张北风光储输示范工程勾勒未来能源利用图景
来源:国家电网杂志 | 0评论 | 4070查看 | 2016-10-24 10:59:00    
        9月,北京暑热犹在,而200公里以外的河北省张北县已是秋风飒飒。

  从高速公路进入张北县后,最先映入眼帘的是矗立在道路两旁的巨大风机,修长的叶片迎风旋转,这是属于张北这个“新能源之都”最独特的标识。

  9月18~19日,中国工程院“低碳奥运院士行”考察研讨活动在河北省张家口市举行。14位来自中国工程院能源与矿业工程学部的院士与全球能源互联网发展合作组织主席、中国电力企业联合会理事长刘振亚,河北省副省长张杰辉,国家电网公司党组成员、副总经理王敏以及相关专家共同考察调研了张北国家风光储输示范工程和新能源与储能运行控制国家重点实验室。在张北风光储输示范工程现场,排列整齐的光伏板在烈日下熠熠闪光,白色的风机在蓝天下欢快起舞,这幅清爽而辽阔的图景彰显着可再生能源旺盛的生命力,展示着风光储输示范工程为未来能源开发与利用勾勒的前景。

  驯“烈马”成“良驹”

  张北风光储输示范工程是世界上第一个集风力发电、光伏发电、储能系统、智能输电于一体,综合开发利用新能源的创新工程,在能源资源紧缺、生态日益失衡的当今社会,张北示范工程的建设和运行,为推动新能源发展、推进能源革命具有重要意义。

  长期以来,我国能源结构以化石能源为主,大规模开发利用化石能源,对大气、水质、土壤、地貌等造成严重污染和破坏,许多地方已超过环境容量。“当前,我国面临着资源与环境的双重挑战,在2014年中美气候变化联合声明中,中国宣布,计划在2030年左右二氧化碳排放达到峰值,并计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右,大力发展可再生能源已成为必然选择。”彭苏萍院士说。

  进入新世纪以来,全球新能源快速发展,我国发展势头更猛,远远超出预期。2000~2015年,全球风电、太阳能发电装机分别增长了23倍、175倍;我国风电、太阳能发电装机分别增长了280倍、1400倍,远超全球水平。陈清泉院士认为,推动工业革命的核心要素是能源和信息,第三次工业革命中的能源是新能源,信息是大数据,前两次工业革命中国未能占领先机,因此一定要占领第三次工业革命的制高点。

  新能源的发展大势汹涌而来,但如何用好新能源,成为了能源领域的一个难题。新能源的利用和传统能源完全不同,它具有随机性、波动性、间歇性等特点,新能源大规模开发、并网、配置和消纳,对于电力系统而言是巨大的挑战。“可再生能源利用最大的问题就是如何安全稳定入网。大约五年前,德国风电发生了600万千瓦的脱网事故,引起了整个欧洲电网的震荡,这样的教训是惨痛的。”郑健超院士说。

  对于电网系统而言,可再生能源如同一匹“烈马”,质素虽好,却很难驯服。如何增强风电和光伏发电的友好性,如何保障大规模新能源并网安全,如何实现新能源大范围配置,是国内外新能源发展面临的共性问题。

  张北风光储输示范工程正是为破解这一难题而建设。工程以“风光互补、储能调节、智能输电”实现新能源大规模开发和利用。从某种意义上说,风光储输是我国未来能源利用模式的一个缩影,大型风光能源基地发出的绿色清洁电力通过坚强智能电网输送,储能则是其中的调节电源。风光储输如同一个深谙烈马习性的驯马师,驯烈马成良驹。

  让“垃圾电”变“友好电”

  随着中国申办2022年冬季奥运会的成功,张家口开始吸引世界的目光。

  为贯彻落实国家发展改革委员会规划及低碳奥运有关要求,国家电网公司在风光储输示范工程的基础上开展全面创新,按照“统筹规划、示范先行、建立标准、联合推广”的建设思路,加强示范区电网一体化设计,引领新能源技术进步和装备升级,促进张家口地区新能源快速可持续发展。

  打造张家口创新示范区的底气,源于国家电网公司长久以来在科研上的耕耘、技术上的积累。国家电网公司拥有国家重点实验室6个,其中位于张北的新能源与储能运行控制国家重点实验室围绕新能源“可预测、可控制、可调度”开展了一系列研究。依托示范工程和国家重点实验室,国家电网公司攻克了多项制约新能源大规模开发的世界性难题,在风光储系统集成、新能源发电测控、设备研发检测、并网安全技术等4个领域取得20余项重大创新成果。

  院士们一致认为,由企业主导开展技术研发,更能激发创新活力。“今天我们参观的项目有储能,有虚拟发电机,甚至还有天气预报。这些都不是电网公司的业务范围,但只要有这个需要,电网公司就可以牵头来做技术研发。比如说储能,现在的储能技术满足不了电网需求,最根本的原因在于电网储能只是从电池储能等技术中挪用,没有为电网量身定制的储能技术,电网公司应该牵头开展相关研发,为电网开发适合自身使用的技术。”杨裕生院士说。

  黄其励院士感叹道,十年前,人们把风电叫“垃圾电”,而国家电网公司就在风电被普遍认为是“垃圾电”的时候,建设风光储输示范工程,开展技术创新。现在没有人再这么说了,正是科技创新的力量让风电从“垃圾电”变成电网“友好电”。

  院士们表示,未来在储能、分布式、电网安全、清洁技术、能源互联网等方面还要进一步加强研究。

  “比如说安全问题,目前系统内部的安全问题已经研究了很多,但是如果考虑到外部的、灾难性的特殊因素,也要能保证安全可靠运行,在这方面还要进一步攻关。”邱爱慈院士说。

  发挥更大的示范效应

  张北示范工程集中攻克新能源在核心技术、关键设备、工程建设、并网运行、高效使用等方面的难题,在国内外发挥了示范引领作用,提高了我国新能源产业竞争力,抢占了世界新能源发展制高点。

  目前,张北示范工程电源总容量达到57万千瓦,智能变电站变电容量66万千伏安,静止无功补偿容量18万千伏安,主要指标处于世界领先水平,在新能源技术创新、工程实践、科学管理、开放合作等方面发挥了重要示范作用。

  以技术创新为例。示范工程中的高精度风光功率预测技术和新能源优化调度方法已应用于20多个省级调控中心,覆盖全国新能源装机70%以上;新能源并网仿真技术应用于20个省,为300多个风电场的安全并网和稳定运行提供了技术支撑;联合国内主要设备厂商,研发并应用5兆瓦大容量风机、智能全景控制系统等100多个首台首套装置;全面掌握了具有自主知识产权的虚拟同步机核心技术和成套装备制造能力……

  类似的例子不胜枚举,从建设检测平台、联合国内设备厂商共同研发,到协助厂家进行技术改造,示范工程在引领新能源技术创新发展方面发挥了重要作用。从2013年以来,我国再未发生过风机大规模脱网事故。

  目前,风光储输示范工程已经实现安全稳定运行了4周年。4年来,示范工程累计输出超过17亿千瓦时平稳可控绿色电能,相当于节约标准煤57.12万吨、减排二氧化碳122.4万吨。通过风光互补、储能调节、智能输电,实现平稳可控的电力输出和友好并网,性能指标接近常规电源。

  在研讨会现场,多位院士对示范工程表示肯定的同时,也对示范工程发挥更大作用提出了殷切期待。

  陈清泉院士认为,示范工程不仅属于中国,也是全世界的一份宝贵财富,要充分发挥工程的示范作用,各方合力,跨界融合,实现多方共赢和价值共生。

  袁亮院士表示,国家重点实验室一定要站在国家高度、行业高度。解决了张北本地新能源发展问题,还要给其他地方进行会诊,找出问题,输出技术,提升全国水平。

  “一个国家级的重点实验室应该起到公共平台的作用,为生产厂家、高校、科研单位提供试验平台,发挥更大的作用。”薛禹胜院士说。

  实际上,院士们的殷切期待正是公司一直以来努力的方向。在示范工程的建设中,16家科研院所和高校、15家建设单位、54家设备厂商共同参与了试验研究、规划设计、技术攻关、设备研制、工程建设和调试运行等工作。国家重点实验室为国内制造厂商开展技术研发、样机测试、型式认证等提供了有力支撑。

  在未来,张北风光储输示范工程还将继续发挥更深远的示范效应。或许正如陈清泉院士所说,从张北示范工程中,可以看
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