国家风光储输示范工程：打造新能源应用发展“梦工厂”

　　位于河北省张北县的国家风光储输示范工程是世界上首个集风力发电、光伏发电、储能系统和智能输电于一体的示范工程，这不只是一个能发电的电站，更是要为未来新能源的发展应用寻找方向的科研工程。

　　用国家风光储示范电站风机专责朱斯的话说，就是示范引领新能源应用、发展的“梦工厂”。

　　缘起

　　当历史的时针走到二十一世纪的今天，中国人已经解决了一个又一个发展难题，但新的问题也接踵而至。一个至关重要的难题则是，如何大规模发展应用清洁能源，还原碧水蓝天?

　　目前，在我国甘肃、新疆、河北等风光条件较好的地区，风力光伏发电已经取得了较大发展，但也遇到了不少问题。

　　据了解，目前影响新能源大规模并网的技术瓶颈主要有3个：

　　一是调峰问题。由于风力忽大忽小，因此风力发电本身会波动较大，若要保证电力输出的平稳，就需要建设大量的备用容量和调峰电源;二是电力安全问题。风电和光电出力多变和瞬间冲击，影响电网的暂态稳定性及频率稳定性;三是电能质量问题，风电和光电大规模并网常常会引起电压水平降低，风机中的电子设备会带来谐波污染，影响电能质量。

　　解决不了这些问题，就谈不上大规模应用风电、光电。正是为了解决这些技术难题，解决以风电、光伏发电为代表的新能源大规模集中并网、集成应用这一世界级难题，国家风光储输示范工程应运而生。

　　风光储输示范工程的核心，就是在智能电网技术框架下，通过产学研合作，有效解决风光储最佳容量配比原则、中短期功率预测、风光储优化调度等核心技术，建立相关检测平台和技术标准体系，形成一批具有自主知识产权的重大科技成果，推动关键设备国产化进程，为我国、乃至世界树立大规模新能源集中集成应用、集中并网的典范。

　　2009年4月29日，以科技部、财政部、国家能源局、国家电网[微博]公司共同举行的“国家金太阳示范工程协调会”为标志，国家风光储输示范工程正式拉开帷幕。

　　为什么是张北

　　从张家口驱车约两个小时，就可以到达国家风光储输示范工程所在地河北省张北县。

　　采访当天，天空飘着蒙蒙细雨。不过，即使在烟雨蒙蒙中，由10多万块太阳能电池板组成的无边无际的“蓝色海洋”依然带给记者巨大的震撼。更远处，则是巨大风叶缓缓转动的排排风机。示范工程的核心区，则是储能电站，每个储能电站车间中都摆放着一排排电池柜，里面整齐码放着一个个黑闸子，这是由数量不等的电池组成的“模块”。

　　这是一片新能源应用与发展的试验田。

　　张北县国家风光储示范电站工作人员告诉记者，示范工程落户张北是经过反复论证的。

　　这里年平均有效风速时间在6000小时以上。同时，这里的太阳能资源也极为丰富，年平均日照时间将近3000小时。近年来，以张北为代表的冀北地区新能源产业快速崛起，已经成为国家批复的首批千万千瓦级风电基地之一。

　　与此同时，该地区又面临着其他风光发电大省共同的难题：由于当地人口少，经济基础薄弱，用电量有限，大量的风电和光伏发电必须通过高电压、远距离输送至京津唐电网负荷中心消纳。而风电和光伏发电因天气变化等原因，出力忽大忽小，时有时无，在没有足够数量的其他电源匹配调峰的情况下，并网时往往会导致电网运行不稳定。

　　“张北在破解电网接纳大规模新能源技术难题上具有典型性和代表性。此外，张北距北京较近，交通便捷，生态良好，发展绿色能源得天独厚。”朱斯介绍，经详细论证，工程最终落户此地。

　　试验田的初步收获

　　2011年12月25日，示范工程建成投产。至2012年12月25日，累计输出优质绿色电能超过3亿千瓦时，参照国际通用模式，相当于减少燃烧919.29万升汽油、50.3万桶原油(109.31， -0.79， -0.72%)、11.31万吨标准煤、1.22万立方米天然气所产生的二氧化碳。

　　不过，单纯的发电、输电并不是这个示范工程的意义所在。这个电站的意义在于探索出一条世界首创的风光储输联合发电运行模式，即通过风、光、储的七种组合发电方式，与平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷四种功能的结合，实现多组态、多功能、可调节、可调度的联合发电运行方式。

　　记者了解到，在这个示范电站中，无论是风电厂、光伏电站还是储能电站都在追求创新与突破。

　　在这个国内最大的源网友好型风电厂中，突破了常规“风电场”的概念，采用统一监控平台，将不同厂家、不同技术路线的所有风电机组组合成一个有机整体，由“各自为政”的“地域方言”改说统一明了的“普通话”，跨入“风电厂”发展的新阶段。有功、无功功率已实现在线动态可调，有功调整速度、响应时间与常规水电机组相当，在全部具备低电压穿越能力的基础上，实现了国内首次对2.5MW直驱式风电机组高电压穿越性能测试。

　　这个国内最大的功率调节型光伏电站，运用了自主研发监控系统，实现了对 46个光伏单元、608个汇流箱下所有光伏组串电压、电流的监测，高效节能的非晶合金变压器，减小空载损耗60%以上。500千瓦、630千瓦光伏逆变器已具有有功、无功实时控制能力，且具备夜间参与电网无功调节和高低电压穿越功能，已多次成功抵御局部瞬时故障扰动，为大规模光伏电站并网起到示范引领作用。

　　而工程的最核心亮点，就是目前世界上规模最大的多类型化学储能电站， 1522面电池柜、27.5万块电池、114万个监测点正在大规模储能监控系统的密切“监视”下，实施快慢有序、吐“故”纳“新”的统一行动。

　　据介绍，储能电站在2012年先后共投入削峰填谷近40次，转换输出电能102.7万千瓦时，全年累计参与平滑800小时，10分钟联合发电波动率均小于5%。在风光功率平滑、跟踪调度计划、削峰填谷等方面迅捷有效、作用突出。

　　工程大规模储能监控系统已初步实现了储能电站系统集中接入、多类型电池系统的协调控制、各类电池储能装置单元的状态监测与实时响应，并超前考虑，将未来液流、钠硫储能装置的监控也融入其中，使多类型、大规模的储能装置既可工作一致，又可以各显其能，取长补短。工程还充分发挥储能电站在科学研究、技术开发、比对、应用试验以及生产运行中的多重功能，为各种电池特性的比对提供平台。从近阶段工作实效来看，储能整体设备运行状况良好，各项数据指标收集、整理工作详尽、完备，为实现高效的风、光、储联合出力，提供典型的“网源友好协调”示范奠定了坚实的工作基础。

　　国家风光示范工程有效解决了单一的风力发电、光伏发电难预测、难控制、难调度的技术问题，将不稳定的间歇性、波动性电能变换成接近常规火电的绿色电源，破解了大规模新能源并网的技术瓶颈，率先解决了新能源集中并网、集成应用的关键性技术难题，实现了新能源友好并网，提升了大规模新能源综合利用水平。

　　在示范工程的控制中心，我们则直观地看到了风光储输四位一体的操作系统。在显示屏上，不同颜色的曲线清楚地显示着风、光、储、输的运行状态，工作人员只需要及时控制调整便可。

　　“风小发出的电能不够，太阳能就会顶上来，如果风太大，多出的电量再让储能吸收。”朱斯介绍说，工作人员会根据调度指令灵活调节，无论风力光照如何波动，从电站发出的电流，都会始终保持向电网平稳送电。

　　未来蓝图

　　目前已经投产运行的是国家风光储输示范工程的一期，运行一年多，已经取得了阶段性的成果，但距离预期目标还远远不够。

　　朱斯介绍，按照风电40万千瓦、光伏6万千瓦、储能5万千瓦的二期建设规划，将在实现“建设规模扩展”和“软实力提升”上展开更具标准与典范的深层次战略攻关。

　　按照国家电网公司相关部署要求，二期工程将在规模化、实效化、融合化的发展框架下，进一步深入发掘风光资源优势互补、集中打捆运行的特色模式，系统优化储能电池的运行控制，扩大电网友好型新能源电站的示范效应，并加强大范围风光互补发电系统并网特性研究，深化科技引领效应，积极探索风光储输与抽水蓄能联合运行控制模式，切实发挥示范工程在提高电网接纳大规模新能源方面的示范引领作用。

　　“这里是中国新能源发展应用的‘梦工厂’，我们要努力的就是让中国的新能源之梦梦想成真。”朱斯信心满满。