中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心主任汪寧勃，在“新能源發(fā)電并網(wǎng)專場(chǎng)”，以《儲(chǔ)能提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)性能研究》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心主任汪寧勃
汪寧勃：下面由我跟大家共同討論一下儲(chǔ)能提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)性能這樣一個(gè)研究。我這里跟大家分享的主要是從這五個(gè)方面，首先就是我們國(guó)家風(fēng)電發(fā)展的逆向分布的特點(diǎn)，包括風(fēng)電和光伏都是主要集中在三北地區(qū)。與歐美國(guó)家發(fā)展模式不同，我國(guó)大概80%的風(fēng)電集中在三北地區(qū)，60%的光伏集中在西部地區(qū)。遠(yuǎn)離復(fù)合中心，這樣就不可避免的需要面對(duì)大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離送出所遇到的各種問題。目前酒泉距離蘭州復(fù)合中心有1千公里，在1千公里以外建設(shè)一個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地，相當(dāng)于在我們江蘇的南京建一個(gè)這樣的基地給北京供電這樣一個(gè)距離。同時(shí)在這個(gè)區(qū)間又是以330和750千伏這樣的電壓等級(jí)接入，所以形成了目前全世界集中并網(wǎng)規(guī)模最大、送出距離最遠(yuǎn)、接入電壓等級(jí)最高等一系列之最的這樣一些問題。在這個(gè)情況下我們所面臨的很多問題在其他地方可能表現(xiàn)的不是很突出，在我們甘肅酒泉地區(qū)表現(xiàn)的尤為突出，這個(gè)特點(diǎn)非常鮮明。
在這樣的一個(gè)輸電通道，我剛才說了一千公里的輸電通道，從酒泉西部的瓜州到蘭州的輸電過程中，隨著風(fēng)電的大幅度波動(dòng)，導(dǎo)致這個(gè)長(zhǎng)輸電線路的輸電有功功率甚至無功功率都不斷的隨著風(fēng)電波動(dòng)而變化，這樣的變化使得系統(tǒng)運(yùn)行控制也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。正在建設(shè)的酒泉到湖南株洲的特高壓正負(fù)800直流輸電線路將在今年5月份投產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)正在分體調(diào)試，但是這個(gè)又使得我們新能源的輸電距離從一千公里到2500公里這樣一個(gè)量級(jí)的變化。從交流輸電變成交直流混合輸電，使得我們將面臨更多的問題。盡管其他地方也有特高壓輸電線路投運(yùn)，但是由于我們?cè)诰迫胶线@個(gè)輸電通道的點(diǎn)上，目前沒有火電機(jī)組作為支撐，這是國(guó)內(nèi)外唯一的，幾乎是在原端純粹是新能源來支撐的，這將帶來更多的問題。
下面介紹一下新能源的特點(diǎn)，就是說我們國(guó)家發(fā)展的特點(diǎn)，而且這個(gè)比例實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到了或者超過了歐美國(guó)家的裝機(jī)容量。第二個(gè)就是我們輸電的整個(gè)總?cè)萘?，就不要說比我們更多的內(nèi)蒙，就甘肅的這個(gè)目的風(fēng)電可以排在世界第七，光伏也是可以排在世界第七、第八的位置。也就是說中國(guó)在這塊的發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的走在了世界的前端。第三個(gè)特點(diǎn)就是除了我們國(guó)家風(fēng)能資源逆向分布的特點(diǎn)以外，還有一個(gè)就是這個(gè)地區(qū)的土地資源的豐富使得它適合大規(guī)模開發(fā)，沒有足夠的土地資源是沒有辦法開發(fā)風(fēng)電和光伏的。同時(shí)它交通又比較方便，地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較好，又在輸電通道的下端，所以使得這個(gè)地方發(fā)展的比較快，也是問題比較多。
在目前情況下，實(shí)際上盡管大家都在說棄光棄風(fēng)等等一系列問題，實(shí)際上它的裝機(jī)容量已經(jīng)占全省總裝機(jī)容量的40%多，超過了德國(guó)，甚至超過了丹麥。但是它的發(fā)電量也是比較考前的，它的最大月發(fā)電量和最大的負(fù)荷已經(jīng)過了全省的一半了。同時(shí)一個(gè)就是超常規(guī)快速發(fā)展，近10年甘肅風(fēng)電增長(zhǎng)了239倍，光伏是6年增長(zhǎng)了300多倍，同時(shí)我們1977萬的裝機(jī)以及是我們最大符合的148%了，這些數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外的水平。距離遠(yuǎn)，以及主要集中在核心走廊這樣一個(gè)特點(diǎn)也是跟別的地方不太一樣的點(diǎn)。同時(shí)它的這個(gè)不確定性，包括各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力的隨機(jī)變化，以及大規(guī)模的脫網(wǎng)事故。這個(gè)脫網(wǎng)事故包括棄風(fēng)棄光這些問題都跟別的地方有顯著不同。
為了探討儲(chǔ)能的問題，我們首先看一下出力特性。這是我們?cè)缙诮y(tǒng)計(jì)的當(dāng)時(shí)只有540萬裝機(jī)的出力特性，全年的。大家看一下按照這樣一個(gè)風(fēng)電的運(yùn)行的特性，實(shí)際上是面臨巨大的挑戰(zhàn)的，也就是說它隨時(shí)都在變化。這是某一天的一個(gè)出力特性，剛才如果說年的出力特性看的是波動(dòng)的，實(shí)際上在一天的時(shí)間里面大家可以看到反調(diào)峰特性非常明顯，就是白天用電的時(shí)候不怎么發(fā)電，到晚上猛發(fā)電。這是對(duì)幾個(gè)風(fēng)電的特性分析，包括單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電場(chǎng)群以及總的處理，大家可以看單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力的變化率非?？?，但是在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)模風(fēng)電基地的時(shí)候變化逐步趨緩，或者趨于平緩。這樣實(shí)際上就是風(fēng)電在整體有自我平抑波動(dòng)的這樣一個(gè)能力，但是它仍然是一個(gè)隨機(jī)波動(dòng)性的能源。就拿底下這張圖來說，如果裝一千萬的風(fēng)電，大概95%的概率它的發(fā)電能力只能發(fā)到500萬左右，也就是說它的這個(gè)大出力的時(shí)間非常小，而這個(gè)出力分布的特點(diǎn)就決定了它整體是向小出力區(qū)間靠攏，大出力的時(shí)間非常小、時(shí)間非常短。
下面就儲(chǔ)能這塊做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，這實(shí)際上是我們承擔(dān)的一個(gè)國(guó)家863的項(xiàng)目，其中在這個(gè)項(xiàng)目的研究過程中通過儲(chǔ)能既加裝了超級(jí)電容也加裝了鋰電池儲(chǔ)能，通過兩種儲(chǔ)能方式來共同探索儲(chǔ)能改善風(fēng)電并網(wǎng)特性的這樣一個(gè)途徑和發(fā)展。在這個(gè)儲(chǔ)能的里面首先研究?jī)?chǔ)能配制的方法以及對(duì)儲(chǔ)能的需求，同時(shí)和風(fēng)電場(chǎng)的特性相結(jié)合，包括穩(wěn)態(tài)的和暫態(tài)的兩種狀態(tài)下去探索儲(chǔ)能提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)特性的一個(gè)思路。這是在八臺(tái)機(jī)組的一個(gè)點(diǎn)上，另外選擇了3臺(tái)機(jī)組分別加裝了300千瓦的超級(jí)電容的儲(chǔ)能。這個(gè)是裝鋰電池儲(chǔ)能的，就是在戶外把儲(chǔ)能接到這個(gè)35千伏母線上。這個(gè)是在儲(chǔ)能系統(tǒng)里面1兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)里面的內(nèi)部接線，整個(gè)這塊是最后放在一個(gè)集裝箱系統(tǒng)里面。它的儲(chǔ)能工作的原理主要是除了暫態(tài)支撐以外就是這種平抑瞬時(shí)的快速波動(dòng)，消除這種毛刺，使得風(fēng)電出力相對(duì)比較平穩(wěn)。
超級(jí)電容這個(gè)3兆瓦的機(jī)組里面是由兩部分組成，就是兩個(gè)1.5兆瓦的單元，每個(gè)單元里面分別裝150千瓦的超級(jí)電容模塊。超級(jí)電容主要是提供對(duì)直流母線的電壓作為控制源，進(jìn)行一個(gè)緊急狀態(tài)下的控制和異常波動(dòng)的控制，它既能夠起到平滑出力，同時(shí)在緊急狀態(tài)下還能夠提供支撐。作為一個(gè)緊急狀態(tài)下的控制和異常波動(dòng)的控制。這個(gè)也是在超級(jí)電容充放電仿真過程中展示曲線，這個(gè)是儲(chǔ)能在整個(gè)過程中的一個(gè)仿真的曲線和波動(dòng)變化的平抑吸收毛刺的變化過程。實(shí)際上由于我們這個(gè)容量選擇的比較小，所以它只能平抑一下波動(dòng)的毛刺。
這個(gè)是暫態(tài)頻率支撐的響應(yīng)，這個(gè)是超級(jí)電容在頻率變化過程中快速的發(fā)出響應(yīng)，起到對(duì)頻率有一個(gè)附加的支撐作用。我們?cè)诔Ｒ?guī)狀態(tài)下只是講風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，但是正常情況下電網(wǎng)對(duì)機(jī)組不僅有所謂的穿越，甚至需要要求在特殊情況下能夠繼續(xù)輸出有功和無功。在這個(gè)里面我們后面專門做了實(shí)驗(yàn)，這是仿真過程中要求在這種電壓能級(jí)下能夠繼續(xù)不脫網(wǎng)，并且能力繼續(xù)發(fā)出有功和無功這樣一個(gè)要求，這比我們現(xiàn)在的國(guó)標(biāo)要求已經(jīng)高了。這是在這個(gè)過程中充電和放電的頻率響應(yīng)的概率密度圖，這是整個(gè)過程中電壓的變化和積累的功率密度的圖。
前面那些過程主要是偏理論和仿真過程，實(shí)際上我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中儲(chǔ)能和超級(jí)電容，在儲(chǔ)能重點(diǎn)提高風(fēng)電的可調(diào)性能，在超級(jí)電容重點(diǎn)是解決提高風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)支撐能力的特點(diǎn)上面。這個(gè)是整個(gè)控制系統(tǒng)，既包括風(fēng)電機(jī)組的控制，也包括儲(chǔ)能和超級(jí)電容整個(gè)控制系統(tǒng)，就是示范功能的一個(gè)展示界面都在這個(gè)里面。這個(gè)是在風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙里面加裝的超級(jí)電容的界面以及整個(gè)柜子展示的圖。這是我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)本來是準(zhǔn)備驗(yàn)證70%，后來可能調(diào)的不太準(zhǔn)，在電壓跌落到72.32%的時(shí)候持續(xù)了5秒鐘，并且在5秒鐘以內(nèi)繼續(xù)能夠持續(xù)的輸出有功功率和無功功率，并且在這個(gè)5秒以后這個(gè)故障解除以后能夠很快就恢復(fù)的過程，下面就是我們超級(jí)電容分別動(dòng)作的這么一個(gè)支撐的圖。在正常狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組在這個(gè)情況下基本上都進(jìn)入了低電壓穿越的狀態(tài)，也就是說不可能再輸出五功的輸出，也只有網(wǎng)側(cè)電路輸出。在我們這個(gè)測(cè)試的過程中連續(xù)的輸出有功和無功，并且實(shí)現(xiàn)了不僅有低電壓穿越功能，而且有低電壓耐受能力，并且提供了很好的暫態(tài)支撐能力。
這個(gè)是儲(chǔ)能裝置的圖，因?yàn)檫@套裝置實(shí)際上在投運(yùn)以后僅僅是平抑一下毛刺的波動(dòng)，所以我們對(duì)這塊沒有特別的關(guān)注，但是在超級(jí)電容那塊一直通過多種觀察，感覺它的作用更加顯著。畢竟那個(gè)是在一臺(tái)機(jī)組上，這個(gè)是在一個(gè)八臺(tái)3兆瓦機(jī)組的母線上。也就是說在這樣一兆瓦一兆瓦的儲(chǔ)能裝置占的比例太小了，所以它在里面所起的作用非常有限。
我就跟大家分享到這里，我們想通過這個(gè)研究干什么呢？就是什么時(shí)候我們風(fēng)電機(jī)組能夠像常規(guī)機(jī)組一樣達(dá)到實(shí)現(xiàn)這樣的常規(guī)機(jī)組的功能，按照這樣一個(gè)目標(biāo)去努力，這個(gè)是我們做的其中的探索之一。謝謝大家。
