张北草原升起“金太阳”

张北草原升起“金太阳”   由国家财政部、科技部、国家能源局和国家电网公司联合推出的“金太阳示范工程”头个重点项目——国家风光储输示范工程即将**竣工。这是目前世界上规模*大，集风电、光伏发电、储能及输电工程四位一体的可再生能源项目。在工程**竣工前夕，本报记者走进工程现场，实地感受了这一工程对新能源产业的推动作用。

12月14日，距北京300多千米，河北省张家口市张北县国家风光储输示范工程工地上，气温已下降到零下25摄氏度，五六级的大风夹杂着沙尘如刀锋般一阵阵地在脸上划过，又冷又疼。不过，不停转动的风力发电机叶片带着勃勃生机打破了张北草原在严冬的沉寂，一排排光伏电池板组成数个巨大的方阵吸引着来访者的目光，而技术人员正冒着严寒对国家风光储输示范工程进行*后的系统及联合调试。很快，张北草原将升起绿色能源支撑的“金太阳”。

1难预测、难控制、难调度“风光”并网需破技术瓶颈

　　新能源发展面临挑战

　　在能源需求越来越大的时代，转变能源发展方式，推动传统能源的清洁高效利用，加快发展新能源和可再生能源已经成为我国未来能源发展的基调，预计到“十二五”末，我国非化石能源在一次能源消费中的比重将达到11.4%，其中风能和太阳能是新能源利用的主力军。

　　我国风能、太阳能资源潜力巨大，发展迅速。预计到2020年，风电装机将超过1.5亿千瓦，太阳能发电达2000万千瓦。但相关产业迅猛发展的同时，也面临着亟待解决的迫切问题。

　　今年2月24日，甘肃酒泉风电基地598台风电机组脱网。4月17日，甘肃瓜州15个风电场702台机组脱网。同一日，在河北张家口，国华佳鑫风电场644台风电机组脱网。时隔8天的4月25日，酒泉风电基地再次发生事故，上千台风机脱网。

　　这些事故都是因为不稳定的风能、太阳能电力对电力系统的冲击造成的，不仅对电网的**运行造成危害，对快速发展的新能源产业也犹如当头一棒。我国太阳能、风能资源富集地区与主要负荷中心逆向分布的基本国情，决定了我国风电开发以大规模集中开发、远距离高压输送为主，光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点，新能源电力的大规模集中并网无疑将给电网的**稳定运行带来巨大挑战。其中主要面临着三个技术问题：风电、光伏出力的反调节性和有效预测困难，对电力系统调峰提出了巨大的挑战，新能源大规模并网要求建设大量的备用容量和调峰电源；风电、光伏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；风电、光伏并网产生的电压波动、闪变以及谐波导致电能质量难以满足用户需求。

　　突破瓶颈的示范工程

　　面对这些问题，我国风电和光伏产业具备了较强的工业化生产能力，但尚未完全形成独立自主的设计能力，并**性、控制技术与并网要求存在较大差距。

　　在这种形势下，2009年4月29日，财政部、科技部、国家能源局以及国家电网公司共同召开“金太阳工程”协调会。国家电网公司积极响应国家“金太阳工程”要求，提出了“以点带面，点面结合，在华北或西部地区规划建设1至2个100兆瓦级标志性示范项目”，拉开了“国家风光储输示范工程”建设的大幕。国家风光储输示范工程位于国家千万千瓦级风电基地之一的河北张家口坝上张北地区，是目前世界上规模*大的集风电、光伏发电、储能及智能调度输电工程四位一体的大规模新能源友好并网的综合示范项目。工程规划建设50万千瓦风电场，10万千瓦光伏发电站和11万千瓦储能装置。一期工程建设风电10万千瓦、光伏发电4万千瓦和储能2万千瓦，配套建设一座220千伏智能变电站。国家风光储输示范工程一期工程平均每年发电2.6亿千瓦时，每年降低约9.36万吨标准煤的消耗，减少约18万吨二氧化碳排放。

　　国家风光储输示范工程建成后将成为国内智能化运行水平*高、运行方式*为灵活多样的新能源示范工程。工程的建设将带动风电和光伏发电相关产业的技术升级，促进风电、光伏并网技术标准和管理规定的出台，促进国家新能源产业又好又快向前发展。

2风可控、光可控、储可控促成新能源“源网友好”

“编号F004”体现先进性

　　风光储输示范工程所属的小东梁风电场地势较高的山梁上，编号为F004正在每秒12米的风速下正常运转，周围还有其他传统风电场的数百台风机正跟它一样不停地转着。而在风光储示范电站副总经理徐明这样的专业人士看来，那些传统风电场里不停运转的风机对于电网的**运行却是一个潜在的不稳定因素，他感慨，要是这些传统的风电场都能改造成小东梁这种“源网友好”的风电厂就好了。

　　他对记者特别强调，“我们这里风电厂的‘厂’是工厂的‘厂’而不是场地的‘场’”，他解释说，场地的“场”更多的指的是地理位置，指由若干风机组成一个风机集群场地的概念，而我们的风电厂有电力系统的概念，它是和整个电力系统紧密相连的，就像火电厂、水电厂一样，电网调度系统对它们是可控可调的。而传统的风电场是不具有这种特性的，来风了就向电网送电，风太小或者风太大了风机就得停下来，导致电网调度机构就得安排其他的火电机组或者水电机组来“顶它的班”，这对电网的稳定性冲击很大。而随着新能源电力比重的加大，如果能达到源网友好的具体要求，就可有效降低其对电力系统的冲击，同时能更有效地利用这些新能源。

　　来到国家风光储输示范工程的全景控制中心，工程总工程师雷为民正在做着工程投产前*后的测试工作。在一块监控风力发电机的电脑屏幕上，一块当地的卫星遥感地图上标注着一些红色和蓝色的风机标志，雷为民指着屏幕向记者介绍，红色的就是正在正常运行的，蓝色的就是没有正常运行的。只见雷为民轻点其中的一个编号为F004的红色光标，一台风机的详细运行数据马上呈现出来。雷为民告诉记者，这就是先前参观小东梁风电场见到的，采用工程自主研发的“联合发电监控系统”，运行人员只要坐在电脑前就可以远程通过视频清晰明了地掌握这台风机的运行情况，而且还可以实时监控这台风机的风速、发电机转速、电压等200多个运行数据，监控系统根据这些数据变化即时监控这台风机的运行情况，根据数据的异常诊断出风机出了什么故障，由此大大提高了运行效率。以前技术人员费时费力必须到现场去查看风机运行情况就此成为历史。

　　全景控制提升稳定性

　　雷为民告诉记者，这些只是风光储输示范工程众多的先进性中的一方面，通过控制中心的全景控制系统，调度系统对每一块光伏电池板、每一台风机、每一节储能电池的运营参数都可以实时监控，使它们相互配合。

　　以往风电*让人诟病的就是出力波动问题，而风光储输示范工程其中*大的作用就是减少出力波动，根据风光储输示范工程研究人员的研究显示，在张北地区的风光资源条件下，单纯输出风电的出力波动为30%，而风电与光伏发电以1：1的比例一起发电时的联合出力波动为12%。这大大降低了出力波动。如果再加上储能电池的作用，波动会更小。当储能在整个项目中的配比容量小于10%时，联合发电出力波动超过9%；当储能配比大于20%时，储能作用明显，出力波动偏差小于5%；当储能容量配比达到30%时，出力波动基本由储能系统吸收，出力偏差小于3%。

　　当风电、太阳能发电能像火电、水电一样稳定时，电网调度系统就可以像控制常规机组一样控制风电机组，风电不再对电网造成威胁，所以风光储输示范工程是一个“网源友好”的智能电站。不仅如此，风光储输示范工程还能将风电、太阳能电力和储能电池的特性相结合，开发出一些新的功能。

　　除了较小出力波动，输出平滑的电力，风光储输示范工程还可以通过联合预测系统进**象预测，从而计算出发电计划提供给电网调度系统，减少出力偏差；储能电池可以当做可调节的负荷，电网调度系统可以通过它将电网内多余的电量通过电池吸收，相当于把低谷负荷给抬上去，这样就可以避免一些火电机组的频繁停机；风光储输工程还能够参加电网频率调整，减少频率波动。据雷为民介绍，如果用火电机组来调频的话反应时间可能需要几秒，但是用风光储联合发电的话反应时间可能只需要几百毫秒左右，这对于维护整个电网的稳定运行意义重大。用雷为民的话说，“以前都得安排火电机组给风电顶班，现在风光储电站也可以给别的电源顶班了。”

3新设备、新技术、新标准促进新能源发展

　　为新能源发展提供运行经验

　　“嗡……嗡”寂静的荒滩上，一阵阵电动马达驱动液压装置的声音吸引了记者的注意。风光储公司技术部副主任刘汉民告诉记者，这是大型高倍聚光太阳能电池在自动调整角度追踪太阳光线，以获得更好的照射角度，发挥更大发电效率。这种新型光伏系统在国内是**采用，此外，这个光伏电站还汇集了多晶硅、单晶硅、薄膜太阳能电池、低倍聚光光伏电池等多种类型的电池，跟踪布置方式也涵盖了固定式、单轴跟踪、双轴跟踪等，这使其成为国内容量*大的功率调节型光伏电站。

　　刘汉民告诉记者：“为了研究光伏电池的特性，获得*好的风电储联合运行技术，必须引进一些前瞻性的技术设备。”在光伏电站的建设中，研究人员还自主开发了大容量光伏电池并网逆变器技术。多样化的太阳能电池、逆变器和跟踪方式将实现多模式的运行数据的比对，可分析验证不同类型太阳能电池、逆变器和跟踪方式的运行效率，积累运行数据，为国家推动相关产业发展决策提供可信赖的数据支撑。

　　作为国内头个智能化源网友好型风电厂，风光储输示范工程所属风电厂更是顺应陆上风机容量大型化的发展趋势，示范应用多种技术型式的风机。所有风机都将满足国家关于风电的各项技术标准、规定，完全掌握无功综合控制、风电场有功控制、低电压穿越技术，风电厂实现友好接入电网。

　　实战解决新能源运用技术难题

　　中国电力科学研究院博士惠东作为工程储能电站**专家，全程参与了示范工程储能电站的建设，并颇感自豪：“以前的很多项目都是国外有成功先例，现在我们先做成功了。”他表示，该电站的建成是世界上**实现多类型化学电池储能系统协同配合新能源发电的试验应用。储能系统将实现平滑新能源发电出力的随机波动，使风能、太阳能等新能源发电特性达到或接近常规能源，大幅降低新能源随机波动对电力系统的冲击，跟踪电网调度计划曲线和削峰添谷等功能。

　　而整个风光储输示范工程的核心则是由国网电科院自主研发的风光储联合发电全景智能控制系统，它是示范工程生产运行的控制**，可根据高精度的风能预测和光照预测数据，按照电网调度计划要求，对风电厂、光伏电站、储能电站和变电站进行四位一体的全景监控，将实现风储联合、光储联合和风光储联合等多种发电运行方式的自动组态、智能优化和平滑切换。

　　风光储示范电站总经理闫忠平认为，该工程无实例可供参考，关键技术依靠科研支撑解决，通过科技攻关推动技术**，对工程设计、采购、调试、生产全方位支撑，以科研促进工程，以工程带动科研，加快科研成果的工程化应用，以科技****工程建设，以生产数据验证科研成果并推动后续科技**，将对解决新能源运用的技术瓶颈发挥重要作用。

4做得好、用得好、管得好做新能源利用好榜样

　　张北样本的示范意义

　　多项研究表明，虽然近年来我国新能源发展迅速，新能源发电装机规模不断增加，但是研发基础薄弱，总体技术水平和产品质量落后于发达国家；新能源技术标准偏低，设备并网和认证环节缺失，科学有序发展机制尚未形成。这些使得即使我国新能源装机规模不断加大，但个体的技术和运营水平并未得到实质提升。

　　新能源迅猛发展，而相关管理机制、技术手段、标准规范却没有跟上。因此，建设国家风光储输示范工程，实际上为电网接纳大规模新能源提供了实践平台。

　　张北风、光资源丰富，新能源发展较快但用电负荷较小，必须通过高电压、远距离输电将新能源电力送至京津唐电网负荷中心，在资源分布和负荷消纳方式上与蒙西、甘肃等国内主要新能源基地极为相似，具备我国新能源开发利用的基本特征，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。对于这个工程的示范意义，惠东认为，这个示范工程就是要树立一个“榜样”，一个让大家学得会、学得起、学得快的“榜样”。

　　风光储输示范工程将通过技术**、科技**、建设管控模式示范和生产运营管理提升，起到电网接纳大规模新能源发电的示范作用。构建国家新能源发电领域的自主**和试验示范两个平台，实现“出技术标准、出科技成果、出**人才”，树立我国在新能源大规模利用开发方面的新模式和核心竞争力，**国际新能源技术**和发展方式的转变。

　　值得期待的推广前景

　　即将**竣工的国家风光储输示范工程，将在全球范畴内率先实现风光储联合发电互补机制及系统集成、全景监测与协调控制、全天候多尺度一体化功率预测、源网协调技术和大规模化学储能五大技术突破，形成具有“技术先进性、科技**性、经济合理性、项目示范性”的国际**新能源示范工程。

　　雷为民认为，这个工程在建设和以后运行中的一些成果完全具有普遍的推广意义，形成的技术**标准将对推进新能源产业发展起到积极推动作用。

　　惠东表示，即使从世界范围看，这个工程的示范效果都值得称道。国家风光储输示范工程通过自主**，掌握核心关键技术，形成一大批具有自主知识产权的科技成果；有利于我国风电、光伏、储能等上下游产业振兴和又好又快发展；示范**可再生能源项目建设，为坚强智能电网接纳可再生能源搭建技术平台；提升可再生能源产业相关技术标准和管理制度，促进大规模可再生能源开发利用。