2020年10月，三峽能源內(nèi)蒙古烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”一體化綜合應(yīng)用示范基地啟動。該項目是全國首個“源網(wǎng)荷儲”一體化項目，國內(nèi)首個儲能配置規(guī)模達到千兆瓦時的新能源場站，也是全球規(guī)模最大的“源網(wǎng)荷儲”一體化示范項目。項目總裝機容量300萬千瓦，包括新一代電網(wǎng)友好綠色電站、源網(wǎng)荷儲一體化綠色供電示范兩個子項目。
其中，新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗境內(nèi)，項目建設(shè)規(guī)模200萬千瓦，含風(fēng)電170萬千瓦，光伏30萬千瓦，配套建設(shè)55萬千瓦×2小時儲能，以風(fēng)光互補保障電力供應(yīng)。
項目分三期建設(shè)，共建設(shè)四座升壓儲能一體化站和一個智慧聯(lián)合集控中心。目前一期50萬千瓦已于2021年12月31日風(fēng)光全容量并網(wǎng)發(fā)電，其中風(fēng)電42.5萬千瓦，光伏7.5萬千瓦。一期配置14萬千瓦×2小時儲能，現(xiàn)在已調(diào)試完畢，并網(wǎng)檢測結(jié)束，等待并網(wǎng)。二三期計劃6月開工，年底全容量并網(wǎng)，項目建成后，年發(fā)電量將達到近64億千瓦時。
該項目EPC建設(shè)由中國電力建設(shè)工程咨詢有限公司聯(lián)合體中標，聯(lián)合體包括電力規(guī)劃總院有限公司、上?？睖y設(shè)計研究院有限公司、中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院有限公司，天津電建負責施工建設(shè)，中標價格為100億元。
項目充分就地開發(fā)利用優(yōu)質(zhì)新能源資源，打造電網(wǎng)友好型電源。投運后可提升高峰供電能力60萬千瓦，電力可滿足南部大工業(yè)負荷供電需要;不占用電網(wǎng)消納空間，控制棄電率低于5%。同時，該項目是國內(nèi)甚至全球最大的單體儲能配置項目，項目通過優(yōu)化儲能容量設(shè)計和運行模式，示范不同技術(shù)路線的儲能技術(shù)，開發(fā)適合風(fēng)光儲聯(lián)合運行的預(yù)測預(yù)報、調(diào)度運行及智能控制技術(shù)和策略，實現(xiàn)新能源高效消納利用，降低公網(wǎng)調(diào)峰和容量支撐壓力，確保項目的技術(shù)優(yōu)化和經(jīng)濟可行。
源網(wǎng)荷儲一體化綠色供電示范項目將在商都縣、化德縣吉慶區(qū)域建設(shè)2個50萬千瓦風(fēng)電項目，在負荷側(cè)與電源側(cè)各配套15萬千瓦/2小時儲能設(shè)施，通過專線向化德縣工業(yè)園區(qū)負荷供電。項目建成后可提升高峰供電能力30萬千瓦，控制棄電率低于5%, 降低新能源輸送通道容量需求。
2022年6月22日，中國電力科學(xué)研究院新能源研究中心順利完成烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目儲能系統(tǒng)現(xiàn)場低電壓穿越、高電壓穿越和電網(wǎng)適應(yīng)性測試工作。這標志著全球規(guī)模最大“源網(wǎng)荷儲”一體化示范項目并網(wǎng)性能現(xiàn)場測試工作全面完成，為項目投運后的安全穩(wěn)定運行保駕護航。
據(jù)了解，“源-網(wǎng)-荷-儲”項目是一種包含“電源、電網(wǎng)、負荷、儲能”整體解決方案的運營模式，可精確控制用電負荷和儲能資源，解決清潔能源消納及其產(chǎn)生的電網(wǎng)波動性等問題。
隨著構(gòu)建新型電力系統(tǒng)步伐加快，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源在能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中比重不斷提升，但其波動性、間歇性和隨機性特點也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。“源網(wǎng)荷儲”一體化模式提出“電源、電網(wǎng)、負荷、儲能”整體解決方案，促進供需兩側(cè)精準匹配，有效解決清潔能源消納及其產(chǎn)生的電網(wǎng)波動性等問題，提高電力系統(tǒng)綜合效率。
作為三峽集團新能源業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略實施主體，三峽能源聯(lián)合電力規(guī)劃總院、內(nèi)蒙古電力公司等單位，推動三峽烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”一體化示范項目落地，成為行業(yè)內(nèi)首個“吃螃蟹”的企業(yè)，創(chuàng)造了可復(fù)制可推廣的開發(fā)新模式。2020年，該項目榮獲中國能源創(chuàng)新項目獎。
作為全國最早實施且規(guī)模最大的源網(wǎng)荷儲一體化項目，三峽能源烏蘭察布項目從項目設(shè)計方案、運行模式到多種技術(shù)融合發(fā)展，都將為雙碳目標下的我國新能源發(fā)展探索源網(wǎng)荷儲這一模式提供極具價值的參考意義。
5月的光伏區(qū)一派繁忙的“種草”場面
擺脫“靠天吃飯”，配置GWh儲能平滑
眾所周知，風(fēng)光發(fā)電都是“看天吃飯”。由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，在風(fēng)小、沒風(fēng)或陰天時，利用儲能技術(shù)可以讓電網(wǎng)負荷保持穩(wěn)定，風(fēng)光出力大時或者用電低谷時充電，風(fēng)光出力小或者用電高峰時放電。
儲能技術(shù)既能平滑不穩(wěn)定的光伏發(fā)電和風(fēng)電，提高可再生能源占比，也能配合常規(guī)火電、核電等電源，為電力系統(tǒng)運行提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”綠色電站項目以儲能等新技術(shù)為突破口，通過“風(fēng)光儲”聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運行，可有效解決電力系統(tǒng)綜合效率不高、“源網(wǎng)荷儲”各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)不夠、各類電源互補互濟不足等問題，是推動實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的生動范例。
項目一期工程利用磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)，共建設(shè)86個儲能電池倉，一個倉11簇電池，每簇26個電池組，每組14個電池芯。這些電池倉可以儲存電量28萬千瓦時，相當于12727輛新能源汽車的儲電量。據(jù)了解，在二期、三期工程建設(shè)中，作為儲能領(lǐng)域的深耕者，總承包方中國能建還將示范應(yīng)用多種非鋰電池新型儲能技術(shù)，全面促進儲能產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新。
此外，為了實現(xiàn)各種新能源資源的科學(xué)分配，中國能建開發(fā)了智慧集控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過功率預(yù)測、人工智能技術(shù)及先進監(jiān)測控制技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)、光、儲協(xié)同優(yōu)化、智能高效運行，同時通過優(yōu)化儲能容量設(shè)計和運行模式，有力保障新能源高效消納利用，有效降低主網(wǎng)調(diào)峰和容量支撐壓力。
項目三期工程投運后，將有效提升當?shù)仉娏ο到y(tǒng)綜合效率，強化源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)互動，同時解決新能源就地消納、地區(qū)缺電等問題，對我國不斷探索電網(wǎng)側(cè)儲能和綠色電力直供等新模式、持續(xù)推進“新能源+儲能”應(yīng)用具有重要示范意義。
成立烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”技術(shù)研發(fā)試驗基地
為了落實碳達峰、碳中和目標任務(wù)以及更好的建設(shè)烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”項目。自2020年起，三峽集團投資6億元聯(lián)合中國科學(xué)院、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)等20余所國內(nèi)頂尖科研機構(gòu)和院校，建設(shè)集研發(fā)、實證、應(yīng)用為一體，產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合的源網(wǎng)荷儲技術(shù)研發(fā)試驗基地，為新型電力系統(tǒng)綜合效率不高、各類電源互補互濟不足等問題帶來新的解決方案。
試驗基地按照“源網(wǎng)荷儲”一體化架構(gòu)總體設(shè)計，以“儲”為核，規(guī)劃建設(shè)壓縮空氣儲能、鈉離子電池數(shù)字儲能、水系鈉離子電池儲能、固態(tài)電池儲能、飛輪儲能、液流電池儲能、鋰離子電池/超級電容器混合儲能等13個重點示范項目以及大規(guī)模新能源接入仿真驗證實驗室、儲能檢測實驗室等2個行業(yè)領(lǐng)先實驗室。
烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”試驗基地目前已經(jīng)創(chuàng)造了多個“國內(nèi)之最”和“行業(yè)首次”紀錄。包括“源網(wǎng)荷儲一體化”功率路由器示范工程、大規(guī)模新能源及儲能綜合仿真與實驗平臺、兆瓦時級固態(tài)鋰離子電池儲能關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用、兆瓦級直流耦合接入的鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)和飛輪儲能系統(tǒng)等。
三峽科研院院長孫長平表示，該試驗基地將科研、實證和應(yīng)用三者結(jié)合在一起，旨在驗證新一代的儲能技術(shù)，同時也致力于推動電力系統(tǒng)所需要的規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)的發(fā)展。
試驗基地5大技術(shù)創(chuàng)新與成果
近日，三峽烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲”技術(shù)研發(fā)試驗基地喜訊頻傳。以下是關(guān)于一系列投運的科研成果：
國內(nèi)容量最大功率路由器示范工程投運。作為國內(nèi)容量最大的功率路由器示范工程，本項目研制的功率路由器各端口容量合計12MW，該設(shè)備所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，打破了國外在大功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。在直流變壓技術(shù)方面，本項目研制的IGCT直流變壓器中單個DAB功率模塊容量達1MW，相比于IGBT/SiC直流變壓器DAB模塊，容量提升10倍以上，成本和體積減少1/3以上;在直流故障保護方面，本項目基于國產(chǎn)逆阻型IGCT器件研制了新一代全固態(tài)故障電流控制器，實現(xiàn)百微秒開斷10kA短路電流、額定2kA電流工況下1.3V超低通態(tài)壓降，并配備了超快速過流自保護控制系統(tǒng)。
大規(guī)模新能源及儲能綜合仿真與實驗平臺初步建成投入運行。該平臺具備百萬千瓦級新能源及儲能裝備全電磁暫態(tài)實時數(shù)字仿真和半實物仿真能力，首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、動態(tài)模擬的高速實時通信和接口設(shè)計技術(shù)，可實現(xiàn)電磁暫態(tài)數(shù)字模型、實際控制保護裝置和儲能系統(tǒng)的跨平臺聯(lián)合仿真。國內(nèi)規(guī)模最大、類型最豐富的儲能系統(tǒng)動態(tài)模擬平臺，涉及飛輪、全釩液流、超級電容、磷酸鐵鋰電池、固態(tài)鋰離子電池、鈉離子電池、水系鈉離子電池等七種儲能形式，可開展多類型控制保護裝置和儲能系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真試驗。開發(fā)了國內(nèi)首個新能源并網(wǎng)仿真數(shù)字孿生系統(tǒng)，可實現(xiàn)大規(guī)模新能源及儲能系統(tǒng)綜合仿真與實驗平臺全景可觀可測可控的管控新模式。
兆瓦時級固態(tài)鋰離子電池儲能關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用。本項目基于氧化物固態(tài)電解質(zhì)體系的原位固化固態(tài)電池技術(shù)，結(jié)合原子級鍵合技術(shù)、離子導(dǎo)電膜技術(shù)并配合新型電池裝備，提升了界面接觸及穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性，有效抑制了循環(huán)過程中電池的體積膨脹及SEI膜熱穩(wěn)定性。研發(fā)的本質(zhì)安全、長壽命固態(tài)鋰離子電池，以期從根本上降低電池在失控后發(fā)生的起火、爆炸風(fēng)險，同時將電池的能量密度較傳統(tǒng)鉛酸電池提升4~5倍，電池使用壽命達到6000次以上，并通過電安全、機械安全、熱安全、環(huán)境安全等四個維度的極限測試，其安全性能遠高于目前常規(guī)儲能電池。
兆瓦級直流耦合接入的鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行。本項目中混合儲能系統(tǒng)采用鋰離子電池和超級電容器以能量型和功率型儲能技術(shù)耦合互補的形式進行應(yīng)用，整套系統(tǒng)由3個預(yù)制艙體組成，分別為0.5MW/1MWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)艙、1MW/0.1MWh超級電容器儲能系統(tǒng)艙、1.5MW儲能變流器艙。其中鋰離子電池和超級電容器儲能系統(tǒng)預(yù)制艙內(nèi)分別配有直流匯流柜、電池/電容管理系統(tǒng)、本地能量管理系統(tǒng)、自動消防系統(tǒng)、空調(diào)等設(shè)備。各儲能系統(tǒng)通過直流匯流柜接入相應(yīng)的儲能變流器，再分別接入功率路由器±750V直流母線，響應(yīng)園區(qū)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的削峰填谷或調(diào)頻調(diào)度指令。
鋰離子電池具有能量密度高、儲/釋能時間長等特點，可用于實現(xiàn)削峰填谷;超級電容器具有功率密度高、響應(yīng)速度快、壽命長等特點，可參與電力系統(tǒng)一次調(diào)頻，同時延長電池使用壽命。通過兩種儲能技術(shù)耦合及協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化，鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮性能互補優(yōu)勢，滿足電網(wǎng)不同層次需求，最大限度發(fā)揮儲能的作用。針對烏蘭察布源網(wǎng)荷儲試驗基地中的交直流混合電網(wǎng)架構(gòu)，本項目首次實現(xiàn)了將鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)通過DC/DC設(shè)備直接在750V直流母線側(cè)進行功率耦合，該接入方式可提高AC/DC并網(wǎng)逆變器的利用率，此外，混合儲能系統(tǒng)既可以對交流電網(wǎng)進行功率支撐，又可以解決直流電網(wǎng)的功率突變和諧波問題。
國家首臺(套)重大技術(shù)裝備—飛輪儲能系統(tǒng)完成聯(lián)調(diào)。本飛輪儲能系統(tǒng)規(guī)模為1MW/15MJ，采取集裝箱式布置方式，飛輪儲能子系統(tǒng)由5臺200kW高速磁懸浮儲能飛輪單元及配套PCS等設(shè)備構(gòu)成。飛輪儲能單元采用了高速磁懸浮飛輪，該型號飛輪采用全球最先進的五自由度主動磁懸浮軸承體系。磁懸浮飛輪儲能裝置由永磁同步電機(發(fā)電機/電動機)、飛輪轉(zhuǎn)子、磁懸浮軸承、電力電子功率變換器、控制系統(tǒng)及配套附件組成。飛輪在密閉的真空容器中處于無接觸的完全磁懸浮狀態(tài)，以每分鐘高達28000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)品充放電循環(huán)次數(shù)超過100萬次，使用壽命長達20年。
依托烏蘭察布三峽新能源“源網(wǎng)荷儲一體化”項目，采用高速磁懸浮飛輪儲能裝置，基于智慧能量管理系統(tǒng)，構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲一體化”架構(gòu)下以飛輪儲能矩陣構(gòu)成的MW級飛輪系統(tǒng)為主體，參與新能源電力系統(tǒng)的慣量和調(diào)頻支撐系統(tǒng)，為國內(nèi)首次快速響應(yīng)儲能聯(lián)合新能源提供慣量和調(diào)頻支撐。本項目對提升以新能源為主體的電力系統(tǒng)的靈活功率控制和平穩(wěn)運行提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，具有重大戰(zhàn)略意義。
之后，三峽能源將持續(xù)推動本項目高質(zhì)量實施，助力緩解供電缺口問題、大幅提升新能源就地開發(fā)利用水平、保持電價優(yōu)勢，并帶動大數(shù)據(jù)、新能源、儲能、新材料等行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。一方面，緩解供電缺口問題。通過示范區(qū)方案實施，預(yù)計新增高峰時段供電能力約100萬千瓦，可以有效緩解目前烏蘭察布市缺電局面。探索示范通過源網(wǎng)荷儲一體化、利用地區(qū)豐富的新能源來滿足電力需求的新模式。
同時進一步提升新能源消納利用水平。新增新能源項目棄電率控制在5%以內(nèi)，可增加烏蘭察布就地新能源消納空間310萬千瓦左右，增加清潔能源年發(fā)電量97億千瓦時。
此外，還可以保持地區(qū)電價洼地。在不需要國家補貼的情況下，各示范項目電價水平均低于現(xiàn)有項目水平，為大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)園區(qū)等重要產(chǎn)業(yè)負荷提供經(jīng)濟、可靠的清潔電能，降低用電成本。將自治區(qū)的清潔能源資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為電價優(yōu)勢和綠色發(fā)展優(yōu)勢，推動自治區(qū)經(jīng)濟清潔低碳發(fā)展。
近幾年烏蘭察布用電需求增長較快，新增電源相對較少，電力供應(yīng)存在缺口，“十四五”預(yù)計全網(wǎng)電力缺口將達260-730萬千瓦。利用烏蘭察布當?shù)仫L(fēng)光資源，配套先進儲能技術(shù)，開展本地消納示范，不僅可以緩解當?shù)仉娏θ笨趬毫?，提升新能源消納水平，而且對推動儲能及新能源相關(guān)技術(shù)革命，實現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)升級和創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。
