近年來，我國以風能、太陽能發(fā)電為代表的新能源發(fā)展突飛猛進，人們寄望于它能改變我國失衡的電源結(jié)構(gòu)，促進節(jié)能減排。然而，一次次風機脫網(wǎng)事故讓人們陷入了沉思，如果不能解決新能源友好上網(wǎng)問題，新能源健康發(fā)展將受到制約。2011年12月25日，國家風光儲輸示范工程一期工程的竣工投產(chǎn)，有效解決了新能源大規(guī)模并網(wǎng)的世界性技術(shù)難題，點亮了新能源未來發(fā)展之路。
從間歇波動到平穩(wěn)輸出
8月7日15時，在國家風光儲輸示范工程智能控制中心的大廳里，大大的屏幕上顯示了當時的發(fā)電情況：風電2.52萬千瓦、光伏發(fā)電5210千瓦、儲能1490千瓦。冀北電力有限公司風光儲輸示范電站有限公司副總經(jīng)理王銀明解釋說，當風力較大或陽光較強時，儲能裝置可以把多余的能量儲存起來，儲能顯示的就是負數(shù)；反之，儲能裝置顯示的是正數(shù)，就需要釋放能量，這么做有助于整體電能輸出更加平穩(wěn)。
“更加平穩(wěn)”——這個看似簡單的目標，卻是新能源發(fā)電一直以來難以達到的要求。
我國是風電大國，新增風電裝機容量和累計裝機容量均居全球第一位，光伏發(fā)電也呈迅猛發(fā)展態(tài)勢。但是，并網(wǎng)和消納問題卻是制約二者持續(xù)健康發(fā)展的重要因素。
風電和光伏發(fā)電都具有間歇性、隨機性和波動性的特點，且風能、太陽能資源富集地區(qū)與主要負荷中心呈逆向分布，決定了我國風電開發(fā)只能以大規(guī)模集中開發(fā)、遠距離高壓輸送為主，光伏發(fā)電接入電網(wǎng)呈現(xiàn)出大規(guī)模集中接入與分布式接入并舉的特點。
這要求我國新能源大規(guī)模發(fā)展必須突破三個技術(shù)問題：其一，電力系統(tǒng)調(diào)峰問題，風電和光伏發(fā)電作為單一的發(fā)電系統(tǒng)提供電能輸出時，需要建設(shè)大量的備用容量和調(diào)峰電源，以防其不出力時隨時備用；其二，電力系統(tǒng)安全問題，風電、光伏發(fā)電具有出力多變和瞬間沖擊的特點，對電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性造成影響；其三，電能質(zhì)量問題，風電、光伏發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)引起電壓水平降低，風機中的電子設(shè)備帶來諧波污染，影響電能質(zhì)量。
由國家電網(wǎng)公司自主研發(fā)、設(shè)計和建設(shè)的國家風光儲輸示范工程，一舉攻克了這些技術(shù)難題。
“電力系統(tǒng)是一個發(fā)、輸、變、配、用瞬間完成的系統(tǒng)，新能源如果不能滿足安全、穩(wěn)定、可靠的要求，那么，無論風電還是光伏發(fā)電，對于電網(wǎng)而言都不是優(yōu)質(zhì)電能。”冀北電力有限公司風光儲輸示范電站有限公司總經(jīng)理閆忠平表示，國家風光儲輸示范工程最重要的使命就是通過風光儲聯(lián)合發(fā)電，消除新能源隨機性、波動性和間歇性對電網(wǎng)的沖擊，從而將風電、光伏發(fā)電變?yōu)閮?yōu)質(zhì)電能。
去年年底至今年年初，風電裝機眾多的張家口地區(qū)發(fā)生了兩次風機大面積脫網(wǎng)事故，而剛剛投產(chǎn)不久的國家風光儲輸示范工程卻沒有受到影響，經(jīng)受住了風機大面積脫網(wǎng)引起的末端電網(wǎng)電壓降低的考驗。
國家風光儲輸示范工程的投運，對局部地區(qū)日趨嚴重的棄風限電問題是個特大的利好消息。投運以來，示范工程已實現(xiàn)風光儲多組態(tài)、多功能、可調(diào)節(jié)、可調(diào)度的聯(lián)合發(fā)電運行方式，初步實現(xiàn)儲能系統(tǒng)平滑風光出力、跟蹤調(diào)度計劃出力、削峰填谷功能，減少大規(guī)模風電接入對電力系統(tǒng)的沖擊。今年以來，工程已累計發(fā)電1.65億千瓦時，其中，風電場發(fā)電量1.32億千瓦時，光伏電站發(fā)電量0.33億千瓦時。
從“智能調(diào)度”到“風光互補”
在美麗的張北草原，兩臺體型龐大的垂直軸風機的葉輪正迎風旋轉(zhuǎn)，這是目前世界上單機容量最大的垂直軸風機，它能充分利用來自各個方向的風能，不遠處，國內(nèi)容量最大的3000千瓦永磁直驅(qū)型風機也堅守在它的崗位上……這些國內(nèi)、甚至國際上最新的風力發(fā)電機機型，正向國家風光儲輸示范工程源源不斷地輸送電能。
各種新機型云集，技術(shù)指標是否過關(guān)？對此，風光儲輸示范電站有限公司生產(chǎn)技術(shù)部主任劉漢民表示，對不同種類的風機進行統(tǒng)一調(diào)控是示范工程的一大技術(shù)亮點。由于目前各風機廠家監(jiān)控系統(tǒng)都只能控制自己廠家的風機，通信協(xié)議互不開放，也就是說，每個風機都說自己的“方言”，彼此之間語言不通，調(diào)度既聽不懂，也不能第一時間聽到。風光儲輸示范工程則解決了語言統(tǒng)一的大問題，打破了“語言壁壘”，讓大家都說“普通話”?；谑痉豆こ套灾餮邪l(fā)的風電廠調(diào)控一體化系統(tǒng)，使風電廠的信息實時同步傳送，大家都聽調(diào)度的指令。
國家風光儲輸示范工程總工程師雷為民說：“統(tǒng)一語言，將為以后千萬千瓦級風電廠并網(wǎng)提供技術(shù)鋪墊，如果網(wǎng)源之間所有數(shù)據(jù)都無縫銜接，交流順暢，風電甚至還可以用于調(diào)頻調(diào)峰，而且響應(yīng)更快、更經(jīng)濟。”
國家風光儲輸示范工程不僅僅是新機型的試驗場，還是先進理念的“煉丹爐”。從規(guī)劃、設(shè)計之初，到建設(shè)、投運之時，示范工程就給出破解新能源并網(wǎng)瓶頸的答案——風光互補、網(wǎng)源友好、智能調(diào)度。
張北地區(qū)的氣候特點在北方具有普遍性：冬春日照短、風力大，夏秋日照足、風力弱，白天日照強、風速小，夜間無日照、風速大?？扇绻麑r間點縮短至一天，甚至一小時、一刻鐘之內(nèi)，風光的互補性就很小了。因此，國家電網(wǎng)公司的專家們在為示范工程做初期論證時，重點考慮的一個原則就是如何合理利用風能和光能的互補性，其中最關(guān)鍵的就是儲能技術(shù)。
示范工程儲能電站總裝機容量2萬千瓦，總儲存電量9.5萬千瓦時，安裝了磷酸鐵鋰儲能裝置、液流儲能裝置和鈉硫儲能裝置，是目前世界上規(guī)模最大的多類型化學(xué)儲能電站。
可以說，這個世界上最大的風光儲輸示范工程，是各種風電、光伏發(fā)電和儲能設(shè)備的大薈萃，匯集了這三類能源利用方式中各類工業(yè)化路線的裝置。據(jù)介紹，國家電網(wǎng)公司在該工程中匯集如此多種類的裝備，是為了積累試驗數(shù)據(jù)，比較各類技術(shù)路線的優(yōu)劣，為我國新能源大規(guī)模友好接入電網(wǎng)積累經(jīng)驗，這也正是工程“示范”價值的體現(xiàn)。
國家風光儲輸示范工程在技術(shù)標準制定、選型和發(fā)展路線等方面的嘗試，為未來在全國大規(guī)模推廣風光儲輸系統(tǒng)工程提供了充足的樣本和充分的借鑒。由于工程尚處于試驗階段，工作人員仍需堅持不懈地積累數(shù)據(jù)，進行技術(shù)優(yōu)化，通過計算機仿真分析，為大規(guī)模工程應(yīng)用做更深入的系統(tǒng)研究。
“風光儲輸系統(tǒng)工程解決了風電、光電的波動性問題，我們相信，未來它們能夠跟火電一樣，成為可預(yù)測、可控制、可調(diào)度的友好電源。在50年之后，風光儲輸將是普遍的電源形式，是最有希望替代火電的電源。”雷為民說，國家電網(wǎng)公司在風光儲輸工程上的嘗試可能短期內(nèi)還無法收到巨大的經(jīng)濟效益，但是這種“為未來投資”的做法，將極大地改寫中國電力發(fā)展的進程。
