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張北草原升起“金太陽” 由國家、、國家和公司聯(lián)合推出的“金太陽示范工程”靠前重點項目——國家風(fēng)光儲輸示范工程即將**竣工。這是目前世界上規(guī)模*大，集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源項目。在工程**竣工前夕，本報記者走進工程現(xiàn)場，實地感受了這一工程對新能源產(chǎn)業(yè)的推動作用。

12月14日，距北京300多千米，河北省張家口市張北縣國家風(fēng)光儲輸示范工程工地上，氣溫已下降到零下25攝氏度，五六級的大風(fēng)夾雜著沙塵如刀鋒般一陣陣地在臉上劃過，又冷又疼。不過，不停轉(zhuǎn)動的風(fēng)力發(fā)電機葉片帶著勃勃生機打破了張北草原在嚴(yán)冬的沉寂，一排排光伏電池板組成數(shù)個巨大的方陣吸引著來訪者的目光，而技術(shù)人員正冒著嚴(yán)寒對國家風(fēng)光儲輸示范工程進行*后的系統(tǒng)及聯(lián)合調(diào)試。很快，張北草原將升起綠色能源支撐的“金太陽”。

1難預(yù)測、難控制、難調(diào)度“風(fēng)光”并網(wǎng)需破技術(shù)瓶頸

　　新能源發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

　　在能源需求越來越大的時代，轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式，推動傳統(tǒng)能源的清潔高效利用，加快發(fā)展新能源和可再生能源已經(jīng)成為我國未來能源發(fā)展的基調(diào)，預(yù)計到“十二五”末，我國非化石能源在一次能源消費中的比重將達到11.4%，其中風(fēng)能和太陽能是新能源利用的主力軍。

　　我國風(fēng)能、太陽能資源潛力巨大，發(fā)展迅速。預(yù)計到2020年，風(fēng)電裝機將超過1.5億千瓦，太陽能發(fā)電達2000萬千瓦。但相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的同時，也面臨著亟待解決的迫切問題。

　　今年2月24日，甘肅酒泉風(fēng)電基地598臺風(fēng)電機組脫網(wǎng)。4月17日，甘肅瓜州15個風(fēng)電場702臺機組脫網(wǎng)。同一日，在河北張家口，國華佳鑫風(fēng)電場644臺風(fēng)電機組脫網(wǎng)。時隔8天的4月25日，酒泉風(fēng)電基地再次發(fā)生事故，上千臺風(fēng)機脫網(wǎng)。

　　這些事故都是因為不穩(wěn)定的風(fēng)能、太陽能電力對電力系統(tǒng)的沖擊造成的，不僅對電網(wǎng)的安全運行造成危害，對快速發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)也猶如當(dāng)頭一棒。我國太陽能、風(fēng)能資源富集地區(qū)與主要負(fù)荷中心逆向分布的基本國情，決定了我國風(fēng)電開發(fā)以大規(guī)模集中開發(fā)、遠距離高壓輸送為主，光伏發(fā)電接入電網(wǎng)呈現(xiàn)出大規(guī)模集中接入與分布式接入并舉的特點，新能源電力的大規(guī)模集中并網(wǎng)無疑將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來巨大挑戰(zhàn)。其中主要面臨著三個技術(shù)問題：風(fēng)電、光伏出力的反調(diào)節(jié)性和有效預(yù)測困難，對電力系統(tǒng)調(diào)峰提出了巨大的挑戰(zhàn)，新能源大規(guī)模并網(wǎng)要求建設(shè)大量的備用容量和調(diào)峰電源；風(fēng)電、光伏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；風(fēng)電、光伏并網(wǎng)產(chǎn)生的電壓波動、閃變以及諧波導(dǎo)致電能質(zhì)量難以滿足用戶需求。

　　突破瓶頸的示范工程

　　面對這些問題，我國風(fēng)電和光伏產(chǎn)業(yè)具備了較強的工業(yè)化生產(chǎn)能力，但尚未形成獨立自主的設(shè)計能力，并**性、控制技術(shù)與并網(wǎng)要求存在較大差距。

　　在這種形勢下，2009年4月29日，、、國家以及公司共同召開“金太陽工程”協(xié)調(diào)會。公司積極響應(yīng)國家“金太陽工程”要求，提出了“以點帶面，點面結(jié)合，在華北或西部地區(qū)規(guī)劃建設(shè)1至2個100兆瓦級標(biāo)志性示范項目”，拉開了“國家風(fēng)光儲輸示范工程”建設(shè)的大幕。國家風(fēng)光儲輸示范工程位于國家千萬千瓦級風(fēng)電基地之一的河北張家口壩上張北地區(qū)，是目前世界上規(guī)模*大的集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及智能調(diào)度輸電工程四位一體的大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)的綜合示范項目。工程規(guī)劃建設(shè)50萬千瓦風(fēng)電場，10萬千瓦光伏發(fā)電站和11萬千瓦儲能裝置。一期工程建設(shè)風(fēng)電10萬千瓦、光伏發(fā)電4萬千瓦和儲能2萬千瓦，配套建設(shè)一座220千伏智能變電站。國家風(fēng)光儲輸示范工程一期工程平均每年發(fā)電2.6億千瓦時，每年降低約9.36萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗，減少約18萬噸二氧化碳排放。

　　國家風(fēng)光儲輸示范工程建成后將成為國內(nèi)智能化運行水平*高、運行方式*為靈活多樣的新能源示范工程。工程的建設(shè)將帶動風(fēng)電和光伏發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級，促進風(fēng)電、光伏并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)定的出臺，促進國家新能源產(chǎn)業(yè)又好又快向前發(fā)展。

2風(fēng)可控、光可控、儲可控促成新能源“源網(wǎng)友好”

“編號F004”體現(xiàn)性

　　風(fēng)光儲輸示范工程所屬的小東梁風(fēng)電場地勢較高的山梁上，編號為F004正在每秒12米的風(fēng)速下正常運轉(zhuǎn)，周圍還有其他傳統(tǒng)風(fēng)電場的數(shù)百臺風(fēng)機正跟它一樣不停地轉(zhuǎn)著。而在風(fēng)光儲示范電站副總經(jīng)理徐明這樣的專業(yè)人士看來，那些傳統(tǒng)風(fēng)電場里不停運轉(zhuǎn)的風(fēng)機對于電網(wǎng)的安全運行卻是一個潛在的不穩(wěn)定因素，他感慨，要是這些傳統(tǒng)的風(fēng)電場都能改造成小東梁這種“源網(wǎng)友好”的風(fēng)電廠就好了。

　　他對記者特別強調(diào)，“我們這里風(fēng)電廠的‘廠’是工廠的‘廠’而不是場地的‘場’”，他解釋說，場地的“場”更多的指的是地理位置，指由若干風(fēng)機組成一個風(fēng)機集群場地的概念，而我們的風(fēng)電廠有電力系統(tǒng)的概念，它是和整個電力系統(tǒng)緊密相連的，就像火電廠、水電廠一樣，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)對它們是可控可調(diào)的。而傳統(tǒng)的風(fēng)電場是不具有這種特性的，來風(fēng)了就向電網(wǎng)送電，風(fēng)太小或者風(fēng)太大了風(fēng)機就得停下來，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)就得安排其他的火電機組或者水電機組來“頂它的班”，這對電網(wǎng)的穩(wěn)定性沖擊很大。而隨著新能源電力比重的加大，如果能達到源網(wǎng)友好的具體要求，就可有效降低其對電力系統(tǒng)的沖擊，同時能更有效地利用這些新能源。

　　來到國家風(fēng)光儲輸示范工程的全景控制中心，工程總工程師雷為民正在做著工程投產(chǎn)前*后的測試工作。在一塊監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機的電腦屏幕上，一塊當(dāng)?shù)氐男l(wèi)星遙感地圖上標(biāo)注著一些紅色和藍色的風(fēng)機標(biāo)志，雷為民指著屏幕向記者介紹，紅色的就是正在正常運行的，藍色的就是沒有正常運行的。只見雷為民輕點其中的一個編號為F004的紅色光標(biāo)，一臺風(fēng)機的詳細運行數(shù)據(jù)馬上呈現(xiàn)出來。雷為民告訴記者，這就是先前參觀小東梁風(fēng)電場見到的，采用工程自主研發(fā)的“聯(lián)合發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)”，運行人員只要坐在電腦前就可以遠程通過視頻清晰明了地掌握這臺風(fēng)機的運行情況，而且還可以實時監(jiān)控這臺風(fēng)機的風(fēng)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電壓等200多個運行數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)變化即時監(jiān)控這臺風(fēng)機的運行情況，根據(jù)數(shù)據(jù)的異常診斷出風(fēng)機出了什么故障，由此大大提高了運行效率。以前技術(shù)人員費時費力必須到現(xiàn)場去查看風(fēng)機運行情況就此成為歷史。

　　全景控制提升穩(wěn)定性

　　雷為民告訴記者，這些只是風(fēng)光儲輸示范工程眾多的性中的一方面，通過控制中心的全景控制系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)對每一塊光伏電池板、每一臺風(fēng)機、每一節(jié)儲能電池的運營參數(shù)都可以實時監(jiān)控，使它們相互配合。

　　以往風(fēng)電*讓人詬病的就是出力波動問題，而風(fēng)光儲輸示范工程其中*大的作用就是減少出力波動，根據(jù)風(fēng)光儲輸示范工程研究人員的研究顯示，在張北地區(qū)的風(fēng)光資源條件下，單純輸出風(fēng)電的出力波動為30%，而風(fēng)電與光伏發(fā)電以1：1的比例一起發(fā)電時的聯(lián)合出力波動為12%。這大大降低了出力波動。如果再加上儲能電池的作用，波動會更小。當(dāng)儲能在整個項目中的配比容量小于10%時，聯(lián)合發(fā)電出力波動超過9%；當(dāng)儲能配比大于20%時，儲能作用明顯，出力波動偏差小于5%；當(dāng)儲能容量配比達到30%時，出力波動基本由儲能系統(tǒng)吸收，出力偏差小于3%。

　　當(dāng)風(fēng)電、太陽能發(fā)電能像火電、水電一樣穩(wěn)定時，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)就可以像控制常規(guī)機組一樣控制風(fēng)電機組，風(fēng)電不再對電網(wǎng)造成威脅，所以風(fēng)光儲輸示范工程是一個“網(wǎng)源友好”的智能電站。不僅如此，風(fēng)光儲輸示范工程還能將風(fēng)電、太陽能電力和儲能電池的特性相結(jié)合，開發(fā)出一些新的功能。

　　除了較小出力波動，輸出平滑的電力，風(fēng)光儲輸示范工程還可以通過聯(lián)合預(yù)測系統(tǒng)進**象預(yù)測，從而計算出發(fā)電計劃提供給電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，減少出力偏差；儲能電池可以當(dāng)做可調(diào)節(jié)的負(fù)荷，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)可以通過它將電網(wǎng)內(nèi)多余的電量通過電池吸收，相當(dāng)于把低谷負(fù)荷給抬上去，這樣就可以避免一些火電機組的頻繁停機；風(fēng)光儲輸工程還能夠參加電網(wǎng)頻率調(diào)整，減少頻率波動。據(jù)雷為民介紹，如果用火電機組來調(diào)頻的話反應(yīng)時間可能需要幾秒，但是用風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電的話反應(yīng)時間可能只需要幾百毫秒左右，這對于維護整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行意義重大。用雷為民的話說，“以前都得安排火電機組給風(fēng)電頂班，現(xiàn)在風(fēng)光儲電站也可以給別的電源頂班了。”

3新設(shè)備、新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)促進新能源發(fā)展

　　為新能源發(fā)展提供運行經(jīng)驗

　　“嗡……嗡”寂靜的荒灘上，一陣陣電動馬達驅(qū)動液壓裝置的聲音吸引了記者的注意。風(fēng)光儲公司技術(shù)部副主任劉漢民告訴記者，這是大型高倍聚光太陽能電池在自動調(diào)整角度追蹤太陽光線，以獲得更好的照射角度，發(fā)揮更大發(fā)電效率。這種新型光伏系統(tǒng)在國內(nèi)是**采用，此外，這個光伏電站還匯集了多晶硅、單晶硅、薄膜太陽能電池、低倍聚光光伏電池等多種類型的電池，跟蹤布置方式也涵蓋了固定式、單軸跟蹤、雙軸跟蹤等，這使其成為國內(nèi)容量*大的功率調(diào)節(jié)型光伏電站。

　　劉漢民告訴記者：“為了研究光伏電池的特性，獲得*好的風(fēng)電儲聯(lián)合運行技術(shù)，必須引進一些前瞻性的技術(shù)設(shè)備。”在光伏電站的建設(shè)中，研究人員還自主開發(fā)了大容量光伏電池并網(wǎng)逆變器技術(shù)。多樣化的太陽能電池、逆變器和跟蹤方式將實現(xiàn)多模式的運行數(shù)據(jù)的比對，可分析驗證不同類型太陽能電池、逆變器和跟蹤方式的運行效率，積累運行數(shù)據(jù)，為國家推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策提供可信賴的數(shù)據(jù)支撐。

　　作為國內(nèi)靠前智能化源網(wǎng)友好型風(fēng)電廠，風(fēng)光儲輸示范工程所屬風(fēng)電廠更是順應(yīng)陸上風(fēng)機容量大型化的發(fā)展趨勢，示范應(yīng)用多種技術(shù)型式的風(fēng)機。所有風(fēng)機都將滿足國家關(guān)于風(fēng)電的各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定，掌握無功綜合控制、風(fēng)電場有功控制、低電壓穿越技術(shù)，風(fēng)電廠實現(xiàn)友好接入電網(wǎng)。

　　實戰(zhàn)解決新能源運用技術(shù)難題

　　中國電力科學(xué)研究院博士惠東作為工程儲能電站**專家，全程參與了示范工程儲能電站的建設(shè)，并頗感自豪：“以前的很多項目都是國外有成功先例，現(xiàn)在我們先做成功了。”他表示，該電站的建成是世界上**實現(xiàn)多類型化學(xué)電池儲能系統(tǒng)協(xié)同配合新能源發(fā)電的試驗應(yīng)用。儲能系統(tǒng)將實現(xiàn)平滑新能源發(fā)電出力的隨機波動，使風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電特性達到或接近常規(guī)能源，大幅降低新能源隨機波動對電力系統(tǒng)的沖擊，跟蹤電網(wǎng)調(diào)度計劃曲線和削峰添谷等功能。

　　而整個風(fēng)光儲輸示范工程的核心則是由國網(wǎng)電科院自主研發(fā)的風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電全景智能控制系統(tǒng)，它是示范工程生產(chǎn)運行的控制**，可根據(jù)高精度的風(fēng)能預(yù)測和光照預(yù)測數(shù)據(jù)，按照電網(wǎng)調(diào)度計劃要求，對風(fēng)電廠、光伏電站、儲能電站和變電站進行四位一體的全景監(jiān)控，將實現(xiàn)風(fēng)儲聯(lián)合、光儲聯(lián)合和風(fēng)光儲聯(lián)合等多種發(fā)電運行方式的自動組態(tài)、智能優(yōu)化和平滑切換。

　　風(fēng)光儲示范電站總經(jīng)理閆忠平認(rèn)為，該工程無實例可供參考，關(guān)鍵技術(shù)依靠科研支撐解決，通過科技攻關(guān)推動技術(shù)**，對工程設(shè)計、采購、調(diào)試、生產(chǎn)支撐，以科研促進工程，以工程帶動科研，加快科研成果的工程化應(yīng)用，以科技****工程建設(shè)，以生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗證科研成果并推動后續(xù)科技**，將對解決新能源運用的技術(shù)瓶頸發(fā)揮重要作用。

4做得好、用得好、管得好做新能源利用好榜樣

　　張北樣本的示范意義

　　多項研究表明，雖然近年來我國新能源發(fā)展迅速，新能源發(fā)電裝機規(guī)模不斷增加，但是研發(fā)基礎(chǔ)薄弱，總體技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量落后于發(fā)達國家；新能源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低，設(shè)備并網(wǎng)和認(rèn)證環(huán)節(jié)缺失，科學(xué)有序發(fā)展機制尚未形成。這些使得即使我國新能源裝機規(guī)模不斷加大，但個體的技術(shù)和運營水平并未得到實質(zhì)提升。

　　新能源迅猛發(fā)展，而相關(guān)管理機制、技術(shù)手段、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范卻沒有跟上。因此，建設(shè)國家風(fēng)光儲輸示范工程，實際上為電網(wǎng)接納大規(guī)模新能源提供了實踐平臺。

　　張北風(fēng)、光資源豐富，新能源發(fā)展較快但用電負(fù)荷較小，必須通過高電壓、遠距離輸電將新能源電力送至京津唐電網(wǎng)負(fù)荷中心，在資源分布和負(fù)荷消納方式上與蒙西、甘肅等國內(nèi)主要新能源基地極為相似，具備我國新能源開發(fā)利用的基本特征，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。對于這個工程的示范意義，惠東認(rèn)為，這個示范工程就是要樹立一個“榜樣”，一個讓大家學(xué)得會、學(xué)得起、學(xué)得快的“榜樣”。

　　風(fēng)光儲輸示范工程將通過技術(shù)**、科技**、建設(shè)管控模式示范和生產(chǎn)運營管理提升，起到電網(wǎng)接納大規(guī)模新能源發(fā)電的示范作用。構(gòu)建國家新能源發(fā)電領(lǐng)域的自主**和試驗示范兩個平臺，實現(xiàn)“出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、出科技成果、出優(yōu)異人才”，樹立我國在新能源大規(guī)模利用開發(fā)方面的新模式和核心競爭力，**國際新能源技術(shù)**和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

　　值得期待的推廣前景

　　即將**竣工的國家風(fēng)光儲輸示范工程，將在范疇內(nèi)實現(xiàn)風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電互補機制及系統(tǒng)集成、全景監(jiān)測與協(xié)調(diào)控制、全天候多尺度一體化功率預(yù)測、源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)和大規(guī)?；瘜W(xué)儲能五大技術(shù)突破，形成具有“技術(shù)性、科技**性、經(jīng)濟合理性、項目示范性”的國際上等新能源示范工程。

　　雷為民認(rèn)為，這個工程在建設(shè)和以后運行中的一些成果具有普遍的推廣意義，形成的技術(shù)**標(biāo)準(zhǔn)將對推進新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極推動作用。

　　惠東表示，即使從世界范圍看，這個工程的示范效果都值得稱道。國家風(fēng)光儲輸示范工程通過自主**，掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，形成一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科技成果；有利于我國風(fēng)電、光伏、儲能等上下游產(chǎn)業(yè)振興和又好又快發(fā)展；示范**可再生能源項目建設(shè)，為堅強智能電網(wǎng)接納可再生能源搭建技術(shù)平臺；提升可再生能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，促進大規(guī)模可再生能源開發(fā)利用。