中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從項(xiàng)目簽約到正式投運(yùn)，歷時(shí)近四年。
2024年3月31日，全球儲(chǔ)能配置規(guī)模最大的單體新能源場(chǎng)站、全球規(guī)模最大的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化示范項(xiàng)目——三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目通過(guò)永久送出工程正式投運(yùn)。
項(xiàng)目介紹
該項(xiàng)目位于全國(guó)I級(jí)風(fēng)能資源核心區(qū)內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市四子王旗，該地區(qū)風(fēng)能資源儲(chǔ)量4650萬(wàn)千瓦，技術(shù)開(kāi)發(fā)量3650萬(wàn)千瓦，年平均日照時(shí)間3200小時(shí)，屬日照高值區(qū)，現(xiàn)已規(guī)劃風(fēng)光電裝機(jī)容量3600萬(wàn)千瓦，是發(fā)展風(fēng)、光電產(chǎn)業(yè)的理想之地。
項(xiàng)目總裝機(jī)200萬(wàn)千瓦，其中風(fēng)電170萬(wàn)千瓦、光伏30萬(wàn)千瓦，配套儲(chǔ)能55萬(wàn)千瓦×2小時(shí)，能夠儲(chǔ)存110臺(tái)5兆瓦風(fēng)機(jī)滿(mǎn)發(fā)2小時(shí)產(chǎn)生的能量，是國(guó)內(nèi)首個(gè)儲(chǔ)能配置規(guī)模達(dá)到千兆瓦時(shí)的新能源場(chǎng)站。
示范項(xiàng)目充分發(fā)揮“源、網(wǎng)、儲(chǔ)”整體聯(lián)動(dòng)示范作用，通過(guò)風(fēng)光儲(chǔ)一體化建設(shè)、運(yùn)行，自主研發(fā)和應(yīng)用智慧聯(lián)合集控中心，創(chuàng)新性開(kāi)展電網(wǎng)友好“網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機(jī)制，最大程度緩解了電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)壓力，有效提升了地區(qū)清潔能源消納水平。
同時(shí)，該項(xiàng)目大規(guī)模投入使用新型電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)BMS儲(chǔ)能方案的短板效應(yīng)，大幅提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效容量和壽命；STATCOM儲(chǔ)能系統(tǒng)基于新型自主化IGCT功率器件和鏈?zhǔn)蕉嚯娖綋Q流技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的有功無(wú)功支撐和系統(tǒng)高級(jí)服務(wù)，是國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的直掛式儲(chǔ)能裝置。
技術(shù)應(yīng)用
2020年12月，三峽集團(tuán)在烏蘭察布市投資6億元，建設(shè)集研發(fā)、實(shí)證、應(yīng)用為一體，產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地。瞄準(zhǔn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)亟需研究的規(guī)模化儲(chǔ)能技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)、一體化調(diào)度技術(shù)、商業(yè)模式等問(wèn)題，聯(lián)合清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、天津大學(xué)等20余所國(guó)內(nèi)頂尖科研機(jī)構(gòu)的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)展攻關(guān)研究，已取得諸多技術(shù)成果。
▌百萬(wàn)千瓦級(jí)電網(wǎng)友好型風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群智慧聯(lián)合集控關(guān)鍵技術(shù)
百萬(wàn)千瓦級(jí)電網(wǎng)友好型風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群智慧聯(lián)合集控關(guān)鍵技術(shù)，由中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究院和華北電力大學(xué)共同組建團(tuán)隊(duì)完成聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)新性地開(kāi)展了“大規(guī)模區(qū)域的風(fēng)光功率聯(lián)合預(yù)測(cè)”“面向風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站協(xié)同優(yōu)化控制與保護(hù)”“電網(wǎng)友好型新能源電站‘網(wǎng)-源’協(xié)調(diào)關(guān)鍵機(jī)制”“新能源快速一次調(diào)頻和虛擬慣量支撐”等技術(shù)研究，針對(duì)“規(guī)?；瘍?chǔ)能+新能源”開(kāi)發(fā)了多種調(diào)控模式及電網(wǎng)友好功能，實(shí)現(xiàn)了“場(chǎng)站層”和“站群層”的有機(jī)協(xié)調(diào)。
智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)作為示范項(xiàng)目的“中樞大腦”，承擔(dān)著新一代電網(wǎng)友好綠色電站與蒙西電網(wǎng)調(diào)度交易中心“智能化自主化交互通訊、主動(dòng)感知和決策分析”等重要功能。通過(guò)全場(chǎng)景的運(yùn)行考驗(yàn)，系統(tǒng)具備的“頂峰供電、功率平滑、一次調(diào)頻、虛擬慣量”等電網(wǎng)友好功能得到了驗(yàn)證，新能源場(chǎng)站群“集中功率預(yù)測(cè)、風(fēng)光儲(chǔ)協(xié)同調(diào)控策略”等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題均得到了解決，示范電站具備了“一體化智慧控制、電網(wǎng)友好接入及風(fēng)光儲(chǔ)穩(wěn)定”的運(yùn)行要求。
“儲(chǔ)能規(guī)模配置”是電站并網(wǎng)友好的物理基礎(chǔ)，“數(shù)字化管理”則是解決高配比儲(chǔ)能與風(fēng)光新能源智慧協(xié)調(diào)運(yùn)行的手段。項(xiàng)目創(chuàng)新研發(fā)的“智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)”主要通過(guò)風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群的“智慧控制”和“智能運(yùn)維”兩條途徑進(jìn)行數(shù)字化管理創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)示范項(xiàng)目電站的“全面可觀、精確可測(cè)、高度可控”，實(shí)現(xiàn)了能源安全可靠供給的“電網(wǎng)友好”目標(biāo)、從思維、技術(shù)、人才、管理、運(yùn)營(yíng)等方面走出創(chuàng)新之路。
▌大規(guī)模新能源及儲(chǔ)能綜合仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
該平臺(tái)包括基于RT-LAB、RTDS、RT-MEET（國(guó)產(chǎn)化動(dòng)矩實(shí)時(shí)仿真器）的數(shù)字仿真系統(tǒng)和場(chǎng)站的控制保護(hù)物理設(shè)備屏柜；以功率放大器為核心的動(dòng)模平臺(tái)，將不同類(lèi)型儲(chǔ)能和PCS組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)與數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行連接；最后，在數(shù)字平臺(tái)和動(dòng)模平臺(tái)上建立一套實(shí)驗(yàn)室管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字平臺(tái)之間互聯(lián)，數(shù)模平臺(tái)之間互聯(lián)，可模擬調(diào)度中心或大數(shù)據(jù)中心的調(diào)控功能和仿真數(shù)據(jù)的展示功能。
該平臺(tái)具備百萬(wàn)千瓦級(jí)新能源及儲(chǔ)能裝備全電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真能力，首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、動(dòng)態(tài)模擬的高速實(shí)時(shí)通信和接口設(shè)計(jì)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)數(shù)字模型、實(shí)際控制保護(hù)裝置和儲(chǔ)能系統(tǒng)的跨平臺(tái)聯(lián)合仿真。國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、類(lèi)型最豐富的儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)，涉及飛輪、全釩液流、超級(jí)電容、磷酸鐵鋰電池、固態(tài)鋰離子電池、鈉離子電池、水系鈉離子電池等七種儲(chǔ)能形式，可開(kāi)展多類(lèi)型控制保護(hù)裝置和儲(chǔ)能系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)新能源并網(wǎng)仿真數(shù)字孿生系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源及儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)全景可觀可測(cè)可控的管控新模式。
▌國(guó)內(nèi)容量最大功率路由器示范工程
中國(guó)三峽集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院聯(lián)合清華大學(xué)、西安西電電力系統(tǒng)有限公司、山東泰開(kāi)直流技術(shù)有限公司，成功研制了國(guó)內(nèi)容量最大的功率路由器設(shè)備。功率路由器共3個(gè)功率端口：10kV/6MVA交流端口、10kV/3MVA交流端口、±750V/3MW直流端口；主要有兩個(gè)功能：一是具備豐富的不同電壓等級(jí)的交直流端口，適用于風(fēng)、光、儲(chǔ)等不同元素的統(tǒng)一、靈活接入，減少電能變換環(huán)節(jié)，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率；二是主動(dòng)控制各端口的功率潮流，通過(guò)不同供電區(qū)域功率優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的高比例消納。
作為國(guó)內(nèi)容量最大的功率路由器示范工程，本項(xiàng)目研制的功率路由器各端口容量合計(jì)12MW，該設(shè)備所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代，打破了國(guó)外在大功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。在直流變壓技術(shù)方面，本項(xiàng)目研制的IGCT直流變壓器中單個(gè)DAB功率模塊容量達(dá)1MW，相比于IGBT/SiC直流變壓器DAB模塊，容量提升10倍以上，成本和體積減少1/3以上；在直流故障保護(hù)方面，本項(xiàng)目基于國(guó)產(chǎn)逆阻型IGCT器件研制了新一代全固態(tài)故障電流控制器，實(shí)現(xiàn)百微秒開(kāi)斷10kA短路電流、額定2kA電流工況下1.3V超低通態(tài)壓降，并配備了超快速過(guò)流自保護(hù)控制系統(tǒng)。
該工程可應(yīng)用于雙碳背景下廣泛存在的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”工業(yè)園區(qū)或配網(wǎng)，解決分布式新能源、儲(chǔ)能、各種類(lèi)型負(fù)荷的統(tǒng)一、高效、靈活的接入，實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”柔性接入和靈活互動(dòng)，提高能源利用效率并減少占地。
▌高速磁懸浮飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)
高速磁懸浮飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)針對(duì)電力系統(tǒng)慣量響應(yīng)、一次調(diào)頻應(yīng)用特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，由高速磁懸浮飛輪單元、一體化變流器、飛輪管理系統(tǒng)、飛輪集裝箱等構(gòu)成，以高速磁懸浮飛輪儲(chǔ)能特性為手段，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電網(wǎng)頻率，保障電力系統(tǒng)頻率安全的目的。
由中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司聯(lián)合沈陽(yáng)微控新能源技術(shù)有限公司依托三峽新能源烏蘭察布新型儲(chǔ)能驗(yàn)證平臺(tái)工程研制的“適用于新能源電站慣量和調(diào)頻支撐的兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)”是慣量響應(yīng)及調(diào)頻領(lǐng)域唯一一項(xiàng)入選的重大技術(shù)。
在2021年12月底，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)抵烏蘭察布項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，并于2022年3月通過(guò)動(dòng)模仿真平臺(tái)試驗(yàn)測(cè)試。應(yīng)用于新型儲(chǔ)能技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)的5臺(tái)200kW高速磁懸浮儲(chǔ)能飛輪及配套PCS等設(shè)備，構(gòu)成1MW/15MJ集裝箱式飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。其中4臺(tái)200kW高速磁懸浮儲(chǔ)能飛輪及配套PCS等設(shè)備組成的0.8MW/12MJ集裝箱式飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要由飛輪儲(chǔ)能陣列、飛輪管理系統(tǒng)(FMS)、儲(chǔ)能變流器(PCS)組成，應(yīng)用于新型儲(chǔ)能技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)；另外1臺(tái)0.2MW/3MJ飛輪儲(chǔ)能單體應(yīng)用于動(dòng)模仿真平臺(tái)，其PCS由動(dòng)模平臺(tái)側(cè)統(tǒng)一配置。
飛輪儲(chǔ)能對(duì)解決新能源并網(wǎng)一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)具有現(xiàn)實(shí)意義，也對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的多元化具有創(chuàng)新意義，可改善電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力，提升電網(wǎng)對(duì)功率突變事件的調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力。未來(lái)，隨著電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的不斷完善以及儲(chǔ)能技術(shù)的不斷升級(jí)，將為儲(chǔ)能打開(kāi)更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和價(jià)值收益，也將開(kāi)啟飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用新時(shí)代。
▌?wù)淄呒?jí)直流耦合接入的鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)
該項(xiàng)目中混合儲(chǔ)能系統(tǒng)采用鋰離子電池和超級(jí)電容器以能量型和功率型儲(chǔ)能技術(shù)耦合互補(bǔ)的形式進(jìn)行應(yīng)用，整套系統(tǒng)由3個(gè)預(yù)制艙體組成，分別為0.5MW/1MWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)艙、1MW/0.1MWh超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)艙、1.5MW儲(chǔ)能變流器艙。其中鋰離子電池和超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)制艙內(nèi)分別配有直流匯流柜、電池/電容管理系統(tǒng)、本地能量管理系統(tǒng)、自動(dòng)消防系統(tǒng)、空調(diào)等設(shè)備。各儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)直流匯流柜接入相應(yīng)的儲(chǔ)能變流器，再分別接入功率路由器±750V直流母線，響應(yīng)園區(qū)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的削峰填谷或調(diào)頻調(diào)度指令。
鋰離子電池具有能量密度高、儲(chǔ)/釋能時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)削峰填谷；超級(jí)電容器具有功率密度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可參與電力系統(tǒng)一次調(diào)頻，同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。通過(guò)兩種儲(chǔ)能技術(shù)耦合及協(xié)調(diào)控制策略?xún)?yōu)化，鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮性能互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足電網(wǎng)不同層次需求，最大限度發(fā)揮儲(chǔ)能的作用。
針對(duì)烏蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)試驗(yàn)基地中的交直流混合電網(wǎng)架構(gòu)，該項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)了將鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)DC/DC設(shè)備直接在750V直流母線側(cè)進(jìn)行功率耦合，該接入方式可提高AC/DC并網(wǎng)逆變器的利用率，此外，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)既可以對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行功率支撐，又可以解決直流電網(wǎng)的功率突變和諧波問(wèn)題。
▌?wù)淄邥r(shí)級(jí)固態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用
項(xiàng)目由1MW/2MWh的能量型固態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與一套用于動(dòng)模仿真研究的30kW/56kWh的小型固態(tài)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組成，共同集成于1臺(tái)40尺的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出750V直流電壓并網(wǎng)。
項(xiàng)目通過(guò)電芯生產(chǎn)工藝創(chuàng)新以及模組和系統(tǒng)集成創(chuàng)新，對(duì)固態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，研發(fā)應(yīng)用于規(guī)模儲(chǔ)能的固態(tài)鋰離子電池，并通過(guò)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，驗(yàn)證該技術(shù)在“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”場(chǎng)景中運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能型固態(tài)鋰離子電池在全球的首次示范應(yīng)用。
該項(xiàng)目基于氧化物固態(tài)電解質(zhì)體系的原位固化固態(tài)電池技術(shù)，結(jié)合原子級(jí)鍵合技術(shù)、離子導(dǎo)電膜技術(shù)并配合新型電池裝備，提升了界面接觸及穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性，有效抑制了循環(huán)過(guò)程中電池的體積膨脹及SEI膜熱穩(wěn)定性。研發(fā)的本質(zhì)安全、長(zhǎng)壽命固態(tài)鋰離子電池，以期從根本上降低電池在失控后發(fā)生的起火、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)將電池的能量密度較傳統(tǒng)鉛酸電池提升4~5倍，電池使用壽命達(dá)到6000次以上，并通過(guò)電安全、機(jī)械安全、熱安全、環(huán)境安全等四個(gè)維度的極限測(cè)試，其安全性能遠(yuǎn)高于目前常規(guī)儲(chǔ)能電池。
項(xiàng)目歷程
2020年4月6日，三峽集團(tuán)與內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，就烏蘭察布市“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化綜合應(yīng)用示范項(xiàng)目開(kāi)發(fā)事宜達(dá)成一致意見(jiàn)。
2020年9月21日，內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局對(duì)《烏蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綜合應(yīng)用示范基地方案》進(jìn)行復(fù)函，表示同意方案的執(zhí)行，并就“示范目標(biāo)”“示范內(nèi)容”等做出了具體指示。
2020年10月28日，該項(xiàng)目（一、二、三期）取得烏蘭察布市發(fā)展和改革委會(huì)批復(fù)。
2020年10月31日，烏蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)示范項(xiàng)目暨三峽現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)園在內(nèi)蒙古烏蘭察布市開(kāi)工建設(shè)。
2021年4月28日，該項(xiàng)目（一期）現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)工。
2021年11月30日，該項(xiàng)目（一期）全部風(fēng)機(jī)吊裝完成。
2021年12月29日，該項(xiàng)目首批50萬(wàn)千瓦的機(jī)組成功并入內(nèi)蒙古電網(wǎng)，標(biāo)志著項(xiàng)目邁出了重要的一步。
2021年12月30日，該項(xiàng)目（一期）全容量并網(wǎng)發(fā)電。
2021年12月22日，一期風(fēng)機(jī)吊裝完成。
2022年7月16日，該項(xiàng)目（二期）開(kāi)工。
2022年7月28日，該項(xiàng)目（三期）開(kāi)工。
2022年9月16日，該項(xiàng)目（一期）順利通過(guò)移交生產(chǎn)驗(yàn)收。
2022年12月9日，該項(xiàng)目（二期、三期）3座升壓站的7臺(tái)主變壓器全部就位，該項(xiàng)目主要設(shè)備全部就位完成。
2023年3月31日，該項(xiàng)目（一期）專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收全部完成，已初步具備竣工驗(yàn)收條件。
2023年6月20日，該項(xiàng)目（二期、三期）風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)全部澆筑完成，該項(xiàng)目風(fēng)場(chǎng)區(qū)主要基礎(chǔ)施工全部完成。
2023年9月16日，隨著最后一臺(tái)6.66兆瓦風(fēng)機(jī)成功吊裝，綠色電站示范項(xiàng)目二、三期工程198臺(tái)風(fēng)機(jī)全部順利吊裝完成，標(biāo)志著該項(xiàng)目1700兆瓦278臺(tái)風(fēng)機(jī)全部吊裝完成。
2023年9月27日，該項(xiàng)目（二期、三期）儲(chǔ)能設(shè)備首臺(tái)吊裝。
2023年12月23日，該項(xiàng)目（二期、三期）150萬(wàn)千瓦并網(wǎng)，標(biāo)志著全球單體規(guī)模最大的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)圓滿(mǎn)完成。
2024年3月29日，該項(xiàng)目在配套500千伏輸變電永久送出工程投運(yùn)后，周密部署并網(wǎng)安全措施，在兩日內(nèi)完成了170萬(wàn)千瓦風(fēng)電、30萬(wàn)千瓦光伏的全容量并網(wǎng)，且一次成功。
2024年3月30日，該項(xiàng)目正式投運(yùn)。
