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风光储输:打造新能源标杆工程

时间:[2017-09-08 ] 信息来源:国家电网报社
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  8月,张北坝上草原迎来了一年中最美的季节。在河北省张家口市,世界上规模最大的,集风电、光伏发电、储能及智能调度输电于一体的新能源友好并网综合示范项目——国家风光储输示范工程,一座座高耸入云的风机和一排排熠熠生辉的太阳能光伏板与周围的绿色融为一体,呈现出新能源发展的蓬勃生机。

  时间回到2016年12月11日,第四届中国工业大奖在北京人民大会堂揭晓,国家电网公司的国家风光储输示范工程与探月工程、航母工程等其他8个工程一起荣获中国工业大奖。这是国家风光储输示范工程投运五年来,国家给予该工程的最耀眼勋章。这到底是个什么样的工程?它在促进绿色发展、推动清洁转型方面发挥了什么样的作用?我们来为你揭晓答案。

技术路线世界首创

  近年来,我国新能源快速发展,远远超出预期。新能源发电规模的猛增带来了消纳难题,与传统能源完全不同,新能源具有随机性、波动性、间歇性等特点,大规模的新能源并网消纳,对于电力系统而言是个巨大挑战。有电力专家形容:“新能源就像一个不听话的孩子,时不时地会调皮捣蛋。”

  为了消纳规模如此之大的新能源电力,虽然各方不断在消纳机制上摸索、创新,但一些一直困扰新能源消纳的技术难题还是没有得到很好的解决。比如风电单机容量不足、光伏面板的转化效率难以实现突破、大规模储能电池在经济性上仍然难以走向现实等。多年来,这些问题成为新能源发展的瓶颈。

  为解决这些难题,必须有一个国家级的应用和验证各类新能源技术的示范平台。在这种情形下,国家电网公司肩负起新能源大规模消纳并网的技术攻关重任,投入技术团队和巨资,建设了国家风光储输示范工程。

  国家风光储输示范工程增强了风电和光伏发电的友好性,保障了大规模新能源并网安全,实现了新能源大范围配置。

  在智能系统的控制下,国家风光储输示范工程可以进行“风、光、储、风+光、风+储、光+储、风+光+储”7种组态时序出力,实现了风储、光储和风光储联合等多种发电运行方式自动组态、智能优化和平滑切换,发电品质接近常规电源,不仅满足了平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷等多样调度需求,更实现了新能源发电精细化运行与控制,为大规模新能源并网及调度提供了技术支撑。这一风光储输联合优化的技术路线属世界首创。

  对此,在示范工程工作多年的国网冀北电力风光储输公司副总工程师刘汉民博士解释说:“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,储能系统就可以放出电量。而这一切,都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。”

  风光储输示范工程还引领着风电、光伏、储能电池行业的技术进步。有了风、光、储,相当于一个人有了手、脚和身体,为风光储电站安上“智慧大脑”势在必行,为此,风光储全景一体化监控系统应运而生。该系统是整个发电系统的控制核心,通过风光互补、储能调节、智能调度,实现新能源发电的稳定、可控,破解了新能源并网难题。

建绿色工程攀技术高峰

  坝上一场风,从春刮到冬。一句民谚道出了张北特殊的气候特点。这里风大、日照充足、空气纯净,年平均风速每秒6.3~8米,风电资源可开发量4000万千瓦。这里的太阳能资源也极为丰富,年平均日照时数2898小时,太阳能资源可开发量3000万千瓦。

  “这边是一期光伏电站示范区,采用的是最佳倾角固定式,那边是二期示范区……”面对这片占地2700余亩的“试验田”,从2009年10月份工程踏勘就全程参与的国家风光储输示范电站综合部副主任杨凯对这里的一草一木都非常熟悉。他感慨地说:“当时,这里就是一片荒山秃岭,冬天最低温度能达到零下30多摄氏度,因为温度太低,传感器时常失灵……”他指着西北方向一棵葱茏的大树说,“原来那个位置也在规划范围内,但为了让草原多一抹绿色,我们调整了光伏组件的安装区域,绕道保住了这棵大树。”

  风沙、严寒、日晒、雨淋……就是在这样严酷的自然条件下,国网冀北电力的建设者们发扬愚公移山、艰苦奋斗的精神,从无到有建起了这项全球最大的集风力发电、光伏发电、储能装置及智能输出四位一体的新能源试验示范工程,其建设成果为加快破解新能源大规模并网的世界性技术难题贡献了智慧和力量,成为我国乃至全球新能源领域前沿探索和产业升级的风向标。

  在孟家梁风电试验区,仰头向一座丘陵上的风机望去,它比周围其他的风机都更加高大雄伟。2014年11月7日,这座风机吊装完成。吊装现场堪称壮观,仅拉运1250吨吊车组件就动用了57辆大型货车,创造了安装作业海拔最高、设备运行方式最完善等多项行业之最。在此之前,在陆上建设如此大型的风机在国内没有先例,电网建设者与几家外国厂家洽谈,但由于技术封锁等原因屡被拒绝。

  怎么办?勇于超越、追求卓越的电网建设者横下一条心,再难也要建成中国自己的大型风电场!他们与国内风电厂家合作,边建设边研究,最终攻克了常规风机故障穿越能力差容易脱网、无法在统一的风电场监控平台上实现多种机型的统一调度等技术难题,建成了国内最大的源网友好型风电场。它突破常规风电场概念,采用统一监控平台,将不同厂家、不同技术路线的风电机组成有机整体,在全部具备低电压穿越能力的基础上,实现国内机型首次高电压穿越性能测试,时间及功率倍数均创国内纪录。

  风机旁有一片空旷地带。杨林说,那是为未来更大型风机预留的机位。2016年,国家风光储示范电站发电11亿千瓦时,其中风电占三分之二。6年来,示范工程在源源不断地为大电网输送清洁能源的同时,发挥示范引领作用,为新能源大规模并网利用积累着宝贵的运行、试验数据。在占地1800亩的光伏电站一期试验区内,整齐地排列着最佳倾角固定式、平单轴等6类采光跟踪系统的光伏电池板设备。光伏班专责赵建华说:“这片试验区2012年建成并网,当时大部分设备都是国内首台、首套,很多厂家主动要求把设备拿来试验。”如今,当年的创新成果经过试验、论证、改进,已在全国大规模推广,为光伏产业发展提供了可靠的技术支撑。

  自2011年投运以来,国家风光储输示范工程已经成为我国风电、光伏发电、储能电池行业各类新设备的试验田、新技术的风向标。

  全国政协副主席、科技部部长万钢视察示范工程时说:“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。”

  多年来,风光储输示范工程围绕突破新能源大规模并网运行的技术瓶颈,通过自主创新,形成了一系列具有国际领先水平的核心技术,开辟了破解新能源消纳这一世界难题的中国路径。未来,我国新能源装机还将持续快速增长,以风光储输示范工程为代表的新能源技术设备创新基地也将肩负更重要的使命。