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一座座亭亭玉立的風力發(fā)電機，一排排熠熠生輝的太陽能光伏電池板，構(gòu)成塞北高原一道奇異的風景。記者 杜躍進/攝 |
9月的北京暑熱未消，可位于京北僅200多公里外的河北省張北縣，早晚已是寒氣逼人。當我們驅(qū)車北進，駛上海拔比北京高出約兩倍的張北塞上高原，藍天白云下，一座座亭亭玉立的風力發(fā)電機，一排排熠熠生輝的太陽能光伏電池板，構(gòu)成了“新能源之都”的獨特風景。車行不遠，一座四層樓高的現(xiàn)代建筑映入眼簾，這便是國家風光儲輸示范電站。
當以風能和太陽能為代表的新能源被賦予“第三次工業(yè)革命核心”的重任時，如何克服這兩種“最清潔能源”與生俱來的隨機性、波動性和間歇性，進而實現(xiàn)規(guī)�；⒕W(wǎng)，便成為一道橫亙在新能源開發(fā)利用之路上的難題。眼前這個全球最大的風光儲輸項目，便是為破解這一世界性難題而展開的前沿性探索。
落戶張北有“姻緣”
登上國家風光儲輸示范電站四層主樓樓頂，一陣陣寒風襲來，工作人員給《經(jīng)濟參考報》記者披上了厚厚的棉大衣。電站總經(jīng)理高明杰指著遠處的風機和近處光伏板，給我們介紹這個剛剛落成半年多的新能源開發(fā)利用“試驗田”。
2009年4月29日，由科技部、財政部、能源局在國家電網(wǎng)公司召開了“金太陽工程”協(xié)調(diào)會。會議確定，由國家電網(wǎng)公司牽頭，規(guī)劃建設(shè)1至2個100兆瓦級標志性示范項目，探索解決風電和光電的并網(wǎng)問題。國家風光儲輸示范電站工程由此啟動。
工程落戶張北，則緣于張北這片神奇土地的獨特資源稟賦。800年前，一代天驕成吉思汗在這里以8萬鐵騎打敗了大金國40萬雄兵，由此拉開蒙古帝國征戰(zhàn)并稱霸歐亞大陸的序幕。當歷史的塵埃散去后，這里除了成吉思汗子孫們留下的元中都的斷壁殘垣，就是無盡的風沙與陽光。
“壩上一場風，從春刮到冬”這句描述惡劣自然環(huán)境的民諺，卻從一個側(cè)面道出當?shù)仫L能資源的豐富。據(jù)測算，這里年平均有效風速時間在6000小時以上。同時，這里的太陽能資源也極為豐富，年平均日照時間將近3000小時。
近年來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速崛起，張北的風能和陽光吸引了大批新能源開發(fā)商。今日以張北為重點的冀北地區(qū)，不僅成為國家批復(fù)的首批千萬千瓦級風電基地之一，同時還涌現(xiàn)了一批太陽能光伏電站，以至被譽為“新能源之都”。
可另一方面，由于當?shù)厝丝谏�，�?jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，用電量有限，大量的風電和光伏發(fā)電必須通過高電壓、遠距離輸送至京津唐電網(wǎng)負荷中心消納。而風電和光伏發(fā)電因天氣變化等原因，出力忽大忽小，時有時無，在沒有足夠數(shù)量的其他電源匹配調(diào)峰的情況下，并網(wǎng)時往往會導(dǎo)致電網(wǎng)運行不穩(wěn)定。這也是當前一些地方“棄風”與“棄光”現(xiàn)象嚴重的原因之一。
“種種因素的匯集，使張北成為最具備新能源開發(fā)利用特征的地區(qū)，在破解電網(wǎng)接納大規(guī)模新能源技術(shù)難題上具有典型性和代表性�！奔奖彪娏究偨�(jīng)理尹積軍告訴記者，“正因如此，國家風光儲輸示范工程最終選址和落戶張北�！�
破解“世界級難題”
如何科學合理解決以風電、光伏發(fā)電為代表的新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)、集成應(yīng)用，這是一道世界級難題。國內(nèi)外的科技人員開展了多種嘗試，至今未形成一條公認的“捷徑”。
專家介紹，目前影響新能源大規(guī)模并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸主要有三點，一是調(diào)峰問題，需建設(shè)大量的備用容量和調(diào)峰電源；二是電力安全問題，風電和光電出力多變和瞬間沖擊，影響電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性；三是電能質(zhì)量問題，風電和光電大規(guī)模并網(wǎng)常常會引起電壓水平降低，風機中的電子設(shè)備會帶來諧波污染，影響電能質(zhì)量。
為此，國家電網(wǎng)公司科研團隊經(jīng)過長時間前期調(diào)研后，最終確定了風光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線，即“風光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”。
2010年春，張北高原上的冰雪尚未消融，國家風光儲輸示范工程建設(shè)便熱火朝天地拉開了序幕。工程一期建設(shè)規(guī)模為風電98.5兆瓦、光伏發(fā)電40兆瓦、儲能20兆瓦，并配套建設(shè)220千伏智能變電站一座，總投資約33億元。
“風光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線屬世界首創(chuàng)，沒有先例可循�！痹陔娬究刂浦行�，高明杰告訴《經(jīng)濟參考報》記者，工程建設(shè)期間，國家電網(wǎng)公司給予高度重視，組建了以中國電力科學研究院、國網(wǎng)電力科學研究院等單位在內(nèi)的科研團隊，開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過一年多的緊張施工，2011年12月中旬，工程進入系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段；12月25日，世界上第一個集“風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電”于一體的國家風光儲輸示范工程竣工投運。
在電站控制中心中央大屏幕上，可以直觀地看到，波動較大的藍色曲線(代表風電出力)和黃色曲線(代表光伏發(fā)電出力)，經(jīng)橙色曲線(代表儲能即蓄電池電量變化)“填平補齊”后，變成了平滑的綠色曲線(代表電站實際發(fā)電出力)。
電站生產(chǎn)部主任劉漢民博士解釋說：“當風電、光伏發(fā)電出力足夠時，可將多余的發(fā)電出力儲存到電池中；一旦風光出力不夠時，儲能系統(tǒng)就可以放出電量。而這一切，是通過聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)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(wěn)定地并入電網(wǎng)運行�！�
電站一期工程的建成投產(chǎn)，標志著包括聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統(tǒng)在內(nèi)的一系列成果研發(fā)成功，風光儲輸技術(shù)路線從理論變?yōu)楝F(xiàn)實。
“試驗田”的豐碩成果
截至目前，國家風光儲輸示范工程已平穩(wěn)運行9個多月，累計發(fā)電2.2億千瓦時。然而，在專家們看來，這個電站的意義并不在于發(fā)了多少電，而在于在無任何工程實例可參考的條件下，探索出一條世界首創(chuàng)的風光儲輸聯(lián)合發(fā)電運行模式，即通過風、光、儲的七種組合發(fā)電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷四種功能的結(jié)合，實現(xiàn)多組態(tài)、多功能、可調(diào)節(jié)、可調(diào)度的聯(lián)合發(fā)電運行方式。
《經(jīng)濟參考報》記者在采訪中了解到，隨著這一全新的聯(lián)合發(fā)電運行模式的實驗與探索，科技人員實現(xiàn)了風光儲互補機制及系統(tǒng)集成、全景監(jiān)測與協(xié)調(diào)控制、功率預(yù)測、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、大規(guī)模儲能技術(shù)等5大技術(shù)突破，完成了聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制等10項以上自主設(shè)備研發(fā)，并獲得了儲能控制策略等20多項技術(shù)創(chuàng)新。
事實上，這個示范電站已成為我國新能源發(fā)電和儲能技術(shù)的試驗場�！ �
在電站一期工程現(xiàn)場我們看到了金風科技、比亞迪、中航鋰電等一大批我國知名新能源裝備企業(yè)的產(chǎn)品。其中，風電設(shè)備有2兆瓦雙饋變速型風機、2.5兆瓦和3兆瓦永磁直驅(qū)風機、1兆瓦垂直軸風機；光伏發(fā)電設(shè)備有多晶硅組件、單晶硅組件、非晶薄膜組件及背接觸式和高倍聚光電池組件；儲能裝置目前是磷酸鐵鋰電池，還將投產(chǎn)液流電池等。
“國家風光儲輸示范電站的投產(chǎn)運行，讓昔日‘風吹白草天無際，曬著太陽牧牛羊’的塞上高原變身為新能源領(lǐng)域展示國家形象的一張名片。”高明杰說，“我們幾乎每天都會接待關(guān)注新能源與智能電網(wǎng)發(fā)展的國內(nèi)外各界人士�！�
今年2月，國際電工委員會智能電網(wǎng)戰(zhàn)略工作組主席Richard Schomberg來到張北，這位國際電工領(lǐng)域的專家對國家風光儲輸示范工程的建設(shè)成果“深感震撼”。他認為，該電站的投運將對國家電網(wǎng)公司加快推動智能電網(wǎng)建設(shè)、提升新能源綜合利用水平意義重大。
前不久，全國政協(xié)副主席、科技部部長萬鋼視察風光儲輸示范電站。他說，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(fā)展提供了技術(shù)示范平臺，對未來我國新能源的規(guī)模化應(yīng)用具有重要的示范和借鑒意義。