張北草原升起“金太陽”

張北草原升起“金太陽”   由國家財政部、科技部、國家能源局和國家電網公司聯合推出的“金太陽示範工程”頭個重點項目——國家風光儲輸示範工程即將**竣工。這是目前世界上規模*大，集風電、光伏發電、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場，實地感受了這一工程對新能源產業的推動作用。

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

1難預測、難控製、難調度“風光”並網需破技術瓶頸

　　新能源發展麵臨挑戰

　　在能源需求越來越大的時代，轉變能源發展方式，推動傳統能源的清潔高效利用，加快發展新能源和可再生能源已經成為我國未來能源發展的基調，預計到“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%，其中風能和太陽能是新能源利用的主力軍。

　　我國風能、太陽能資源潛力巨大，發展迅速。預計到2020年，風電裝機將超過1.5億千瓦，太陽能發電達2000萬千瓦。但相關產業迅猛發展的同時，也麵臨著亟待解決的迫切問題。

　　今年2月24日，甘肅酒泉風電基地598台風電機組脫網。4月17日，甘肅瓜州15個風電場702台機組脫網。同一日，在河北張家口，國華佳鑫風電場644台風電機組脫網。時隔8天的4月25日，酒泉風電基地再次發生事故，上千台風機脫網。

　　這些事故都是因為不穩定的風能、太陽能電力對電力係統的衝擊造成的，不僅對電網的**運行造成危害，對快速發展的新能源產業也猶如當頭一棒。我國太陽能、風能資源富集地區與主要負荷中心逆向分布的基本國情，決定了我國風電開發以大規模集中開發、遠距離高壓輸送為主，光伏發電接入電網呈現出大規模集中接入與分布式接入並舉的特點，新能源電力的大規模集中並網無疑將給電網的**穩定運行帶來巨大挑戰。其中主要麵臨著三個技術問題：風電、光伏出力的反調節性和有效預測困難，對電力係統調峰提出了巨大的挑戰，新能源大規模並網要求建設大量的備用容量和調峰電源；風電、光伏出力多變和瞬間衝擊，影響電網的暫態穩定性及頻率穩定性；風電、光伏並網產生的電壓波動、閃變以及諧波導致電能質量難以滿足用戶需求。

　　突破瓶頸的示範工程

　　麵對這些問題，我國風電和光伏產業具備了較強的工業化生產能力，但尚未完全形成獨立自主的設計能力，並**性、控製技術與並網要求存在較大差距。

　　在這種形勢下，2009年4月29日，財政部、科技部、國家能源局以及國家電網公司共同召開“金太陽工程”協調會。國家電網公司積極響應國家“金太陽工程”要求，提出了“以點帶麵，點麵結合，在華北或西部地區規劃建設1至2個100兆瓦級標誌性示範項目”，拉開了“國家風光儲輸示範工程”建設的大幕。國家風光儲輸示範工程位於國家千萬千瓦級風電基地之一的河北張家口壩上張北地區，是目前世界上規模*大的集風電、光伏發電、儲能及智能調度輸電工程四位一體的大規模新能源友好並網的綜合示範項目。工程規劃建設50萬千瓦風電場，10萬千瓦光伏發電站和11萬千瓦儲能裝置。一期工程建設風電10萬千瓦、光伏發電4萬千瓦和儲能2萬千瓦，配套建設一座220千伏智能變電站。國家風光儲輸示範工程一期工程平均每年發電2.6億千瓦時，每年降低約9.36萬噸標準煤的消耗，減少約18萬噸二氧化碳排放。

　　國家風光儲輸示範工程建成後將成為國內智能化運行水平*高、運行方式*為靈活多樣的新能源示範工程。工程的建設將帶動風電和光伏發電相關產業的技術升級，促進風電、光伏並網技術標準和管理規定的出台，促進國家新能源產業又好又快向前發展。

2風可控、光可控、儲可控促成新能源“源網友好”

“編號F004”體現先進性

　　風光儲輸示範工程所屬的小東梁風電場地勢較高的山梁上，編號為F004正在每秒12米的風速下正常運轉，周圍還有其他傳統風電場的數百台風機正跟它一樣不停地轉著。而在風光儲示範電站副總經理徐明這樣的專業人士看來，那些傳統風電場裡不停運轉的風機對於電網的**運行卻是一個潛在的不穩定因素，他感慨，要是這些傳統的風電場都能改造成小東梁這種“源網友好”的風電廠就好了。

　　他對記者特彆強調，“我們這裡風電廠的‘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，指由若乾風機組成一個風機集群場地的概念，而我們的風電廠有電力係統的概念，它是和整個電力係統緊密相連的，就像火電廠、水電廠一樣，電網調度係統對它們是可控可調的。而傳統的風電場是不具有這種特性的，來風了就向電網送電，風太小或者風太大了風機就得停下來，導致電網調度機構就得安排其他的火電機組或者水電機組來“頂它的班”，這對電網的穩定性衝擊很大。而隨著新能源電力比重的加大，如果能達到源網友好的具體要求，就可有效降低其對電力係統的衝擊，同時能更有效地利用這些新能源。

　　來到國家風光儲輸示範工程的全景控製中心，工程總工程師雷為民正在做著工程投產前*後的測試工作。在一塊監控風力發電機的電腦屏幕上，一塊當地的衛星遙感地圖上標注著一些紅色和藍色的風機標誌，雷為民指著屏幕向記者介紹，紅色的就是正在正常運行的，藍色的就是冇有正常運行的。隻見雷為民輕點其中的一個編號為F004的紅色光標，一台風機的詳細運行數據馬上呈現出來。雷為民告訴記者，這就是先前參觀小東梁風電場見到的，采用工程自主研發的“聯合發電監控係統”，運行人員隻要坐在電腦前就可以遠程通過視頻清晰明了地掌握這台風機的運行情況，而且還可以實時監控這台風機的風速、發電機轉速、電壓等200多個運行數據，監控係統根據這些數據變化即時監控這台風機的運行情況，根據數據的異常診斷出風機出了什麼故障，由此大大提高了運行效率。以前技術人員費時費力必須到現場去查看風機運行情況就此成為曆史。

　　全景控製提升穩定性

　　雷為民告訴記者，這些隻是風光儲輸示範工程眾多的先進性中的一方麵，通過控製中心的全景控製係統，調度係統對每一塊光伏電池板、每一台風機、每一節儲能電池的運營參數都可以實時監控，使它們相互配合。

　　以往風電*讓人詬病的就是出力波動問題，而風光儲輸示範工程其中*大的作用就是減少出力波動，根據風光儲輸示範工程研究人員的研究顯示，在張北地區的風光資源條件下，單純輸出風電的出力波動為30%，而風電與光伏發電以1：1的比例一起發電時的聯合出力波動為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。當儲能在整個項目中的配比容量小於10%時，聯合發電出力波動超過9%；當儲能配比大於20%時，儲能作用明顯，出力波動偏差小於5%；當儲能容量配比達到30%時，出力波動基本由儲能係統吸收，出力偏差小於3%。

　　當風電、太陽能發電能像火電、水電一樣穩定時，電網調度係統就可以像控製常規機組一樣控製風電機組，風電不再對電網造成威脅，所以風光儲輸示範工程是一個“網源友好”的智能電站。不僅如此，風光儲輸示範工程還能將風電、太陽能電力和儲能電池的特性相結合，開發出一些新的功能。

　　除了較小出力波動，輸出平滑的電力，風光儲輸示範工程還可以通過聯合預測係統進**象預測，從而計算出發電計劃提供給電網調度係統，減少出力偏差；儲能電池可以當做可調節的負荷，電網調度係統可以通過它將電網內多餘的電量通過電池吸收，相當於把低穀負荷給抬上去，這樣就可以避免一些火電機組的頻繁停機；風光儲輸工程還能夠參加電網頻率調整，減少頻率波動。據雷為民介紹，如果用火電機組來調頻的話反應時間可能需要幾秒，但是用風光儲聯合發電的話反應時間可能隻需要幾百毫秒左右，這對於維護整個電網的穩定運行意義重大。用雷為民的話說，“以前都得安排火電機組給風電頂班，現在風光儲電站也可以給彆的電源頂班了。”

3新設備、新技術、新標準促進新能源發展

　　為新能源發展提供運行經驗

　　“嗡……嗡”寂靜的荒灘上，一陣陣電動馬達驅動液壓裝置的聲音吸引了記者的注意。風光儲公司技術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整角度追蹤太陽光線，以獲得更好的照射角度，發揮更大發電效率。這種新型光伏係統在國內是**采用，此外，這個光伏電站還彙集了多晶矽、單晶矽、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，這使其成為國內容量*大的功率調節型光伏電站。

　　劉漢民告訴記者：“為了研究光伏電池的特性，獲得*好的風電儲聯合運行技術，必須引進一些前瞻性的技術設備。”在光伏電站的建設中，研究人員還自主開發了大容量光伏電池並網逆變器技術。多樣化的太陽能電池、逆變器和跟蹤方式將實現多模式的運行數據的比對，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，積累運行數據，為國家推動相關產業發展決策提供可信賴的數據支撐。

　　作為國內頭個智能化源網友好型風電廠，風光儲輸示範工程所屬風電廠更是順應陸上風機容量大型化的發展趨勢，示範應用多種技術型式的風機。所有風機都將滿足國家關於風電的各項技術標準、規定，完全掌握無功綜合控製、風電場有功控製、低電壓穿越技術，風電廠實現友好接入電網。

　　實戰解決新能源運用技術難題

　　中國電力科學研究院博士惠東作為工程儲能電站**專家，全程參與了示範工程儲能電站的建設，並頗感自豪：“以前的很多項目都是國外有成功先例，現在我們先做成功了。”他表示，該電站的建成是世界上**實現多類型化學電池儲能係統協同配合新能源發電的試驗應用。儲能係統將實現平滑新能源發電出力的隨機波動，使風能、太陽能等新能源發電特性達到或接近常規能源，大幅降低新能源隨機波動對電力係統的衝擊，跟蹤電網調度計劃曲線和削峰添穀等功能。

　　而整個風光儲輸示範工程的核心則是由國網電科院自主研發的風光儲聯合發電全景智能控製係統，它是示範工程生產運行的控製**，可根據高精度的風能預測和光照預測數據，按照電網調度計劃要求，對風電廠、光伏電站、儲能電站和變電站進行四位一體的全景監控，將實現風儲聯合、光儲聯合和風光儲聯合等多種發電運行方式的自動組態、智能優化和平滑切換。

　　風光儲示範電站總經理閆忠平認為，該工程無實例可供參考，關鍵技術依靠科研支撐解決，通過科技攻關推動技術**，對工程設計、采購、調試、生產全方位支撐，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用，以科技****工程建設，以生產數據驗證科研成果並推動後續科技**，將對解決新能源運用的技術瓶頸發揮重要作用。

4做得好、用得好、管得好做新能源利用好榜樣

　　張北樣本的示範意義

　　多項研究表明，雖然近年來我國新能源發展迅速，新能源發電裝機規模不斷增加，但是研發基礎薄弱，總體技術水平和產品質量落後於發達國家；新能源技術標準偏低，設備並網和認證環節缺失，科學有序發展機製尚未形成。這些使得即使我國新能源裝機規模不斷加大，但個體的技術和運營水平並未得到實質提升。

　　新能源迅猛發展，而相關管理機製、技術手段、標準規範卻冇有跟上。因此，建設國家風光儲輸示範工程，實際上為電網接納大規模新能源提供了實踐平台。

　　張北風、光資源豐富，新能源發展較快但用電負荷較小，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負荷中心，在資源分布和負荷消納方式上與蒙西、甘肅等國內主要新能源基地極為相似，具備我國新能源開發利用的基本特征，在破解電網接納大規模新能源技術難題上具有典型性和代表性。對於這個工程的示範意義，惠東認為，這個示範工程就是要樹立一個“榜樣”，一個讓大家學得會、學得起、學得快的“榜樣”。

　　風光儲輸示範工程將通過技術**、科技**、建設管控模式示範和生產運營管理提升，起到電網接納大規模新能源發電的示範作用。構建國家新能源發電領域的自主**和試驗示範兩個平台，實現“出技術標準、出科技成果、出**人才”，樹立我國在新能源大規模利用開發方麵的新模式和核心競爭力，**國際新能源技術**和發展方式的轉變。

　　值得期待的推廣前景

　　即將**竣工的國家風光儲輸示範工程，將在全球範疇內率先實現風光儲聯合發電互補機製及係統集成、全景監測與協調控製、全天候多尺度一體化功率預測、源網協調技術和大規模化學儲能五大技術突破，形成具有“技術先進性、科技**性、經濟合理性、項目示範性”的國際**新能源示範工程。

　　雷為民認為，這個工程在建設和以後運行中的一些成果完全具有普遍的推廣意義，形成的技術**標準將對推進新能源產業發展起到積極推動作用。

　　惠東表示，即使從世界範圍看，這個工程的示範效果都值得稱道。國家風光儲輸示範工程通過自主**，掌握核心關鍵技術，形成一大批具有自主知識產權的科技成果；有利於我國風電、光伏、儲能等上下遊產業振興和又好又快發展；示範**可再生能源項目建設，為堅強智能電網接納可再生能源搭建技術平台；提升可再生能源產業相關技術標準和管理製度，促進大規模可再生能源開發利用。