國家風光儲輸示范工程：打造新能源應用發展“夢工廠”

　　位于河北省張北縣的國家風光儲輸示范工程是世界上首個集風力發電、光伏發電、儲能系統和智能輸電于一體的示范工程，這不只是一個能發電的電站，更是要為未來新能源的發展應用尋找方向的科研工程。

　　用國家風光儲示范電站風機專責朱斯的話說，就是示范引領新能源應用、發展的“夢工廠”。

　　緣起

　　當歷史的時針走到二十一世紀的今天，中國人已經解決了一個又一個發展難題，但新的問題也接踵而至。一個至關重要的難題則是，如何大規模發展應用清潔能源，還原碧水藍天?

　　目前，在我國甘肅、新疆、河北等風光條件較好的地區，風力光伏發電已經取得了較大發展，但也遇到了不少問題。

　　據了解，目前影響新能源大規模并網的技術瓶頸主要有3個：

　　一是調峰問題。由于風力忽大忽小，因此風力發電本身會波動較大，若要保證電力輸出的平穩，就需要建設大量的備用容量和調峰電源;二是電力安全問題。風電和光電出力多變和瞬間沖擊，影響電網的暫態穩定性及頻率穩定性;三是電能質量問題，風電和光電大規模并網常常會引起電壓水平降低，風機中的電子設備會帶來諧波污染，影響電能質量。

　　解決不了這些問題，就談不上大規模應用風電、光電。正是為了解決這些技術難題，解決以風電、光伏發電為代表的新能源大規模集中并網、集成應用這一世界級難題，國家風光儲輸示范工程應運而生。

　　風光儲輸示范工程的核心，就是在智能電網技術框架下，通過產學研合作，有效解決風光儲最佳容量配比原則、中短期功率預測、風光儲優化調度等核心技術，建立相關檢測平臺和技術標準體系，形成一批具有自主知識產權的重大科技成果，推動關鍵設備國產化進程，為我國、乃至世界樹立大規模新能源集中集成應用、集中并網的典范。

　　2009年4月29日，以科技部、財政部、國家能源局、國家電網[微博]公司共同舉行的“國家金太陽示范工程協調會”為標志，國家風光儲輸示范工程正式拉開帷幕。

　　為什么是張北

　　從張家口驅車約兩個小時，就可以到達國家風光儲輸示范工程所在地河北省張北縣。

　　采訪當天，天空飄著蒙蒙細雨。不過，即使在煙雨蒙蒙中，由10多萬塊太陽能電池板組成的無邊無際的“藍色海洋”依然帶給記者巨大的震撼。更遠處，則是巨大風葉緩緩轉動的排排風機。示范工程的核心區，則是儲能電站，每個儲能電站車間中都擺放著一排排電池柜，里面整齊碼放著一個個黑閘子，這是由數量不等的電池組成的“模塊”。

　　這是一片新能源應用與發展的試驗田。

　　張北縣國家風光儲示范電站工作人員告訴記者，示范工程落戶張北是經過反復論證的。

　　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，以張北為代表的冀北地區新能源產業快速崛起，已經成為國家批復的首批千萬千瓦級風電基地之一。

　　與此同時，該地區又面臨著其他風光發電大省共同的難題：由于當地人口少，經濟基礎薄弱，用電量有限，大量的風電和光伏發電必須通過高電壓、遠距離輸送至京津唐電網負荷中心消納。而風電和光伏發電因天氣變化等原因，出力忽大忽小，時有時無，在沒有足夠數量的其他電源匹配調峰的情況下，并網時往往會導致電網運行不穩定。

　　“張北在破解電網接納大規模新能源技術難題上具有典型性和代表性。此外，張北距北京較近，交通便捷，生態良好，發展綠色能源得天獨厚。”朱斯介紹，經詳細論證，工程最終落戶此地。

　　試驗田的初步收獲

　　2011年12月25日，示范工程建成投產。至2012年12月25日，累計輸出優質綠色電能超過3億千瓦時，參照國際通用模式，相當于減少燃燒919.29萬升汽油、50.3萬桶原油(109.31， -0.79， -0.72%)、11.31萬噸標準煤、1.22萬立方米天然氣所產生的二氧化碳。

　　不過，單純的發電、輸電并不是這個示范工程的意義所在。這個電站的意義在于探索出一條世界首創的風光儲輸聯合發電運行模式，即通過風、光、儲的七種組合發電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統調頻、削峰填谷四種功能的結合，實現多組態、多功能、可調節、可調度的聯合發電運行方式。

　　記者了解到，在這個示范電站中，無論是風電廠、光伏電站還是儲能電站都在追求創新與突破。

　　在這個國內最大的源網友好型風電廠中，突破了常規“風電場”的概念，采用統一監控平臺，將不同廠家、不同技術路線的所有風電機組組合成一個有機整體，由“各自為政”的“地域方言”改說統一明了的“普通話”，跨入“風電廠”發展的新階段。有功、無功功率已實現在線動態可調，有功調整速度、響應時間與常規水電機組相當，在全部具備低電壓穿越能力的基礎上，實現了國內首次對2.5MW直驅式風電機組高電壓穿越性能測試。

　　這個國內最大的功率調節型光伏電站，運用了自主研發監控系統，實現了對 46個光伏單元、608個匯流箱下所有光伏組串電壓、電流的監測，高效節能的非晶合金變壓器，減小空載損耗60%以上。500千瓦、630千瓦光伏逆變器已具有有功、無功實時控制能力，且具備夜間參與電網無功調節和高低電壓穿越功能，已多次成功抵御局部瞬時故障擾動，為大規模光伏電站并網起到示范引領作用。

　　而工程的最核心亮點，就是目前世界上規模最大的多類型化學儲能電站， 1522面電池柜、27.5萬塊電池、114萬個監測點正在大規模儲能監控系統的密切“監視”下，實施快慢有序、吐“故”納“新”的統一行動。

　　據介紹，儲能電站在2012年先后共投入削峰填谷近40次，轉換輸出電能102.7萬千瓦時，全年累計參與平滑800小時，10分鐘聯合發電波動率均小于5%。在風光功率平滑、跟蹤調度計劃、削峰填谷等方面迅捷有效、作用突出。

　　工程大規模儲能監控系統已初步實現了儲能電站系統集中接入、多類型電池系統的協調控制、各類電池儲能裝置單元的狀態監測與實時響應，并超前考慮，將未來液流、鈉硫儲能裝置的監控也融入其中，使多類型、大規模的儲能裝置既可工作一致，又可以各顯其能，取長補短。工程還充分發揮儲能電站在科學研究、技術開發、比對、應用試驗以及生產運行中的多重功能，為各種電池特性的比對提供平臺。從近階段工作實效來看，儲能整體設備運行狀況良好，各項數據指標收集、整理工作詳盡、完備，為實現高效的風、光、儲聯合出力，提供典型的“網源友好協調”示范奠定了堅實的工作基礎。

　　國家風光示范工程有效解決了單一的風力發電、光伏發電難預測、難控制、難調度的技術問題，將不穩定的間歇性、波動性電能變換成接近常規火電的綠色電源，破解了大規模新能源并網的技術瓶頸，率先解決了新能源集中并網、集成應用的關鍵性技術難題，實現了新能源友好并網，提升了大規模新能源綜合利用水平。

　　在示范工程的控制中心，我們則直觀地看到了風光儲輸四位一體的操作系統。在顯示屏上，不同顏色的曲線清楚地顯示著風、光、儲、輸的運行狀態，工作人員只需要及時控制調整便可。

　　“風小發出的電能不夠，太陽能就會頂上來，如果風太大，多出的電量再讓儲能吸收。”朱斯介紹說，工作人員會根據調度指令靈活調節，無論風力光照如何波動，從電站發出的電流，都會始終保持向電網平穩送電。

　　未來藍圖

　　目前已經投產運行的是國家風光儲輸示范工程的一期，運行一年多，已經取得了階段性的成果，但距離預期目標還遠遠不夠。

　　朱斯介紹，按照風電40萬千瓦、光伏6萬千瓦、儲能5萬千瓦的二期建設規劃，將在實現“建設規模擴展”和“軟實力提升”上展開更具標準與典范的深層次戰略攻關。

　　按照國家電網公司相關部署要求，二期工程將在規模化、實效化、融合化的發展框架下，進一步深入發掘風光資源優勢互補、集中打捆運行的特色模式，系統優化儲能電池的運行控制，擴大電網友好型新能源電站的示范效應，并加強大范圍風光互補發電系統并網特性研究，深化科技引領效應，積極探索風光儲輸與抽水蓄能聯合運行控制模式，切實發揮示范工程在提高電網接納大規模新能源方面的示范引領作用。

　　“這里是中國新能源發展應用的‘夢工廠’，我們要努力的就是讓中國的新能源之夢夢想成真。”朱斯信心滿滿。