國家風光儲輸示范工程：清潔能源發(fā)展的樣本

當以風能和太陽能為代表的新能源被賦予“第三次工業(yè)革命核心”的重任時，如何克服這兩種“最清潔能源”與生俱來的隨機性、波動性和間歇性，進而實現(xiàn)規(guī)模化并網(wǎng)，便成為一道橫亙在新能源開發(fā)利用之路上的難題。國家電網(wǎng)公司始終致力于破解清潔能源發(fā)展瓶頸，不辱使命，不負重托，采用世界首創(chuàng)的“風光儲輸聯(lián)合發(fā)電”技術路線，在智能電網(wǎng)技術框架下，建成目前世界規(guī)模最大的集風力發(fā)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——風光儲輸示范工程，為破解清潔能源大規(guī)模并網(wǎng)這一世界性難題展開了前沿性探索，取得豐碩成果。

國家風光儲輸示范工程榮獲中國工業(yè)大獎

工作人員運維光伏電站

吊裝風機葉片

示范電站大門

12月11日，我國工業(yè)領域的最高獎項——第四屆中國工業(yè)大獎在北京人民大會堂隆重揭曉，國家風光儲輸示范工程榮獲中國工業(yè)大獎。

7種輸出模式聯(lián)合應用

探索清潔能源發(fā)展新路徑

如何科學合理解決以風電、光伏發(fā)電為代表的新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)、集成應用，是一道世界級難題。面對影響新能源大規(guī)模并網(wǎng)的技術瓶頸，公司科研團隊經(jīng)過長時間前期調研后，最終確定了風光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術路線，即“風光互補、儲能調節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”。

2010年春，張北高原上的冰雪尚未消融，國家風光儲輸示范工程建設便熱火朝天地拉開序幕。國網(wǎng)冀北電力有限公司作為示范工程建設運營單位，不畏嚴寒、攻堅克難，高質量完成工程建設任務。該工程是世界上第一個集“風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電”于一體的風光儲輸示范工程。“風光儲輸聯(lián)合優(yōu)化的技術路線屬世界首創(chuàng)，沒有先例可循。我們要用實際行動開辟一條‘清潔中國、領跑世界’的嶄新路徑。”國網(wǎng)冀北電力風光儲公司總經(jīng)理馬力說。

公司高度重視示范工程建設，組建了以中國電力科學研究院、國網(wǎng)電力科學研究院等單位牽頭的科研團隊，開展聯(lián)合技術攻關。示范工程分為兩期，按照風電場500兆瓦，光伏電站100兆瓦和儲能裝置70兆瓦設計規(guī)劃，以“風光互補、儲能調節(jié)、智能輸電、平穩(wěn)可控”為攻堅目標，投資近100億元。

由公司自主研發(fā)的風光儲輸聯(lián)合發(fā)電全景檢測與綜合控制系統(tǒng)，是智能電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)基礎平臺在新能源場站監(jiān)控系統(tǒng)首次應用，能夠實時優(yōu)化協(xié)調風、光、儲各系統(tǒng)運行狀態(tài)，減小風電和光伏發(fā)電功率大幅度、高頻率波動，提高電網(wǎng)接納風電和光伏電源能力，實現(xiàn)風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的全景監(jiān)測與綜合控制。

在示范工程工作多年的國網(wǎng)冀北電力風光儲公司副總工程師劉漢民博士解釋說：“當風電、光伏發(fā)電出力足夠時，可將多余的發(fā)電出力儲存到電池中；一旦風光出力不夠時，儲能系統(tǒng)就可以放出電量。而這一切，都是通過聯(lián)合發(fā)電智能全景優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。它是整個風光儲電站的‘大腦’，可改善風電、光伏出力的波動性和間歇性，使之安全穩(wěn)定地并入電網(wǎng)運行。”

在控制中心中央大屏幕上，記者直觀地看到，代表風電出力、波動較大的藍色曲線和代表光伏發(fā)電出力的黃色曲線，經(jīng)代表儲能變化的橙色曲線“填平補齊”后，變成了代表電站實際發(fā)電出力的平滑綠色曲線。

國際能源署可再生能源部負責人保羅˙弗蘭克爾在控制中心看到這條綠色曲線圖后表示：“今天的參觀令我印象深刻。國際能源署和中國國家電網(wǎng)公司都在為全球能源清潔化發(fā)展做著自己的努力。我相信，今后我們的合作空間將會更大。”在他的心中，早已有了未來合作的路線圖。

“風、光、儲、風+光、風+儲、光+儲、風+光+儲”，7種組態(tài)時序出力優(yōu)化方法，實現(xiàn)了風儲、光儲和風光儲聯(lián)合等多種發(fā)電運行方式自動組態(tài)、智能優(yōu)化和平滑切換，發(fā)電品質接近常規(guī)電源，不僅滿足了平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調頻、削峰填谷等多樣調度需求，更解決了新能源發(fā)電精細化運行與控制，為大規(guī)模新能源并網(wǎng)及調度提供技術支撐。

積極推動科技成果深度轉化

實現(xiàn)清潔能源發(fā)展水平提升

目前，工程已安全穩(wěn)定運行1857天，通過風、光、儲多組態(tài)聯(lián)合運行模式，累計輸出超過26.24億千瓦時平穩(wěn)可控綠色電能，相當于節(jié)約標準煤104.96萬噸、減排二氧化碳261.6128萬噸。

在“低碳奧運院士行”活動中，中科院院士們一致認為，示范工程的意義并不在于發(fā)了多少電，而在于在無任何工程實例可參考的條件下，探索出一條世界首創(chuàng)的風光儲輸聯(lián)合發(fā)電運行模式，即通過風、光、儲的7種組合發(fā)電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調頻、削峰填谷4種功能相結合，實現(xiàn)多組態(tài)、多功能、可調節(jié)、可調度的聯(lián)合發(fā)電運行方式。

示范工程投運以來，以風光儲聯(lián)合發(fā)電互補機制及系統(tǒng)集成為代表的五大關鍵技術突破已取得87項授權專利，累計獲得數(shù)項省部級科技成果獎，部分創(chuàng)新成果達國際領先水平。研發(fā)的風光儲聯(lián)合發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)自動發(fā)電控制等7套軟件，并申請軟件著作權；已發(fā)表論文102篇，其中SCI、EI等國內外期刊上收錄論文50篇；編寫了風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化配比技術研究等15本技術報告，顯著增強了我國在國際新能源領域的影響力和話語權。

5年來，風光儲輸聯(lián)合發(fā)電運行及調度模式歷經(jīng)天氣陰晴、風云變幻無常、極寒暑熱交替等綜合考驗，將難預測、難控制、難調度的風、光資源轉化為優(yōu)質可靠的綠色電能輸入電網(wǎng)。公司依托示范工程，建立了國內首次風光聯(lián)合發(fā)電功率預測數(shù)值天氣預報，實現(xiàn)多尺度全天候風光聯(lián)合功率預測技術；并在國內首次應用云成像技術和裝置開展光伏功率預測，大范圍捕捉方圓云層數(shù)據(jù)信息，有效提升光伏電站超短期功率預測能力。

一系列科技創(chuàng)新，為解決大規(guī)模新能源集中開發(fā)、集成應用的世界性難題提供了我國自己的方案。

示范工程還代表公司參加了“國家十二五創(chuàng)新成就展”，受到了國務院總理李克強、副總理汪洋高度關注，全國人大副委員長沈躍躍等領導也在實地調研中給予高度評價。

如今，示范工程的運營經(jīng)驗、成果已經(jīng)為外界所認可借鑒，并推廣應用于美國及我國寧夏、青海多個新能源聯(lián)合發(fā)電示范工程。在示范工程的應用提升效應下，以比亞迪等多家電池儲能制造企業(yè)為代表，陸續(xù)建成投產(chǎn)了系列儲能產(chǎn)品，開啟了我國電池儲能產(chǎn)業(yè)先河，產(chǎn)能較過去擴大約40倍，成本降低了78%；其聯(lián)合發(fā)電控制技術及檢測系統(tǒng)，已經(jīng)成為大規(guī)模新能源場站生產(chǎn)運行的關鍵平臺，在江蘇如東海上風電場監(jiān)控、西藏羊八井光伏電站監(jiān)控、酒嘉風電基地得到廣泛應用；涵蓋規(guī)劃設計、調試驗收、運行檢修和技術監(jiān)督全過程技術標準體系，已應用于大唐新能源和魯能集團風電場，為大規(guī)模新能源精益化運行提供了強有力的技術支撐。