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構，促進節(jié)能減排。然而，一次次風機脫網事故讓人們陷入了沉思，如果不能解決新能源友好上網問題，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，有效解決了新能源大規(guī)模并網的世界性技術難題，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；反之，儲能裝置顯示的是正數，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)電接入電網呈現出大規(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問題：其一，電力系統(tǒng)調峰問題，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，需要建設大量的備用容量和調峰電源，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，對電網的暫態(tài)穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性造成影響；其三，電能質量問題，風電、光伏發(fā)電大規(guī)模并網引起電壓水平降低，風機中的電子設備帶來諧波污染，影響電能質量。
由國家電網公司自主研發(fā)、設計和建設的國家風光儲輸示范工程，一舉攻克了這些技術難題。
“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，對于電網而言都不是優(yōu)質電能。”冀北電力有限公司風光儲輸示范電站有限公司總經理閆忠平表示，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的沖擊，從而將風電、光伏發(fā)電變?yōu)閮?yōu)質電能。
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事故，而剛剛投產不久的國家風光儲輸示范工程卻沒有受到影響，經受住了風機大面積脫網引起的末端電網電壓降低的考驗。
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，示范工程已實現風光儲多組態(tài)、多功能、可調節(jié)、可調度的聯(lián)合發(fā)電運行方式，初步實現儲能系統(tǒng)平滑風光出力、跟蹤調度計劃出力、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，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，國內容量最大的3000千瓦永磁直驅型風機也堅守在它的崗位上……這些國內、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，技術指標是否過關？對此，風光儲輸示范電站有限公司生產技術部主任劉漢民表示，對不同種類的風機進行統(tǒng)一調控是示范工程的一大技術亮點。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”。基于示范工程自主研發(fā)的風電廠調控一體化系統(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提供技術鋪墊，如果網源之間所有數據都無縫銜接，交流順暢，風電甚至還可以用于調頻調峰，而且響應更快、更經濟。”
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、設計之初，到建設、投運之時，示范工程就給出破解新能源并網瓶頸的答案——風光互補、網源友好、智能調度。
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，風光的互補性就很小了。因此，國家電網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，其中最關鍵的就是儲能技術。
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。據介紹，國家電網公司在該工程中匯集如此多種類的裝備，是為了積累試驗數據，比較各類技術路線的優(yōu)劣，為我國新能源大規(guī)模友好接入電網積累經驗，這也正是工程“示范”價值的體現。
國家風光儲輸示范工程在技術標準制定、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據，進行技術優(yōu)化，通過計算機仿真分析，為大規(guī)模工程應用做更深入的系統(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，成為可預測、可控制、可調度的友好電源。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，國家電網公司在風光儲輸工程上的嘗試可能短期內還無法收到巨大的經濟效益，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。
