數(shù)據(jù)信息，有效提升光伏電站超短期功率預測能力。
3.世界規(guī)模最大多類型電池儲能電站
突破大規(guī)模電池成組以及電池系統(tǒng)級聯(lián)技術(shù)，首創(chuàng)大規(guī)模電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)、管理綜合控制系統(tǒng)。研發(fā)的儲能電池大容量成組以及大規(guī)模系統(tǒng)級聯(lián)技術(shù)，提出電池動態(tài)大容量成組技術(shù)及電池系統(tǒng)級聯(lián)方法，解決系統(tǒng)集成線性放大難題,實現(xiàn)27.5萬只電池單體電池儲能系統(tǒng)電站化集成，電站整體能量轉(zhuǎn)換效率大于90%；大規(guī)模儲能電站監(jiān)測與控制技術(shù)，提出儲能電站集中控制與儲能單元就地調(diào)控相互耦合分層實時控制架構(gòu)，開發(fā)電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)儲能電站全功率響應時間小于900毫秒、出力偏差小于1.5%；全球首家具有“黑啟動”功能的大規(guī)模新能源聯(lián)合發(fā)電站，填補國內(nèi)外該領(lǐng)域技術(shù)空白，確保新能源涉及的局部微電網(wǎng)在特殊情況下可靠運行。
4.國內(nèi)首創(chuàng)風光儲輸聯(lián)合發(fā)電控制和調(diào)度模式
220千伏智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基礎，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測；支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動。風光儲輸聯(lián)合發(fā)電全景檢測與綜合控制系統(tǒng)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)基礎平臺在新能源場站監(jiān)控系統(tǒng)首次應用。能夠?qū)崟r優(yōu)化協(xié)調(diào)風、光、儲各系統(tǒng)運行狀態(tài)，減小風電和光伏發(fā)電功率大幅度、高頻率波動，提高電網(wǎng)接納風電和光伏電源能力，實現(xiàn)風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的全景監(jiān)測與綜合控制。7種模式架構(gòu)下的多控制目標跟蹤與多源協(xié)調(diào)控制技術(shù)，滿足平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷等多樣調(diào)度需求，解決了新能源發(fā)電精細化運行與控制，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)以及調(diào)度提供技術(shù)支撐，實現(xiàn)了新能源發(fā)電可控制與可調(diào)度。
