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一座座亭亭玉立的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，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(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(dāng)我們驅(qū)車北進(jìn)，駛上海拔比北京高出約兩倍的張北塞上高原，藍(lán)天白云下，一座座亭亭玉立的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，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(dú)特風(fēng)景。車行不遠(yuǎn)，一座四層樓高的現(xiàn)代建筑映入眼簾，這便是國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站。
當(dāng)以風(fēng)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(shí)，如何克服這兩種“最清潔能源”與生俱來的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化并網(wǎng)，便成為一道橫亙?cè)谛履茉撮_發(fā)利用之路上的難題。眼前這個(gè)全球最大的風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)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(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站四層主樓樓頂，一陣陣寒風(fēng)襲來，工作人員給《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》記者披上了厚厚的棉大衣。電站總經(jīng)理高明杰指著遠(yuǎn)處的風(fēng)機(jī)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發(fā)利用“試驗(yàn)田”。
2009年4月29日，由科技部、財(cái)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(huì)。會(huì)議確定，由國家電網(wǎng)公司牽頭，規(guī)劃建設(shè)1至2個(gè)100兆瓦級(jí)標(biāo)志性示范項(xiàng)目，探索解決風(fēng)電和光電的并網(wǎng)問題。國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站工程由此啟動(dòng)。
工程落戶張北，則緣于張北這片神奇土地的獨(dú)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(dāng)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?jiān)褪菬o盡的風(fēng)沙與陽光。
“壩上一場風(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(cè)面道出當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的豐富。據(jù)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，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速崛起，張北的風(fēng)能和陽光吸引了大批新能源開發(fā)商。今日以張北為重點(diǎn)的冀北地區(qū)，不僅成為國家批復(fù)的首批千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地之一，同時(shí)還涌現(xiàn)了一批太陽能光伏電站，以至被譽(yù)為“新能源之都”。
可另一方面，由于當(dāng)?shù)厝丝谏伲?jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，用電量有限，大量的風(fēng)電和光伏發(fā)電必須通過高電壓、遠(yuǎn)距離輸送至京津唐電網(wǎng)負(fù)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，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(shí)往往會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定。這也是當(dāng)前一些地方“棄風(fēng)”與“棄光”現(xiàn)象嚴(yán)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。”冀北電力公司總經(jīng)理尹積軍告訴記者，“正因如此，國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程最終選址和落戶張北。”
破解“世界級(jí)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(guī)模集中并網(wǎng)、集成應(yīng)用，這是一道世界級(jí)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(rèn)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(diǎn)，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(fēng)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(fēng)電和光電大規(guī)模并網(wǎng)常常會(huì)引起電壓水平降低，風(fēng)機(jī)中的電子設(shè)備會(huì)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(tuán)隊(duì)經(jīng)過長時(shí)間前期調(diào)研后，最終確定了風(fēng)光儲(chǔ)輸聯(lián)合優(yōu)化的技術(shù)路線，即“風(fēng)光互補(bǔ)、儲(chǔ)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(fēng)光儲(chǔ)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(fēng)電98.5兆瓦、光伏發(fā)電40兆瓦、儲(chǔ)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(fēng)光儲(chǔ)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。”在電站控制中心，高明杰告訴《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》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(xué)研究院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院等單位在內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)，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(jìn)入系統(tǒng)聯(lián)調(diào)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(chǔ)能系統(tǒng)、智能輸電”于一體的國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程竣工投運(yùn)。
在電站控制中心中央大屏幕上，可以直觀地看到，波動(dòng)較大的藍(lán)色曲線(代表風(fēng)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(chǔ)能即蓄電池電量變化)“填平補(bǔ)齊”后，變成了平滑的綠色曲線(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：“當(dāng)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(chǔ)存到電池中；一旦風(fēng)光出力不夠時(shí)，儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)的。它是整個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)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(wěn)定地并入電網(wǎng)運(yùn)行。”
電站一期工程的建成投產(chǎn)，標(biāo)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(fēng)光儲(chǔ)輸技術(shù)路線從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
“試驗(yàn)田”的豐碩成果
截至目前，國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程已平穩(wěn)運(yùn)行9個(gè)多月，累計(jì)發(fā)電2.2億千瓦時(shí)。然而，在專家們看來，這個(gè)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(shí)例可參考的條件下，探索出一條世界首創(chuàng)的風(fēng)光儲(chǔ)輸聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行模式，即通過風(fēng)、光、儲(chǔ)的七種組合發(fā)電方式，與平滑出力、跟蹤計(jì)劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷四種功能的結(jié)合，實(shí)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(yùn)行方式。
《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》記者在采訪中了解到，隨著這一全新的聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行模式的實(shí)驗(yàn)與探索，科技人員實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)機(jī)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(chǔ)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(xiàng)以上自主設(shè)備研發(fā)，并獲得了儲(chǔ)能控制策略等20多項(xiàng)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(chǔ)能技術(shù)的試驗(yàn)場。
在電站一期工程現(xiàn)場我們看到了金風(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(shè)備有2兆瓦雙饋?zhàn)兯傩惋L(fēng)機(jī)、2.5兆瓦和3兆瓦永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)、1兆瓦垂直軸風(fēng)機(jī)；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(chǔ)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(chǔ)輸示范電站的投產(chǎn)運(yùn)行，讓昔日‘風(fēng)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(huì)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(huì)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(duì)國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程的建設(shè)成果“深感震撼”。他認(rèn)為，該電站的投運(yùn)將對(duì)國家電網(wǎng)公司加快推動(dòng)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(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站。他說，國家風(fēng)光儲(chǔ)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(tái)，對(duì)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。