中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在2021年10月12日舉行的《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(huì)領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)上，我國(guó)正式提出要在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)加快規(guī)劃建設(shè)大型風(fēng)電光伏基地（以下簡(jiǎn)稱“沙戈荒大基地”）。同年，第一批沙戈荒大基地項(xiàng)目清單印發(fā)，總規(guī)模為1億千瓦。
4月26日，國(guó)家能源集團(tuán)寧夏騰格里沙戈荒固原紅寺堡海原250萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地項(xiàng)目獲得核準(zhǔn)批復(fù)，即將進(jìn)入建設(shè)實(shí)施階段。這是全國(guó)最大沙戈荒大基地的首個(gè)吉瓦級(jí)風(fēng)電項(xiàng)目。
預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)沙戈荒大基地的總裝機(jī)量將達(dá)到4.55億千瓦。沙戈荒大基地建設(shè)是構(gòu)建以清潔低碳能源為主體的能源供應(yīng)體系、加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要舉措，將成為破解當(dāng)下能源需求增長(zhǎng)與能源緊缺現(xiàn)狀、能源利用與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的必然選擇，將為我國(guó)的能源安全、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。
沙戈荒大基地地處電網(wǎng)末端，地理位置特殊，風(fēng)光資源的波動(dòng)性和隨機(jī)性強(qiáng)，需要解決新能源穩(wěn)定外送的技術(shù)難題。在這樣的背景下，電-熱儲(chǔ)能（電化學(xué)儲(chǔ)能+熔巖熱儲(chǔ)能）的優(yōu)化配置顯得尤為關(guān)鍵。沙戈荒大基地采取電化學(xué)儲(chǔ)能與熔鹽熱儲(chǔ)能的混合配置模式具有如下優(yōu)勢(shì)：電化學(xué)儲(chǔ)能在短時(shí)間尺度內(nèi)有效平抑新能源出力波動(dòng)，而熔鹽熱儲(chǔ)能則在長(zhǎng)時(shí)間尺度上穩(wěn)定輸出，與燃煤火電的協(xié)同運(yùn)作形成了完善的支撐體系。這一配置策略不僅提高了新能源消納率，還有助于實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的安全穩(wěn)定外送。
然而，電-熱儲(chǔ)能配置并非一蹴而就的過(guò)程，它涉及眾多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的綜合考量。電-熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置是一個(gè)多目標(biāo)、多約束的復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題。它要求我們不僅要理解電-熱儲(chǔ)能之間的耦合機(jī)理，還要綜合考慮沙戈荒大基地的運(yùn)行控制、電力市場(chǎng)的需求以及政策環(huán)境的變化。
儲(chǔ)能配置特性大不同
在沙戈荒大基地，電-熱儲(chǔ)能配置的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：
一是協(xié)同對(duì)象的復(fù)雜性。沙戈荒大基地集成了風(fēng)電、光伏發(fā)電、火電以及儲(chǔ)能系統(tǒng)，形成了一個(gè)復(fù)雜的能源網(wǎng)絡(luò)，要求不同能源在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)同。時(shí)間維度上，通過(guò)風(fēng)光火儲(chǔ)的時(shí)序協(xié)同與綜合利用，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與燃煤火電的配合，提高新能源發(fā)電的利用效率，增強(qiáng)對(duì)于新能源發(fā)電波動(dòng)的平抑能力。空間維度上，沙戈荒大基地地域范圍廣，風(fēng)光資源分布差異大，不同電源需要計(jì)及內(nèi)部的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在空間上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜匯集和協(xié)同配合，以確保能源高效輸送和穩(wěn)定運(yùn)行。電-熱儲(chǔ)能多時(shí)間尺度協(xié)同容量分配是關(guān)鍵，多類型源儲(chǔ)資源在多時(shí)空維度的有效協(xié)同是確保沙戈荒大基地高效運(yùn)行的重要因素。
二是資源因素的不確定性。新能源出力波動(dòng)性強(qiáng)，極端天氣頻繁，這要求儲(chǔ)能配置策略具有高度的靈活性和適應(yīng)性。同時(shí)，送出通道功率需求大小和持續(xù)時(shí)間的不確定性與對(duì)用戶端電力市場(chǎng)需求的不確定性直接影響沙戈荒大基地送出功率的規(guī)模和時(shí)間分布。而長(zhǎng)時(shí)間尺度的政策變化對(duì)儲(chǔ)能配置的需求和優(yōu)先級(jí)產(chǎn)生影響。因此有效應(yīng)對(duì)新能源出力、極端天氣、受端功率需求與市場(chǎng)政策多端不確定性交織帶來(lái)的影響是沙戈荒大基地電-熱儲(chǔ)能配置需要考慮的因素
三是復(fù)雜場(chǎng)景的時(shí)序協(xié)同性。在不同時(shí)間尺度上，沙戈荒大基地配置場(chǎng)景的時(shí)序協(xié)同性體現(xiàn)在單日和連續(xù)日的多場(chǎng)景組合上，單日?qǐng)鼍吧婕叭粘５湫蜅l件和單日極端天氣，如無(wú)風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)沙狀況。連續(xù)日?qǐng)鼍皠t關(guān)注多日的天氣情況，如持續(xù)的低風(fēng)速或無(wú)風(fēng)的極端天氣。針對(duì)多元復(fù)雜場(chǎng)景的相互交織的特性，電-熱儲(chǔ)能配置不僅需要滿足常規(guī)典型場(chǎng)景的概率需求，而且需要在極端場(chǎng)景發(fā)生時(shí)對(duì)整個(gè)沙戈荒大基地能源持續(xù)穩(wěn)定的送出進(jìn)行兜底。送出通道曲線的特性也可以分為單日和連續(xù)日下典型和極端需求。復(fù)雜場(chǎng)景的時(shí)序協(xié)同與送受場(chǎng)景的精確匹配是保證電力穩(wěn)定供應(yīng)和有效分配的關(guān)鍵因素。
四是多時(shí)間尺度的平衡特性。在短時(shí)間尺度上，主要保證電力電量在實(shí)時(shí)層面的動(dòng)態(tài)平衡，而且為了發(fā)揮沙戈荒大基地對(duì)外友好的特性，需要提供靈活性容量調(diào)節(jié)裕度以應(yīng)對(duì)每個(gè)時(shí)刻的需求變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電力電量在分鐘級(jí)及小時(shí)級(jí)的短時(shí)間尺度平衡。在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，一方面要滿足電量在“年-月”長(zhǎng)時(shí)間尺度的能量供應(yīng)需求；另一方面要滿足熱能在“日-周”等長(zhǎng)時(shí)間尺度上溫度、能勢(shì)等因素的匹配。多時(shí)間尺度的平衡特性是確保在不同時(shí)間尺度上均實(shí)現(xiàn)能源穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)供應(yīng)的重要因素。
五是功能需求目標(biāo)的多元化。沙戈荒大基地風(fēng)、光發(fā)電裝機(jī)占比高達(dá)67%，放大了新能源的波動(dòng)性和間歇性，使“保供應(yīng)”“保安全”“促消納”之間的矛盾更為突出，儲(chǔ)能配置更為復(fù)雜。這意味著儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅要在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益之間找到平衡點(diǎn)，還要在保證電網(wǎng)穩(wěn)定性的前提下，提升新能源的消納比例。這種多元化的需求目標(biāo)要求運(yùn)營(yíng)方能夠靈活運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制和政策工具，優(yōu)化儲(chǔ)能配置，并通過(guò)激勵(lì)措施推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和成本下降，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益的雙贏。
四大模塊，三大場(chǎng)景
按照現(xiàn)有技術(shù)，可將沙戈荒大基地電-熱儲(chǔ)能配置劃分為四個(gè)模塊：一是電能模塊，作為沙戈荒大基地的主體，電儲(chǔ)能可以通過(guò)充放電調(diào)節(jié)風(fēng)光的外特性，降低風(fēng)光的波動(dòng)；二是熱能模塊，燃煤火電可以與熔鹽儲(chǔ)熱配合，通過(guò)火電抽氣給熔鹽儲(chǔ)熱，熔鹽儲(chǔ)熱可對(duì)火電的蒸汽、熱水等介質(zhì)進(jìn)行預(yù)加熱或過(guò)熱處理以降低火電煤耗、提高能效；三是熱轉(zhuǎn)電模塊，一方面火電機(jī)組可以將化石燃料產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能，另一方面熔鹽儲(chǔ)熱可通過(guò)配置獨(dú)立發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換，為新能源發(fā)電穩(wěn)定送出提供保障；四是電轉(zhuǎn)熱模塊，通過(guò)電熱泵等電蓄熱系統(tǒng)將棄電轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存在熔鹽熱儲(chǔ)能中，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源的充分利用。
沙戈荒大基地在新能源電力系統(tǒng)中的建設(shè)需要三種典型模式，可以通過(guò)靈活切換和組合不同模塊來(lái)形成不同深度的電-熱耦合鏈路，以確保高效消納和安全經(jīng)濟(jì)輸送新能源。一是常規(guī)模式：由于新能源的波動(dòng)性，電化學(xué)儲(chǔ)能和火電的配合是新能源發(fā)電穩(wěn)定送出的關(guān)鍵，電化學(xué)儲(chǔ)能可平抑短時(shí)間尺度的波動(dòng)，而燃煤火電可以與熔鹽儲(chǔ)熱配合，既可以降低火電的煤耗提高其能效，又能對(duì)沙戈荒大基地提供長(zhǎng)時(shí)間尺度的支撐。二是促消納模式：在新能源大發(fā)時(shí)，為了降低新能源的棄電量，一方面電儲(chǔ)能可以通過(guò)充電吸收小部分棄電，另一方面可以通過(guò)電熱泵等電蓄熱系統(tǒng)將棄電儲(chǔ)存在熔鹽熱儲(chǔ)能中，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源的充分利用；三是保供應(yīng)模式：在頂峰或無(wú)風(fēng)光等極端天氣發(fā)生時(shí)，一方面電化學(xué)儲(chǔ)能可通過(guò)放電提供小時(shí)級(jí)電量支撐，另一方面熔鹽儲(chǔ)熱可通過(guò)配置單獨(dú)的發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換，為沙戈荒大基地提供長(zhǎng)時(shí)間尺度的能量支持。
協(xié)同推進(jìn)，解決技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)沙戈荒大基地電-熱儲(chǔ)能配置的復(fù)雜性，可從以下三方面入手協(xié)同推進(jìn)相關(guān)問(wèn)題的解決。
第一，對(duì)沙戈荒大基地的電-熱儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行詳盡的特性與應(yīng)用場(chǎng)景分析。這包括分析各種儲(chǔ)能技術(shù)（如電化學(xué)儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱等）的物理和化學(xué)特性，以及它們?cè)诓煌僮鳁l件下的性能。進(jìn)而提出復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的匹配方法，模擬不同儲(chǔ)能組合在各種典型和極端氣候條件下的運(yùn)行特性。
第二，深入研究電-熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同策略與復(fù)雜場(chǎng)景下的生產(chǎn)模擬技術(shù)。這涉及到如何在風(fēng)電、光伏、火電和儲(chǔ)能之間進(jìn)行有效的能量調(diào)配和優(yōu)化，尤其是在供電不足或過(guò)剩的情況下。通過(guò)開發(fā)復(fù)雜場(chǎng)景生產(chǎn)模擬工具，模擬沙戈荒大基地在多變的市場(chǎng)和環(huán)境條件下的運(yùn)行，以驗(yàn)證和優(yōu)化協(xié)同策略。
第三，開發(fā)高效的優(yōu)化配置技術(shù)。配置技術(shù)不僅要快速處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的約束條件、全局優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置和運(yùn)行以兼顧沙戈荒大基地的靈活性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，而且需要探索求解加速技術(shù)，如對(duì)并行計(jì)算和云計(jì)算資源的利用，以提高算法的求解速度和處理能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)配置模型的高效快速求解。
總之，電-熱儲(chǔ)能配置技術(shù)的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)沙戈荒大基地新能源發(fā)電安全穩(wěn)定高效外送的關(guān)鍵，是對(duì)沙戈荒大基地的建設(shè)運(yùn)營(yíng)有力的技術(shù)支持，將為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。
