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世界首創風光儲輸聯合優化 新能源從“調皮鬼”變“乖孩子”

中國工業大獎是國務院批準設立的我國工業領域最高獎項,代表了“大國制造”的最高水平,被譽為中國工業的“奧斯卡”。

12月11日,第四屆中國工業大獎在北京人民大會堂揭曉,國家電網公司的國家風光儲輸示范工程與探月工程、航母工程等其他8個工程一起榮獲中國工業大獎。那么,國家風光儲輸示范工程到底是個什么工程?它為什么能獲得中國工業領域最高獎項的青睞?

新能源消納難

風光儲輸示范工程應運而生

長期以來,我國能源結構以化石能源為主,大規模開發利用化石能源,讓我國面臨著資源與環境的雙重挑戰,大力發展可再生能源已成為必然選擇。

近年來,我國新能源快速發展,遠遠超出預期。2000年~2015年,全球風電、太陽能發電裝機分別增長了23倍、175倍;我國風電、太陽能發電裝機分別增長了280倍、1400倍,增長速度驚人。新能源發電規模的猛增帶來了消納難題,與傳統能源完全不同,新能源具有隨機性、波動性、間歇性等特點,大規模的新能源并網消納,對于電力系統而言是個巨大挑戰。有電力專家形容:“新能源就像一個不聽話的孩子,時不時地會調皮搗蛋?!?/P>

2011年,我國發生幾起風機脫網事故,暴露了當時很多風機不具備低電壓穿越能力的問題,此外,可再生能源如何安全穩定入網也是國際難題,德國風電就曾發生過大規模的脫網事故,引起了整個歐洲電網的震蕩,這些事故都暴露了大規模風電接入帶來電網整體安全性等問題。

新能源發電的不穩定性直接導致了棄風棄光現象嚴重,西北一些新能源電站的棄風棄光率達到50%。盡管如此,新能源仍然在以滾雪球的速度發展著。

為了消納規模如此之大的新能源電力,雖然各方不斷在消納機制上摸索、創新,但一些一直困擾新能源消納的技術難題還是沒有得到很好的解決。比如風電單機容量不足、光伏面板的轉化效率難以實現突破、大規模儲能電池在經濟性上仍然難以走向現實等。多年來,這些問題成為新能源發展的瓶頸。

為了解決這些難題,必須有一個國家級的應用和驗證各類新能源技術的示范平臺。在這種情形下,國家電網公司肩負起新能源大規模消納并網的技術攻關重任,投入技術團隊和巨資,建設了國家風光儲輸示范工程。

世界首創風光儲輸聯合優化

新能源從“調皮鬼”變“乖孩子”

國家風光儲輸示范工程增強了風電和光伏發電的友好性,保障了大規模新能源并網安全,實現了新能源大范圍配置,這是它獲得中國工業大獎的主要原因。

在國家風光儲輸示范工程中,國家電網公司自主研發的風光儲輸聯合發電全景檢測與綜合控制系統,是智能電網調度技術支持系統基礎平臺在新能源場站監控系統的首次應用。

在這個智能系統的控制下,國家風光儲輸示范工程可以進行“風、光、儲、風+光、風+儲、光+儲、風+光+儲”7種組態時序出力,實現了風儲、光儲和風光儲聯合等多種發電運行方式自動組態、智能優化和平滑切換,發電品質接近常規電源,不僅滿足了平滑出力、跟蹤計劃、系統調頻、削峰填谷等多樣調度需求,更解決了新能源發電精細化運行與控制,為大規模新能源并網及調度提供了技術支撐。這一風光儲輸聯合優化的技術路線屬世界首創。

對此,在示范工程工作多年的國網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、光伏發電出力足夠時,可將多余的發電出力儲存到電池中;一旦風光出力不夠,儲能系統就可以放出電量。而這一切,都是通過聯合發電智能全景優化控制系統實現的。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,使之安全穩定地并入電網運行?!?/P>

風光儲輸示范工程還引領著風電、光伏、儲能電池行業的技術進步。

在風電方面,示范工程突破常規風電場概念,采用統一監控平臺,將不同廠家、不同技術路線的所有風電機組組合成一個有機整體。風機有功、無功功率已實現在線動態可調,有功調整速度、響應時間與常規水電機組相當。在全部具備低電壓穿越能力的基礎上,實現國內機型首次高電壓穿越性能測試,時間及功率倍數均創國內最高紀錄。

在光伏發電方面,示范工程在國內首次建立風光聯合發電功率預測數值天氣預報,實現多尺度全天候風光聯合功率預測技術,并成功應用云成像技術和裝置開展光伏功率預測,大范圍捕捉方圓云層數據信息,有效提升光伏電站超短期功率預測能力。

在儲能電池方面,建成世界規模最大的多類型化學儲能電站。儲能電站內具有全部自主知識產權的大規模儲能監控系統,可以對多種類型電池進行統一監控,實現平滑出力、跟蹤計劃、削峰填谷、系統調頻四大功能,使風電、光伏發電的出力特性達到或接近常規電源,網源友好性能得到極大改善加強。這個儲能電站也是全球首家具有“黑啟動”功能的大規模新能源聯合發電站,填補了國內外該領域技術空白,確保了新能源涉及的局部微電網在特殊情況下的可靠運行。

新能源設備的試驗田

新能源技術的風向標

從中國工業大獎的評選標準來看,除了關注工程的科技含量和社會意義外,還有很重要的一點就是考量工程對所處行業的帶動和引領作用。國家風光儲輸示范工程就是一項名副其實的新能源行業的領軍工程。

自2011年投運以來,國家風光儲輸示范工程已經成為我國風電、光伏發電、儲能電池行業各類新設備的試驗田、新技術的風向標。

全國政協副主席、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展提供了技術示范平臺,對未來我國新能源的規?;瘧镁哂兄匾氖痉逗徒梃b意義?!痹诮衲曛袊こ淘涸菏總儗︼L光儲輸示范工程的考察中,院士們也一致認為風光儲輸示范工程探索出了一條世界首創的風光儲輸聯合發電運行模式。

風光儲輸示范工程也成為我國新能源設備的試驗田。近年來,國內幾乎每出現一種新型風力發電機、光伏發電面板、儲能電池,都會在風光儲輸示范工程首先得到應用,這些設備在這里的運行情況將反饋給國內新能源技術設備企業,為他們繼續改進設備提供技術支持。在風光儲輸示范工程的應用提升效應下,比亞迪等多家電池儲能制造企業陸續建成投產了系列儲能產品,開啟了我國電池儲能產業先河,產能較過去擴大約40倍,成本降低了78%;風光儲輸示范工程的聯合發電控制技術及檢測系統,已經成為大規模新能源場站生產運行的關鍵平臺,在江蘇如東海上風電場、西藏羊八井光伏電站、酒嘉風電基地得到廣泛應用;風光儲輸示范工程在設計建設中形成的涵蓋規劃設計、調試驗收、運行檢修和技術監督全過程技術標準體系,已應用于大唐新能源和魯能集團風電場,為大規模新能源精益化運行提供了強有力的技術支撐。

多年來,風光儲輸示范工程圍繞突破新能源大規模并網運行的技術瓶頸,通過自主創新,形成了一系列具有國際領先水平的核心技術,開辟了一條破解新能源消納世界難題的中國路徑。未來,我國新能源裝機還將持續快速增長,以風光儲輸示范工程為代表的新能源技術設備創新基地也將肩負更重要的責任。

【鏈接】

國家電網公司

三獲中國工業大獎

●2011年 1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流示范工程

大會評語:“該工程是我國第一個自主研發、設計、建設的世界上運行電壓等級最高、技術水平最先進的輸變電工程。通過工程建設,我國全面掌握了特高壓核心技術和全套設備制造能力,形成了一系列國際標準和國家標準,驗證了發展特高壓的可行性、安全性、經濟性和環保性,實現了‘中國創造’和‘中國引領’?!?/P>

●2014年 青藏聯網工程

大會評語:“青藏聯網工程代表了世界海拔最高、施工凍土區最長的輸電技術的最高水平,是中國電力工業發展史的重要里程碑,是我國走新型工業化道路的成功實踐?!?/P>

●2016年 國家風光儲輸示范工程

大會評語:“示范工程是堅持走中國特色新型工業化道路創新實踐,在無任何工程建設先例可供參考的情況下,通過堅定不移抓好科技創新,采用世界首創的風光儲輸聯合發電技術路線,攻克了從科研理論到工程應用的多個難關,為國家爭得了榮譽、為世界創造了典范,是國家電網公司把握世界能源發展趨勢,推進清潔能源產業發展的成功實踐,是中國電力工業和能源發展史上的重要里程碑?!?/P>

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