三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站

核心提示: 内蒙古乌兰察布,国内首个电网友好的风光储一体化电站在草原落成。在这里,储能系统与智慧集控运维系统运行稳定,多个科研项目正逐一落地

        内蒙古乌兰察布,国内首个电网友好的风光储一体化电站在草原落成。在这里,储能系统与智慧集控运维系统运行稳定,多个科研项目正逐一落地,200万千瓦新能源电站将全部并网。

        如何打造一座新能源电站,克服“风光”资源间歇性、波动性缺陷,让“源网”友好互动?记者来到三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站(以下简称“绿色电站”)现场,一探究竟。

        核查笔记、敲击键盘、指令回复,一气呵成。“85”后邢轶琛,已是一名从业多年的风电人。

        2021年,邢轶琛从内蒙古化德风电场来到200公里以西的绿色电站,发现早已熟悉的监测屏幕上,多了一组“电池”图标。“这个图标所代表的正是储能设备,也是实现电网友好的‘利器’。”邢轶琛介绍。

        风能与太阳能发电,一度被形象比作“看天吃饭”。天气阴晴不定、风力时强时弱,而电力即发即用,对于需要稳定的电网来说,风光电能并不“友好”。储能技术应运而生,在用电低谷时将电力储存起来,等到用电高峰再释放,因此也被称为保障电力供应稳定的“充电宝”。目前,如何发挥储能设备自主调节能力,加强电站与电网友好互动,尚处于探索期。



        2021年末,三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目首批机组成功并入内蒙古电网,成为国内首个储能配置规模达到千兆瓦时的新能源场站。电站总建设规模200万千瓦,分为170万千瓦风电项目和30万千瓦光伏项目,全部投产后,年平均发电量近60亿千瓦时,可满足近30万户家庭月用电量(按每户居民月用电量200千瓦时计)。项目配套建设55万千瓦×2小时储能系统,可储存110台5兆瓦风机满发2小时产生的能量,在阴天或无风时有效“查漏补缺”,为电网系统调峰调频等提供辅助服务。

         穿过广袤草原上的成排风机与光伏板,记者一行来到储能系统“阵列”之中。纵横交错的电缆与塔架之下,86个储能电池仓成排规整分布。其外观像集装箱,内里则如“蜂巢”般精密——每舱设11个电池簇,每簇含26个电池组/包,内含28个磷酸铁锂电池芯。

        进入约2米高的储能仓,空调声“嗡嗡”不停,保持室内恒温。在所有的环境因素中,温度对锂离子电池的充放电性能影响最大。为此,工程师一改传统表面测温技术,将温度传感器布设在电芯上,实时监测电池状态,配合簇级全氟己酮+水喷淋等新技术,全面杜绝安全隐患。

        “这些功能,大多是依托电站开展的‘首次应用’。其中每一个参数、每一个环节、每一个指标,我们都从零开始学习。”三峡能源内蒙古分公司现场管理工程师郭茂介绍。

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        远在北京,三峡集团科学技术研究院(以下简称“三峡科研院”)联合清华大学等团队,正在加紧研发储能二期STACOM储能系统与三期数字储能系统,有望提高大容量风电场并网安全性、稳定性。“如果将储能电池看做一个个‘军团’,数字储能系统不再以整体调配,而是实现每一簇‘单兵’调配。电池整体效能将不受个别短板影响。”三峡科研院水电工程研究中心研究员林恩德介绍。
记者来到调度大厅时,庞利民正“钉”在集控中心的调度工位上,核查数据、调整监控,完成一项项调度与监测实验。

        2021年11月,庞利民从北京四方继保自动化股份有限公司来到四子王旗绿色电站。比起风机与光伏组件的“硬件”建设,一个相对“看不见、摸不着”,但重要性丝毫不减的任务等着他——电网基础设施智能化改造和智慧联合集控系统搭建。
表面上看,电站只是多了一个储能单元,但这也意味着工况有了“质”的改变。比如,当有“余电”时,储能系统将优先储存风能还是太阳能?当用电量陡增,是选择加大风机与光伏出力,还是释放储能系统中的电能?几乎每分每秒,电站内部都在做着类似的“选择题”。

        既要对外满足电网友好、又要对内满足能源协同,这考验着调度智慧。

        为此,三峡科研院联合华北电力大学、北京四方继保自动化股份有限公司共同研发出“智慧联合集控系统”。它如同一个反应迅速、判断精准的“指挥官”,通过人工智能等技术,将气象与负荷数据“集入脑中”,精准调配风、光、储单元,实现传统风光电站无法完成的“电网友好”功能——顶峰供电、系统调峰、最大化消纳、功率平滑、一次调频。

        以顶峰供电为例,在集中用电的高峰时段,如果天气不佳,以往只能通过火电站“应发尽发、多发满发”增加供给。而绿色电站则可以通过储能系统实现向电网供电,为电力供需平衡增添了快稳准的“可选项”。
如何启动“可选项”?靠智慧联合集控体统中的中心风光储协调控制器和场站风光储协调控制器实现。
“中心风光储协调控制器相当于电站的‘大脑’,实现指令从调度主站至场站协调控制器的转发;场站风光储协调控制器在接收指令后,通过优化计算,分配至站内风光储单元,指挥风机运转启停、储能或释放能量这些具体‘行动’。”绿色电站运维值长梁贺介绍。

        目前,智慧联合集控系统已经落地风光储场站协调控制器、风光储场站群协调控制器、新能源汇集系统站域保护装置等多套自主知识产权装置,并成功申请了进入国家能源领域首台(套)重大技术装备目录。
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        站在整个发电厂的视野来看,这些首台(套)装备整合预测预报、调度运行及智能控制等技术,组成了一个灵活、高效的“发电机体”,可有效降低电网调峰和容量支撑压力。

         “电站不但满足了当地电力需求,还打破了传统风光电站的‘瓶颈’,通过系统调峰、最大化消纳、功率平滑等功能实现,为电网友好打响了‘第一枪’。”三峡能源建设管理分公司北部建设管理部副主任张小龙说。

         广袤草原上,长风渐劲。无限“风光”化为平稳澎湃的绿色电能,源源不断向外输出。风机与光伏板之下,牛羊漫步,一幅绿色科技与自然风光友好融合的画卷正徐徐展开。
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