如何打造一座新能源電站，克服“風(fēng)光”資源間歇性、波動(dòng)性缺陷，讓“源網(wǎng)”友好互動(dòng)？記者來(lái)到三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“綠色電站”）現(xiàn)場(chǎng)，一探究竟。
核查筆記、敲擊鍵盤(pán)、指令回復(fù),一氣呵成。“85”后邢軼琛，已是一名從業(yè)多年的風(fēng)電人。
2021年，邢軼琛從內(nèi)蒙古化德風(fēng)電場(chǎng)來(lái)到200公里以西的綠色電站，發(fā)現(xiàn)早已熟悉的監(jiān)測(cè)屏幕上，多了一組“電池”圖標(biāo)。“這個(gè)圖標(biāo)所代表的正是儲(chǔ)能設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)友好的‘利器’。”邢軼琛介紹。
風(fēng)能與太陽(yáng)能發(fā)電，一度被形象比作“看天吃飯”。天氣陰晴不定、風(fēng)力時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，而電力即發(fā)即用，對(duì)于需要穩(wěn)定的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)光電能并不“友好”。儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在用電低谷時(shí)將電力儲(chǔ)存起來(lái)，等到用電高峰再釋放，因此也被稱(chēng)為保障電力供應(yīng)穩(wěn)定的“充電寶”。目前，如何發(fā)揮儲(chǔ)能設(shè)備自主調(diào)節(jié)能力，加強(qiáng)電站與電網(wǎng)友好互動(dòng)，尚處于探索期。
2021年末，三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目首批機(jī)組成功并入內(nèi)蒙古電網(wǎng)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)儲(chǔ)能配置規(guī)模達(dá)到千兆瓦時(shí)的新能源場(chǎng)站。電站總建設(shè)規(guī)模200萬(wàn)千瓦，分為170萬(wàn)千瓦風(fēng)電項(xiàng)目和30萬(wàn)千瓦光伏項(xiàng)目，全部投產(chǎn)后，年平均發(fā)電量近60億千瓦時(shí)，可滿足近30萬(wàn)戶家庭月用電量（按每戶居民月用電量200千瓦時(shí)計(jì)）。項(xiàng)目配套建設(shè)55萬(wàn)千瓦×2小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，可儲(chǔ)存110臺(tái)5兆瓦風(fēng)機(jī)滿發(fā)2小時(shí)產(chǎn)生的能量，在陰天或無(wú)風(fēng)時(shí)有效“查漏補(bǔ)缺”，為電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻等提供輔助服務(wù)。
穿過(guò)廣袤草原上的成排風(fēng)機(jī)與光伏板，記者一行來(lái)到儲(chǔ)能系統(tǒng)“陣列”之中。縱橫交錯(cuò)的電纜與塔架之下，86個(gè)儲(chǔ)能電池倉(cāng)成排規(guī)整分布。其外觀像集裝箱，內(nèi)里則如“蜂巢”般精密——每艙設(shè)11個(gè)電池簇，每簇含26個(gè)電池組/包，內(nèi)含28個(gè)磷酸鐵鋰電池芯。
進(jìn)入約2米高的儲(chǔ)能倉(cāng)，空調(diào)聲“嗡嗡”不停，保持室內(nèi)恒溫。在所有的環(huán)境因素中，溫度對(duì)鋰離子電池的充放電性能影響最大。為此，工程師一改傳統(tǒng)表面測(cè)溫技術(shù)，將溫度傳感器布設(shè)在電芯上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，配合簇級(jí)全氟己酮+水噴淋等新技術(shù)，全面杜絕安全隱患。
“這些功能，大多是依托電站開(kāi)展的‘首次應(yīng)用’。其中每一個(gè)參數(shù)、每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一個(gè)指標(biāo)，我們都從零開(kāi)始學(xué)習(xí)。”三峽能源內(nèi)蒙古分公司現(xiàn)場(chǎng)管理工程師郭茂介紹。
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遠(yuǎn)在北京，三峽集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“三峽科研院”）聯(lián)合清華大學(xué)等團(tuán)隊(duì)，正在加緊研發(fā)儲(chǔ)能二期STACOM儲(chǔ)能系統(tǒng)與三期數(shù)字儲(chǔ)能系統(tǒng)，有望提高大容量風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性。“如果將儲(chǔ)能電池看做一個(gè)個(gè)‘軍團(tuán)’，數(shù)字儲(chǔ)能系統(tǒng)不再以整體調(diào)配，而是實(shí)現(xiàn)每一簇‘單兵’調(diào)配。電池整體效能將不受個(gè)別短板影響。”三峽科研院水電工程研究中心研究員林恩德介紹。
記者來(lái)到調(diào)度大廳時(shí)，龐利民正“釘”在集控中心的調(diào)度工位上，核查數(shù)據(jù)、調(diào)整監(jiān)控，完成一項(xiàng)項(xiàng)調(diào)度與監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。
2021年11月，龐利民從北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司來(lái)到四子王旗綠色電站。比起風(fēng)機(jī)與光伏組件的“硬件”建設(shè)，一個(gè)相對(duì)“看不見(jiàn)、摸不著”，但重要性絲毫不減的任務(wù)等著他——電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造和智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)搭建。
表面上看，電站只是多了一個(gè)儲(chǔ)能單元，但這也意味著工況有了“質(zhì)”的改變。比如，當(dāng)有“余電”時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將優(yōu)先儲(chǔ)存風(fēng)能還是太陽(yáng)能？當(dāng)用電量陡增，是選擇加大風(fēng)機(jī)與光伏出力，還是釋放儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電能？幾乎每分每秒，電站內(nèi)部都在做著類(lèi)似的“選擇題”。
既要對(duì)外滿足電網(wǎng)友好、又要對(duì)內(nèi)滿足能源協(xié)同，這考驗(yàn)著調(diào)度智慧。
為此，三峽科研院聯(lián)合華北電力大學(xué)、北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司共同研發(fā)出“智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)”。它如同一個(gè)反應(yīng)迅速、判斷精準(zhǔn)的“指揮官”，通過(guò)人工智能等技術(shù)，將氣象與負(fù)荷數(shù)據(jù)“集入腦中”，精準(zhǔn)調(diào)配風(fēng)、光、儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)風(fēng)光電站無(wú)法完成的“電網(wǎng)友好”功能——頂峰供電、系統(tǒng)調(diào)峰、最大化消納、功率平滑、一次調(diào)頻。
以頂峰供電為例，在集中用電的高峰時(shí)段，如果天氣不佳，以往只能通過(guò)火電站“應(yīng)發(fā)盡發(fā)、多發(fā)滿發(fā)”增加供給。而綠色電站則可以通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)供電，為電力供需平衡增添了快穩(wěn)準(zhǔn)的“可選項(xiàng)”。
如何啟動(dòng)“可選項(xiàng)”？靠智慧聯(lián)合集控體統(tǒng)中的中心風(fēng)光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制器和場(chǎng)站風(fēng)光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制器實(shí)現(xiàn)。
“中心風(fēng)光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制器相當(dāng)于電站的‘大腦’，實(shí)現(xiàn)指令從調(diào)度主站至場(chǎng)站協(xié)調(diào)控制器的轉(zhuǎn)發(fā)；場(chǎng)站風(fēng)光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制器在接收指令后，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，分配至站內(nèi)風(fēng)光儲(chǔ)單元，指揮風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)啟停、儲(chǔ)能或釋放能量這些具體‘行動(dòng)’。”綠色電站運(yùn)維值長(zhǎng)梁賀介紹。
目前，智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)已經(jīng)落地風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站協(xié)調(diào)控制器、風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群協(xié)調(diào)控制器、新能源匯集系統(tǒng)站域保護(hù)裝置等多套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)裝置，并成功申請(qǐng)了進(jìn)入國(guó)家能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備目錄。
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站在整個(gè)發(fā)電廠的視野來(lái)看，這些首臺(tái)（套）裝備整合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、調(diào)度運(yùn)行及智能控制等技術(shù)，組成了一個(gè)靈活、高效的“發(fā)電機(jī)體”，可有效降低電網(wǎng)調(diào)峰和容量支撐壓力。
“電站不但滿足了當(dāng)?shù)仉娏π枨螅€打破了傳統(tǒng)風(fēng)光電站的‘瓶頸’，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)峰、最大化消納、功率平滑等功能實(shí)現(xiàn)，為電網(wǎng)友好打響了‘第一槍’。”三峽能源建設(shè)管理分公司北部建設(shè)管理部副主任張小龍說(shuō)。
廣袤草原上，長(zhǎng)風(fēng)漸勁。無(wú)限“風(fēng)光”化為平穩(wěn)澎湃的綠色電能，源源不斷向外輸出。風(fēng)機(jī)與光伏板之下，牛羊漫步，一幅綠色科技與自然風(fēng)光友好融合的畫(huà)卷正徐徐展開(kāi)。
