工作人員運(yùn)維光伏電站。
吊裝風(fēng)機(jī)葉片。
示范電站大門。
當(dāng)以風(fēng)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(jī)性、波動性和間歇性，進(jìn)而實(shí)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(fù)重托，采用世界首創(chuàng)的“風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(yīng)用
探索清潔能源發(fā)展新路徑
如何科學(xué)合理解決以風(fēng)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(yīng)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(tuán)隊經(jīng)過長時間前期調(diào)研后，最終確定了風(fēng)光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線，即“風(fēng)光互補(bǔ)、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(fēng)光儲輸示范工程建設(shè)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(shè)運(yùn)營單位，不畏嚴(yán)寒、攻堅克難，高質(zhì)量完成工程建設(shè)任務(wù)。該工程是世界上第一個集“風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電”于一體的風(fēng)光儲輸示范工程?！帮L(fēng)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(shí)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(fēng)光儲公司總經(jīng)理馬力說。
公司高度重視示范工程建設(shè)，組建了以中國電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院等單位牽頭的科研團(tuán)隊，開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。示范工程分為兩期，按照風(fēng)電場500兆瓦，光伏電站100兆瓦和儲能裝置70兆瓦設(shè)計規(guī)劃，以“風(fēng)光互補(bǔ)、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”為攻堅目標(biāo)，投資近100億元。
由公司自主研發(fā)的風(fēng)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(chǔ)平臺在新能源場站監(jiān)控系統(tǒng)首次應(yīng)用，能夠?qū)崟r優(yōu)化協(xié)調(diào)風(fēng)、光、儲各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，減小風(fēng)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(fēng)電和光伏電源能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)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(fēng)光儲公司副總工程師劉漢民博士解釋說：“當(dāng)風(fēng)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(fēng)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(shí)現(xiàn)的。它是整個風(fēng)光儲電站的‘大腦’，可改善風(fēng)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(yùn)行。”
在控制中心中央大屏幕上，記者直觀地看到，代表風(fēng)電出力、波動較大的藍(lán)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(bǔ)齊”后，變成了代表電站實(shí)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(fù)責(zé)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?！痹谒男闹校缫延辛宋磥砗献鞯穆肪€圖。
“風(fēng)、光、儲、風(fēng)+光、風(fēng)+儲、光+儲、風(fēng)+光+儲”，7種組態(tài)時序出力優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)儲、光儲和風(fēng)光儲聯(lián)合等多種發(fā)電運(yùn)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(xì)化運(yùn)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(shí)現(xiàn)清潔能源發(fā)展水平提升
目前，工程已安全穩(wěn)定運(yùn)行1857天，通過風(fēng)、光、儲多組態(tài)聯(lián)合運(yùn)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(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤104.96萬噸、減排二氧化碳261.6128萬噸。
在“低碳奧運(yùn)院士行”活動中，中科院院士們一致認(rèn)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(shí)例可參考的條件下，探索出一條世界首創(chuàng)的風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行模式，即通過風(fēng)、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(shí)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(yùn)行方式。
示范工程投運(yùn)以來，以風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電互補(bǔ)機(jī)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(dá)國際領(lǐng)先水平。研發(fā)的風(fēng)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(fēng)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(qiáng)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(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行及調(diào)度模式歷經(jīng)天氣陰晴、風(fēng)云變幻無常、極寒暑熱交替等綜合考驗(yàn)，將難預(yù)測、難控制、難調(diào)度的風(fēng)、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(fēng)光聯(lián)合發(fā)電功率預(yù)測數(shù)值天氣預(yù)報，實(shí)現(xiàn)多尺度全天候風(fēng)光聯(lián)合功率預(yù)測技術(shù)；并在國內(nèi)首次應(yīng)用云成像技術(shù)和裝置開展光伏功率預(yù)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(yù)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(yīng)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(wù)院總理李克強(qiáng)、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(dǎo)也在實(shí)地調(diào)研中給予高度評價。
如今，示范工程的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)、成果已經(jīng)為外界所認(rèn)可借鑒，并推廣應(yīng)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(yīng)用提升效應(yīng)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(kuò)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(yùn)行的關(guān)鍵平臺，在江蘇如東海上風(fēng)電場監(jiān)控、西藏羊八井光伏電站監(jiān)控、酒嘉風(fēng)電基地得到廣泛應(yīng)用；涵蓋規(guī)劃設(shè)計、調(diào)試驗(yàn)收、運(yùn)行檢修和技術(shù)監(jiān)督全過程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，已應(yīng)用于大唐新能源和魯能集團(tuán)風(fēng)電場，為大規(guī)模新能源精益化運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
示范引領(lǐng)效果顯著
清潔能源“試驗(yàn)田”建設(shè)成果豐碩
走進(jìn)示范工程，張北壩上草原那高高聳立的白色風(fēng)機(jī)和閃閃發(fā)光的光伏板，與藍(lán)天碧野交相輝映，與朔風(fēng)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(fēng)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)模化應(yīng)用具有重要的示范和借鑒意義?！?/p>
示范工程涵蓋7種類別風(fēng)電機(jī)組，選型和建設(shè)嚴(yán)格遵循國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定，采用統(tǒng)一平臺監(jiān)控，統(tǒng)一遠(yuǎn)程故障在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信友好上傳，有功、無功遠(yuǎn)程可調(diào)，在滿足低電壓穿越性能要求基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了高電壓穿越性能。
緊挨著成片白色風(fēng)機(jī)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(yīng)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(jì)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(jì)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(shí)地探訪了該示范項目的化學(xué)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(xué)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(shí)現(xiàn)同一站內(nèi)平滑風(fēng)光功率輸出等多種高級應(yīng)用，解決了風(fēng)、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(shè)后續(xù)工作，劉漢民表示，今年將投運(yùn)電動汽車電池梯次利用項目，同時還要配置先進(jìn)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(yàn)示范。
隨著這一全新的聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行模式的實(shí)驗(yàn)與探索，科技人員實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲互補(bǔ)機(jī)制及系統(tǒng)集成、全景監(jiān)測與協(xié)調(diào)控制、功率預(yù)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(shè)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(shí)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(yàn)場。
【工程概況】
位于國家八大千萬千瓦級風(fēng)電基地之一的張家口市的張北縣、尚義縣境內(nèi)，風(fēng)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(fēng)電場500兆瓦，光伏電站100兆瓦和儲能裝置70兆瓦設(shè)計規(guī)劃，以“風(fēng)光互補(bǔ)、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”為攻堅目標(biāo)，投資近100億元，由國網(wǎng)冀北電力有限公司負(fù)責(zé)建設(shè)運(yùn)營。
采用全球首創(chuàng)的“風(fēng)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(yàn)示范兩個平臺，帶動風(fēng)電和光伏發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，促進(jìn)風(fēng)電、光伏并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(dá)到國際領(lǐng)先水平。首創(chuàng)風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，通過自主研發(fā)的風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電互補(bǔ)機(jī)制及系統(tǒng)集成技術(shù)，提出容量最優(yōu)配比方法及設(shè)計導(dǎo)則，示范電站10分鐘平均波動率低于5%，而常規(guī)風(fēng)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(fēng)光儲聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)，提出風(fēng)光儲7種組態(tài)時序出力優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲、光儲和風(fēng)光儲聯(lián)合等多種發(fā)電運(yùn)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(yùn)行水平。
2.國內(nèi)最大的功率調(diào)節(jié)型光伏電站
應(yīng)用最全光伏發(fā)電形式，多種設(shè)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(yù)測系統(tǒng)，較常規(guī)電站預(yù)測精度提高50%。國內(nèi)首次建立風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電功率預(yù)測數(shù)值天氣預(yù)報，實(shí)現(xiàn)多尺度全天候風(fēng)光聯(lián)合功率預(yù)測技術(shù)。國內(nèi)首次應(yīng)用云成像技術(shù)和裝置開展光伏功率預(yù)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(yù)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(shí)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(shí)時控制架構(gòu)，開發(fā)電池儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儲能電站全功率響應(yīng)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(bǔ)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(yùn)行。
4.國內(nèi)首創(chuàng)風(fēng)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(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測；支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動。風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電全景檢測與綜合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺在新能源場站監(jiān)控系統(tǒng)首次應(yīng)用。能夠?qū)崟r優(yōu)化協(xié)調(diào)風(fēng)、光、儲各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，減小風(fēng)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(fēng)電和光伏電源能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)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(biāo)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(xì)化運(yùn)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(shí)現(xiàn)了新能源發(fā)電可控制與可調(diào)度。
