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最清洁能源规模化并网“试验田” 破解世界级难题

2012/9/24 11:33:52  http://www.ditan360.com/   经济参考报  人气:18349

  中国低碳网讯 9月的北京暑热未消,可位于京北仅200多公里外的河北省张北县,早晚已是寒气逼人。当我们驱车北进,驶上海拔比北京高出约两倍的张北塞上高原,蓝天白云下,一座座亭亭玉立的风力发电机,一排排熠熠生辉的太阳能光伏电池板,构成了“新能源之都”的独特风景。车行不远,一座四层楼高的现代建筑映入眼帘,这便是国家风光储输示范电站。

  当以风能和太阳能为代表的新能源被赋予“第三次工业革命核心”的重任时,如何克服这两种“最清洁能源”与生俱来的随机性、波动性和间歇性,进而实现规模化并网,便成为一道横亘在新能源开发利用之路上的难题。眼前这个全球最大的风光储输项目,便是为破解这一世界性难题而展开的前沿性探索。

  落户张北有“姻缘”

  登上国家风光储输示范电站四层主楼楼顶,一阵阵寒风袭来,工作人员给《经济参考报》记者披上了厚厚的棉大衣。电站总经理高明杰指着远处的风机和近处光伏板,给我们介绍这个刚刚落成半年多的新能源开发利用“试验田”。

  2009年4月29日,由科技部、财政部、能源局在国家电网公司召开了“金太阳工程”协调会。会议确定,由国家电网公司牵头,规划建设1至2个100兆瓦级标志性示范项目,探索解决风电和光电的并网问题。国家风光储输示范电站工程由此启动。

  工程落户张北,则缘于张北这片神奇土地的独特资源禀赋。800年前,一代天骄成吉思汗在这里以8万铁骑打败了大金国40万雄兵,由此拉开蒙古帝国征战并称霸欧亚大陆的序幕。当历史的尘埃散去后,这里除了成吉思汗子孙们留下的元中都的断壁残垣,就是无尽的风沙与阳光。

  “坝上一场风,从春刮到冬”这句描述恶劣自然环境的民谚,却从一个侧面道出当地风能资源的丰富。据测算,这里年平均有效风速时间在6000小时以上。同时,这里的太阳能资源也极为丰富,年平均日照时间将近3000小时。

  近年来,随着新能源产业的快速崛起,张北的风能和阳光吸引了大批新能源开发商。今日以张北为重点的冀北地区,不仅成为国家批复的首批千万千瓦级风电基地之一,同时还涌现了一批太阳能光伏电站,以至被誉为“新能源之都”。

  可另一方面,由于当地人口少,经济基础薄弱,用电量有限,大量的风电和光伏发电必须通过高电压、远距离输送至京津唐电网负荷中心消纳。而风电和光伏发电因天气变化等原因,出力忽大忽小,时有时无,在没有足够数量的其他电源匹配调峰的情况下,并网时往往会导致电网运行不稳定。这也是当前一些地方“弃风”与“弃光”现象严重的原因之一。

  “种种因素的汇集,使张北成为最具备新能源开发利用特征的地区,在破解电网接纳大规模新能源技术难题上具有典型性和代表性。”冀北电力公司总经理尹积军告诉记者,“正因如此,国家风光储输示范工程最终选址和落户张北。”

  破解“世界级难题”

  如何科学合理解决以风电、光伏发电为代表的新能源大规模集中并网、集成应用,这是一道世界级难题。国内外的科技人员开展了多种尝试,至今未形成一条公认的“捷径”。

  专家介绍,目前影响新能源大规模并网的技术瓶颈主要有三点,一是调峰问题,需建设大量的备用容量和调峰电源;二是电力安全问题,风电和光电出力多变和瞬间冲击,影响电网的暂态稳定性及频率稳定性;三是电能质量问题,风电和光电大规模并网常常会引起电压水平降低,风机中的电子设备会带来谐波污染,影响电能质量。

  为此,国家电网公司科研团队经过长时间前期调研后,最终确定了风光储输联合优化的技术路线,即“风光互补、储能调节、智能输电、平稳可控”。

  2010年春,张北高原上的冰雪尚未消融,国家风光储输示范工程建设便热火朝天地拉开了序幕。工程一期建设规模为风电98.5兆瓦、光伏发电40兆瓦、储能20兆瓦,并配套建设220千伏智能变电站一座,总投资约33亿元。

  “风光储输联合优化的技术路线属世界首创,没有先例可循。”在电站控制中心,高明杰告诉《经济参考报》记者,工程建设期间,国家电网公司给予高度重视,组建了以中国电力科学研究院、国网电力科学研究院等单位在内的科研团队,开展联合技术攻关。经过一年多的紧张施工,2011年12月中旬,工程进入系统联调阶段;12月25日,世界上第一个集“风力发电、光伏发电、储能系统、智能输电”于一体的国家风光储输示范工程竣工投运。

  在电站控制中心中央大屏幕上,可以直观地看到,波动较大的蓝色曲线(代表风电出力)和黄色曲线(代表光伏发电出力),经橙色曲线(代表储能即蓄电池电量变化)“填平补齐”后,变成了平滑的绿色曲线(代表电站实际发电出力)。

  电站生产部主任刘汉民博士解释说:“当风电、光伏发电出力足够时,可将多余的发电出力储存到电池中;一旦风光出力不够时,储能系统就可以放出电量。而这一切,是通过联合发电智能全景优化控制系统实现的。它是整个风光储电站的‘大脑’,可改善风电、光伏出力的波动性和间歇性,使之安全稳定地并入电网运行。”

  电站一期工程的建成投产,标志着包括联合发电智能全景优化控制系统在内的一系列成果研发成功,风光储输技术路线从理论变为现实。

  “试验田”的丰硕成果

  截至目前,国家风光储输示范工程已平稳运行9个多月,累计发电2.2亿千瓦时。然而,在专家们看来,这个电站的意义并不在于发了多少电,而在于在无任何工程实例可参考的条件下,探索出一条世界首创的风光储输联合发电运行模式,即通过风、光、储的七种组合发电方式,与平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷四种功能的结合,实现多组态、多功能、可调节、可调度的联合发电运行方式。

  《经济参考报》记者在采访中了解到,随着这一全新的联合发电运行模式的实验与探索,科技人员实现了风光储互补机制及系统集成、全景监测与协调控制、功率预测、源网协调、大规模储能技术等5大技术突破,完成了联合发电智能全景优化控制等10项以上自主设备研发,并获得了储能控制策略等20多项技术创新。

  事实上,这个示范电站已成为我国新能源发电和储能技术的试验场。

  在电站一期工程现场我们看到了金风科技、比亚迪、中航锂电等一大批我国知名新能源装备企业的产品。其中,风电设备有2兆瓦双馈变速型风机、2.5兆瓦和3兆瓦永磁直驱风机、1兆瓦垂直轴风机;光伏发电设备有多晶硅组件、单晶硅组件、非晶薄膜组件及背接触式和高倍聚光电池组件;储能装置目前是磷酸铁锂电池,还将投产液流电池等。

  “国家风光储输示范电站的投产运行,让昔日‘风吹白草天无际,晒着太阳牧牛羊’的塞上高原变身为新能源领域展示国家形象的一张名片。”高明杰说,“我们几乎每天都会接待关注新能源与智能电网发展的国内外各界人士。”

  今年2月,国际电工委员会智能电网战略工作组主席RichardSchomberg来到张北,这位国际电工领域的专家对国家风光储输示范工程的建设成果“深感震撼”。他认为,该电站的投运将对国家电网公司加快推动智能电网建设、提升新能源综合利用水平意义重大。

  前不久,全国政协副主席、科技部部长万钢视察风光储输示范电站。他说,国家风光储输示范工程不仅是我国新能源综合利用成果的集中展示,也为我国未来新能源的发展提供了技术示范平台,对未来我国新能源的规模化应用具有重要的示范和借鉴意义。

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