中國儲能網(wǎng)訊：作為推動經(jīng)濟社會發(fā)展的重要動力，能源一直是科技創(chuàng)新的重要領(lǐng)域。2014年，隨著“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略的提出，我國能源轉(zhuǎn)型進(jìn)入了新的歷史階段。其中，推動能源技術(shù)革命，成為我國發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要驅(qū)動力。
過去十年，新能源裝機容量及發(fā)電量大漲是我國能源革命取得的最顯著成果。
隨著我國風(fēng)光總裝機容量突破10億千瓦，未來如何做好新能源的消納利用，是能源轉(zhuǎn)型過程中的又一道必答題，也是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵。
作為“風(fēng)的故鄉(xiāng)、光的海洋”，依托于冀北清潔能源基地和張家口可再生能源示范區(qū)內(nèi)的多種要素資源，張家口積極推動源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動發(fā)展，并在新型電力系統(tǒng)建設(shè)方面先行先試，探索出了多元化的技術(shù)路徑，為我國能源轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)樣本。
探索源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動，讓綠電更“穩(wěn)定”
穩(wěn)定，是我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的大前提。
為支撐適應(yīng)大規(guī)模新能源和分布式電源友好并網(wǎng)，加快前瞻性電網(wǎng)核心技術(shù)攻關(guān)是當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)的首要任務(wù)。
截至目前，我國已經(jīng)探索出不少適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)技術(shù)，如新能源發(fā)電并網(wǎng)及主動支撐技術(shù)、電力系統(tǒng)仿真分析及安全高效運行技術(shù)、交直流混合配電網(wǎng)靈活規(guī)劃運行技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)，以及源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補集成設(shè)計及運行技術(shù)。
具備多項區(qū)位優(yōu)勢的張家口成為承接這些新技術(shù)的“試驗場”。
位于我國“三北”地區(qū)交匯處的張家口，是“一帶一路”中蒙俄經(jīng)濟走廊的重要節(jié)點城市，處于我國九大清潔能源基地之一的冀北清潔能源基地。2015年7月，經(jīng)國務(wù)院批復(fù)同意，張家口可再生能源示范區(qū)成為我國唯一一個國家級可再生能源示范區(qū)。
近年來，冀北清潔能源基地的風(fēng)光裝機容量屢創(chuàng)新高。截至2023年年底，該基地的新能源總裝機容量突破5000萬千瓦，冀北電網(wǎng)全年新能源發(fā)電量達(dá)820億千瓦時，同比增長14.7%，新能源發(fā)電量已占冀北電網(wǎng)電源發(fā)電總量的51%，冀北電網(wǎng)在全國率先實現(xiàn)新能源裝機和發(fā)電量占比過半“雙主體”。
眾所周知，以風(fēng)光為主的新能源發(fā)電具有間歇性和波動性，這也是新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中繞不過的坎兒。
過去，電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)控主要采取源隨荷動的模式，其問題在于當(dāng)用電負(fù)荷突然增高時，一旦電源發(fā)電能力不足，便會出現(xiàn)供需不平衡以致嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運行。因此，在新能源發(fā)電側(cè)增加儲能，讓源隨荷動向源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動轉(zhuǎn)型成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵。
目前，已在張家口可再生能源示范區(qū)投運的國家風(fēng)光儲輸示范工程便是源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動的代表。
作為國家科技支撐計劃重大項目、河北省重點產(chǎn)業(yè)支撐項目、國家電網(wǎng)堅強智能電網(wǎng)首批試點工程，國家風(fēng)光儲輸示范工程采用了世界首創(chuàng)的風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電技術(shù)，即通過風(fēng)、光、儲的七種組合發(fā)電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統(tǒng)調(diào)頻、削峰填谷四種功能結(jié)合，實現(xiàn)多組態(tài)、多功能、可調(diào)節(jié)、可調(diào)度的聯(lián)合發(fā)電運行方式。簡單來說，就是當(dāng)風(fēng)電、光伏發(fā)電富余時，將無法并網(wǎng)的電能進(jìn)行存儲；當(dāng)風(fēng)電、光伏發(fā)電出力不足時，儲能系統(tǒng)再釋放出儲存的電能。
當(dāng)下，儲能因具備靈活調(diào)節(jié)、快速響應(yīng)、主動支撐等優(yōu)勢，已經(jīng)成為新型電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分。
中國工程院院士黃其勵曾表示，儲能既可布局在大電源、大電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點，也可作為分布式智能電網(wǎng)、綜合智慧能源系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備之一，在新型電力系統(tǒng)“保供應(yīng)”和“保安全”中發(fā)揮重要作用。
目前，國網(wǎng)冀北張家口風(fēng)光儲輸新能源有限公司還與中國電科院合作建成了儲能系統(tǒng)并離網(wǎng)特性檢測平臺。據(jù)悉，該平臺具備兆瓦級儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行特性的實證能力和500千瓦以下儲能系統(tǒng)離網(wǎng)運行特性的測試與實證能力。截至目前，已完成陜西合容電氣公司調(diào)頻用超級電容儲能、北京普能世紀(jì)公司第三代全釩液流儲能性能測試與實證運行。同時，通過自主搭建鋰電池安全試驗環(huán)境，完成了國內(nèi)首次磷酸鐵鋰電池簇級熱失控試驗。
針對風(fēng)光發(fā)電具有間歇性這一特點，國網(wǎng)冀北張家口風(fēng)光儲輸新能源有限公司的工作人員表示，風(fēng)光儲輸“四位一體”聯(lián)合發(fā)電控制和調(diào)度模式可以將新能源發(fā)電出力10分鐘的平均波動率由30%降低至小于5%。“同時該工程擁有國內(nèi)首個多尺度、全天候、高精度風(fēng)光聯(lián)合功率預(yù)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)風(fēng)光聯(lián)合功率預(yù)測偏差小于10%”。
為進(jìn)一步提升新能源功率預(yù)測精度水平，2022年，國網(wǎng)冀北電力開發(fā)并應(yīng)用了風(fēng)光儲基地數(shù)字孿生三維可視化展示與輔助決策平臺，可實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警、尾流偏航優(yōu)化、缺陷自動預(yù)警等功能。
“風(fēng)光儲基地數(shù)字孿生三維可視化展示與輔助決策平臺像是智慧的大腦，足不出戶就可以運籌帷幄，實現(xiàn)基于海量信息的新能源功率預(yù)測。截至目前，可實現(xiàn)日前預(yù)測精度風(fēng)電達(dá)到85%，光伏發(fā)電達(dá)到90%；風(fēng)電第四小時預(yù)測精度不低于90%，光伏發(fā)電第四小時預(yù)測精度不低于95%?！眹W(wǎng)冀北張家口風(fēng)光儲輸新能源有限公司的工作人員說道。
國家風(fēng)光儲輸示范工程的亮點不僅體現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新上，還體現(xiàn)在模式創(chuàng)新上。
國網(wǎng)冀北電力的工作人員告訴記者，大多數(shù)新能源場站采用“大規(guī)模集中式開發(fā)，高電壓遠(yuǎn)距離送出”的典型發(fā)展模式，低慣量、過電壓、寬頻振蕩等問題突出，成為制約新能源消納、危及系統(tǒng)穩(wěn)定的主要因素。為解決這一問題，2022年，國家風(fēng)光儲輸示范基地啟用“新能源＋儲能＋調(diào)相機”的發(fā)展模式，這也是全國首家應(yīng)用該模式的新能源基地，對于探索新型電力系統(tǒng)的電源構(gòu)建方案具有重大意義。
在業(yè)內(nèi)，調(diào)相機被稱為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的“穩(wěn)定器”，可以有效解決區(qū)域新能源送出能力不足等問題。據(jù)了解，調(diào)相機系統(tǒng)是介于發(fā)電機和電動機間，能夠不發(fā)出、不吸收有功的一種特殊電機，可根據(jù)系統(tǒng)需要，自動在電網(wǎng)電壓波動時調(diào)節(jié)無功輸出，不僅可為風(fēng)光儲輸示范工程提供足夠的短路容量支撐，還可在既有基礎(chǔ)上，直接提升風(fēng)光儲輸新能源送出同時率30%以上，大幅提升新能源外送能力。截至5月中旬，冀北電網(wǎng)累計投產(chǎn)調(diào)相機24臺，總?cè)萘?1萬千瓦，提升新能源送出能力129.5萬千瓦。
建設(shè)“柔性”通道，讓綠電外送更暢通
提升新能源消納，是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的另一個重點。
十年前，張家口也曾面臨綠電消納能力不足的困境。根據(jù)《河北省張家口市可再生能源示范區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，2014年張家口的可再生能源電力裝機總?cè)萘考s700萬千瓦，但區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)最大負(fù)荷僅為185萬千瓦，可再生能源對外輸送能力不足400萬千瓦，可再生能源發(fā)電受限。
張家口的綠電消納問題并非個例，過去十年間，不少可再生能源送出?。ㄊ校┗騾^(qū)域都曾有過類似的問題。因此，加快建設(shè)電力外送通道是保障綠電“送得出”的關(guān)鍵。
國家能源局在2023年發(fā)布的《關(guān)于加強新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》中就指出，要協(xié)同推進(jìn)大型新能源基地、調(diào)節(jié)支撐電源和外送通道開發(fā)建設(shè)，保障外送電力的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
為此，作為京津冀地區(qū)的電力輸送通道節(jié)點，張家口將擴建超高壓輸變電工程、增建特高壓輸變電工程，以及完善可再生能源電力跨省跨區(qū)輸送通道提上日程。
目前，張家口陸續(xù)建成張北—雄安1000千伏特高壓交流通道、張北±500千伏柔性直流通道和張南、萬全、沽源3個500千伏變電站。
其中，創(chuàng)造了12項世界第一的張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程（以下簡稱“張北柔直工程”）成為能源技術(shù)創(chuàng)新的集大成者，2022年北京奧運場館實現(xiàn)100%清潔用能也源于其在背后的助力。
據(jù)了解，張北柔直工程是世界首個四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，它不僅是世界首個±500千伏柔性直流電網(wǎng)工程，也是當(dāng)時世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流工程，能夠有效解決張北可再生能源的送出與消納問題，促進(jìn)大型能源基地集約化開發(fā)和清潔能源高效利用。
2020年6月29日，張北柔直工程正式投運，共新建中都、康巴諾爾、阜康和延慶4座換流站，額定電壓±500千伏，額定輸電能力450萬千瓦，輸電線路長666千米。其中，中都、康巴諾爾換流站為送電端，接入新能源，阜康站為調(diào)節(jié)端，接入抽水蓄能，延慶站為接收端，接入首都負(fù)荷中心。
那么，張北柔直工程何以獲得12項世界第一？
相較傳統(tǒng)交流和直流輸電技術(shù)，柔性直流輸電是一種以電壓源換流器、自關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)為基礎(chǔ)的新型輸電技術(shù)，該輸電技術(shù)具有可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會出現(xiàn)換相失敗、換流站間無需通信以及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點。與傳統(tǒng)方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造等方面具有較強的技術(shù)優(yōu)勢，是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。
國網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司的相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，張北柔直工程突破了柔性直流組網(wǎng)、容量提升與可靠性提升等三大技術(shù)難題，并實現(xiàn)了五項技術(shù)創(chuàng)新突破?！霸谙到y(tǒng)控制上，打造了世界上首個基于直流電網(wǎng)的多維度、多要素的控制保護(hù)系統(tǒng)；在開斷能力上，研制出世界上最高電壓等級、最高開斷能力的直流斷路器；在換流容量上，研制出世界上最高電壓等級、最大換流容量柔性直流換流閥；在耗能裝置上，研制出世界上最大容量交流耗能裝置；最后，在器件功率上，研制出世界上最大功率的全控可關(guān)斷器件”。
截至5月15日，張北柔直工程累計向京津冀地區(qū)輸送綠電突破300億千瓦時，約等于820萬戶家庭一年的用電量，累計節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1050萬噸。
全方位提升新能源消納能力
科技創(chuàng)新在推動能源變革的同時，還帶動了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級以及綠電交易機制的創(chuàng)新。
隨著張家口新能源規(guī)?；_發(fā)成效顯著，《關(guān)于促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實施辦法》《張家口市關(guān)于支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)惠政策》等文件相繼出臺，吸引了一大批裝備制造業(yè)落地，其中明陽智慧、金風(fēng)科技、億華通等約29家新能源高端裝備制造企業(yè)在張家口可再生能源示范區(qū)落地生根，涵蓋風(fēng)機、塔筒、葉片、光伏組件上下游產(chǎn)業(yè)，形成了智能風(fēng)機、高效光伏組件、氫燃料電池發(fā)動機等多個產(chǎn)業(yè)鏈條。
同時，依托于海量的綠電供應(yīng)，近年來，冀北地區(qū)形成了大數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)集群，打造了“新能源+數(shù)據(jù)平臺”新樣板。
作為京津冀算力樞紐節(jié)點城市，目前，張家口吸引了阿里、騰訊、秦淮等一批大數(shù)據(jù)企業(yè)落戶。
“目前，官廳湖大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)基地已通過‘四方交易’機制購買綠色清潔能源，提升綠色能源使用占比?！鼻鼗磾?shù)據(jù)官廳湖大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)基地負(fù)責(zé)人表達(dá)了使用清潔能源的強烈需求。他口中“四方交易”機制由國網(wǎng)冀北電力首創(chuàng)。這一機制保障了北京冬奧會場館實現(xiàn)百分之百綠電供應(yīng)。
北京冬奧會雖已落幕，但“四方交易”這一機制還在持續(xù)發(fā)揮作用。在“四方交易”機制基礎(chǔ)上，國網(wǎng)冀北電力暢通了新能源交易機制和渠道，讓域內(nèi)有使用綠電需求的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)都用上了新能源。
冀北電力交易中心結(jié)合市場主體綠色電力生產(chǎn)消費需求，在冬奧綠電交易與認(rèn)證的引領(lǐng)示范下，優(yōu)化交易組織時序，優(yōu)先組織年度、月度綠電分時段交易，簡化業(yè)務(wù)流程，市場準(zhǔn)入、交易組織與結(jié)算全流程線上辦理、緊密銜接；同時，在電力市場運營中融入互聯(lián)網(wǎng)電商思維，推出了“電商式”購電服務(wù)平臺——基于e－交易App的電力零售商城，為售電公司提供套餐展示和簽約服務(wù)，也為零售用戶提供信息查詢、篩選比價、下單簽約等一站式服務(wù)，提高了零售用戶購買綠電的便捷度。截至今年4月底，張家口大數(shù)據(jù)累計用電量達(dá)17.54億千瓦時，同比增長28.37%。
科技創(chuàng)新離不開人才助力，目前，借助京津冀地區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢，張家口正在加速構(gòu)建京津冀人才一體化發(fā)展的“先遣隊”，不斷加強與京津冀的人才交流。
以產(chǎn)聚才、以才興產(chǎn)。未來，為滿足京津冀地區(qū)負(fù)荷發(fā)展需求，張家口將持續(xù)推動以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，進(jìn)一步提升新能源送出能力。
根據(jù)《張家口可再生能源示范區(qū)“十四五”發(fā)展實施方案》，預(yù)計到2025年，示范區(qū)的可再生能源裝機容量將達(dá)到4300 萬千瓦以上，利用率達(dá)到95%以上，年替代化石能源2100萬噸以上標(biāo)準(zhǔn)煤；可再生能源消費量占終端能源消費總量比例達(dá)到45%，70%的電力消費來自可再生能源，形成以可再生能源為主的綠色能源生產(chǎn)消費體系。
