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一座座亭亭玉立的風(fēng)力發(fā)電機，一排排熠熠生輝的太陽(yáng)能光伏電池板，構成塞北高原一道奇異的風(fēng)景。記者 杜躍進(jìn)/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。當我們驅車(chē)北進(jìn)，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(fēng)力發(fā)電機，一排排熠熠生輝的太陽(yáng)能光伏電池板，構成了“新能源之都”的獨特風(fēng)景。車(chē)行不遠，一座四層樓高的現代建筑映入眼簾，這便是國家風(fēng)光儲輸示范電站。
當以風(fēng)能和太陽(yáng)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(shí)，如何克服這兩種“最清潔能源”與生俱來(lái)的隨機性、波動(dòng)性和間歇性，進(jìn)而實(shí)現規�；⒕W(wǎng)，便成為一道橫亙在新能源開(kāi)發(fā)利用之路上的難題。眼前這個(gè)全球最大的風(fēng)光儲輸項目，便是為破解這一世界性難題而展開(kāi)的前沿性探索。
落戶(hù)張北有“姻緣”
登上國家風(fēng)光儲輸示范電站四層主樓樓頂，一陣陣寒風(fēng)襲來(lái)，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(zhù)遠處的風(fēng)機和近處光伏板，給我們介紹這個(gè)剛剛落成半年多的新能源開(kāi)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(kāi)了“金太陽(yáng)工程”協(xié)調會(huì )。會(huì )議確定，由國家電網(wǎng)公司牽頭，規劃建設1至2個(gè)100兆瓦級標志性示范項目，探索解決風(fēng)電和光電的并網(wǎng)問(wèn)題。國家風(fēng)光儲輸示范電站工程由此啟動(dòng)。
工程落戶(hù)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(wàn)鐵騎打敗了大金國40萬(wàn)雄兵，由此拉開(kāi)蒙古帝國征戰并稱(chēng)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(wú)盡的風(fēng)沙與陽(yáng)光。
“壩上一場(chǎng)風(fēng)，從春刮到冬”這句描述惡劣自然環(huán)境的民諺，卻從一個(gè)側面道出當地風(fēng)能資源的豐富。據測算，這里年平均有效風(fēng)速時(shí)間在6000小時(shí)以上。同時(shí)，這里的太陽(yáng)能資源也極為豐富，年平均日照時(shí)間將近3000小時(shí)。
近年來(lái)，隨著(zhù)新能源產(chǎn)業(yè)的快速崛起，張北的風(fēng)能和陽(yáng)光吸引了大批新能源開(kāi)發(fā)商。今日以張北為重點(diǎn)的冀北地區，不僅成為國家批復的首批千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地之一，同時(shí)還涌現了一批太陽(yáng)能光伏電站，以至被譽(yù)為“新能源之都”。
可另一方面，由于當地人口少，經(jīng)濟基礎薄弱，用電量有限，大量的風(fēng)電和光伏發(fā)電必須通過(guò)高電壓、遠距離輸送至京津唐電網(wǎng)負荷中心消納。而風(fēng)電和光伏發(fā)電因天氣變化等原因，出力忽大忽小，時(shí)有時(shí)無(wú)，在沒(méi)有足夠數量的其他電源匹配調峰的情況下，并網(wǎng)時(shí)往往會(huì )導致電網(wǎng)運行不穩定。這也是當前一些地方“棄風(fēng)”與“棄光”現象嚴重的原因之一。
“種種因素的匯集，使張北成為最具備新能源開(kāi)發(fā)利用特征的地區，在破解電網(wǎng)接納大規模新能源技術(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(fēng)光儲輸示范工程最終選址和落戶(hù)張北�！�
破解“世界級難題”
如何科學(xué)合理解決以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的新能源大規模集中并網(wǎng)、集成應用，這是一道世界級難題。國內外的科技人員開(kāi)展了多種嘗試，至今未形成一條公認的“捷徑”。
專(zhuān)家介紹，目前影響新能源大規模并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸主要有三點(diǎn)，一是調峰問(wèn)題，需建設大量的備用容量和調峰電源；二是電力安全問(wèn)題，風(fēng)電和光電出力多變和瞬間沖擊，影響電網(wǎng)的暫態(tài)穩定性及頻率穩定性；三是電能質(zhì)量問(wèn)題，風(fēng)電和光電大規模并網(wǎng)常常會(huì )引起電壓水平降低，風(fēng)機中的電子設備會(huì )帶來(lái)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(guò)長(cháng)時(shí)間前期調研后，最終確定了風(fēng)光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線(xiàn)，即“風(fēng)光互補、儲能調節、智能輸電、平穩可控”�！�
2010年春，張北高原上的冰雪尚未消融，國家風(fēng)光儲輸示范工程建設便熱火朝天地拉開(kāi)了序幕。工程一期建設規模為風(fēng)電98.5兆瓦、光伏發(fā)電40兆瓦、儲能20兆瓦，并配套建設220千伏智能變電站一座，總投資約33億元。
“風(fēng)光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線(xiàn)屬世界首創(chuàng )，沒(méi)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(xué)研究院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院等單位在內的科研團隊，開(kāi)展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過(guò)一年多的緊張施工，2011年12月中旬，工程進(jìn)入系統聯(lián)調階段；12月25日，世界上第一個(gè)集“風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統、智能輸電”于一體的國家風(fēng)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(guān)地看到，波動(dòng)較大的藍色曲線(xiàn)(代表風(fēng)電出力)和黃色曲線(xiàn)(代表光伏發(fā)電出力)，經(jīng)橙色曲線(xiàn)(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(xiàn)(代表電站實(shí)際發(fā)電出力)。
電站生產(chǎn)部主任劉漢民博士解釋說(shuō)：“當風(fēng)電、光伏發(fā)電出力足夠時(shí)，可將多余的發(fā)電出力儲存到電池中；一旦風(fēng)光出力不夠時(shí)，儲能系統就可以放出電量。而這一切，是通過(guò)聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統實(shí)現的。它是整個(gè)風(fēng)光儲電站的‘大腦’，可改善風(fēng)電、光伏出力的波動(dòng)性和間歇性，使之安全穩定地并入電網(wǎng)運行�！�
電站一期工程的建成投產(chǎn)，標志著(zhù)包括聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統在內的一系列成果研發(fā)成功，風(fēng)光儲輸技術(shù)路線(xiàn)從理論變?yōu)楝F實(shí)。
“試驗田”的豐碩成果
截至目前，國家風(fēng)光儲輸示范工程已平穩運行9個(gè)多月，累計發(fā)電2.2億千瓦時(shí)。然而，在專(zhuān)家們看來(lái)，這個(gè)電站的意義并不在于發(fā)了多少電，而在于在無(wú)任何工程實(shí)例可參考的條件下，探索出一條世界首創(chuàng )的風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電運行模式，即通過(guò)風(fēng)、光、儲的七種組合發(fā)電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統調頻、削峰填谷四種功能的結合，實(shí)現多組態(tài)、多功能、可調節、可調度的聯(lián)合發(fā)電運行方式。
《經(jīng)濟參考報》記者在采訪(fǎng)中了解到，隨著(zhù)這一全新的聯(lián)合發(fā)電運行模式的實(shí)驗與探索，科技人員實(shí)現了風(fēng)光儲互補機制及系統集成、全景監測與協(xié)調控制、功率預測、源網(wǎng)協(xié)調、大規模儲能技術(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(shí)上，這個(gè)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(chǎng)�！ �
在電站一期工程現場(chǎng)我們看到了金風(fēng)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(fēng)電設備有2兆瓦雙饋變速型風(fēng)機、2.5兆瓦和3兆瓦永磁直驅風(fēng)機、1兆瓦垂直軸風(fēng)機；光伏發(fā)電設備有多晶硅組件、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(fēng)光儲輸示范電站的投產(chǎn)運行，讓昔日‘風(fēng)吹白草天無(wú)際，曬著(zhù)太陽(yáng)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�！备呙鹘苷f(shuō)，“我們幾乎每天都會(huì )接待關(guān)注新能源與智能電網(wǎng)發(fā)展的國內外各界人士�！�
今年2月，國際電工委員會(huì )智能電網(wǎng)戰略工作組主席Richard Schomberg來(lái)到張北，這位國際電工領(lǐng)域的專(zhuān)家對國家風(fēng)光儲輸示范工程的建設成果“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(dòng)智能電網(wǎng)建設、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(cháng)萬(wàn)鋼視察風(fēng)光儲輸示范電站。他說(shuō)，國家風(fēng)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(lái)新能源的發(fā)展提供了技術(shù)示范平臺，對未來(lái)我國新能源的規�；瘧镁哂兄匾氖痉逗徒梃b意義。