進入10月份以來，我國許多地方出現(xiàn)嚴重霧霾天氣，其中以北京及其周邊地區(qū)最為嚴重。鐘南山曾表示：大氣污染比非典可怕得多，非典可以隔離，但是大氣污染任何人都跑不掉。
大氣污染是我們目前面臨的最大威脅，而從長遠的發(fā)展來看，氣候變化對地球的影響更大。
美國氣象學會今年發(fā)布的第26期年度《氣候狀況報告》顯示，氣溫、二氧化碳、海洋熱量和北極海冰等所有的變化在2015年都達到了創(chuàng)紀錄的水平。
2016年，全球氣溫繼續(xù)飆升，上半年的溫度已經(jīng)遠遠高于2015年。這份報告的第一作者杰西卡?布倫登說：“2016年很有可能會創(chuàng)造新的全球高溫紀錄。”
環(huán)境污染、氣候變化、霧霾等已經(jīng)成為人類急迫需要解決的問題，而發(fā)展清潔能源成為解決難題的全球共識。
據(jù)統(tǒng)計，全球水能資源超過100億千瓦，陸地風能資源超過1萬億千瓦，太陽能資源超過100萬億千瓦，僅開發(fā)其中0.05%就可以滿足未來人類社會對能源的需求。
然而，能源轉型要伴隨著各種新技術的突破，一步步從誕生、快速成長走向大規(guī)模普及。
讓電網(wǎng)更穩(wěn)定
近年來，我國清潔能源持續(xù)快速發(fā)展。截至2015年底，全國風電、光伏發(fā)電裝機分別達到1.28億千瓦、4158萬千瓦，均居世界第一。國家電網(wǎng)成為全球接入清潔能源規(guī)模最大、發(fā)展最快的電網(wǎng)。
然而，與火電等同步發(fā)電機相比，風電、光伏等新能源發(fā)電尚不具備慣性調頻、自主調壓、阻尼功率振蕩的能力，故障應對能力差，大規(guī)模接入電網(wǎng)后，將影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。中國電力科學研究院新能源中心總工遲永寧告訴本刊記者，要想達到與火電等常規(guī)同步發(fā)電機同樣穩(wěn)定的效果，虛擬同步機技術是一個很好的解決方案。
虛擬同步機是一種基于先進同步變流和儲能技術的電力電子裝置，可通過模擬同步電機的本體模型、有功調頻以及無功調壓等特性，使含有電力電子接口（逆變器、整流器）的電源和負荷，從運行機制及外特性上與常規(guī)同步機相似，從而參與電網(wǎng)調頻、調壓和抑制振蕩。
這并不是一項新技術，早在1997年，IEEE就提出過虛擬同步機的概念。隨后，比利時魯汶大學、加拿大多倫多大學、英國利物浦大學相繼開展了模擬同步發(fā)電機外特性、虛擬慣性頻率控制策略等研究。2012年，國家電網(wǎng)公司依托千人計劃專項，開展虛擬同步機技術研究。2013年，中國電科院(300215,股吧)成功研制世界首臺50千瓦虛擬同步機樣機。2014年，南瑞集團、許繼集團成功研制500千瓦虛擬同步機樣機。目前正在開展兆瓦級樣機研制。
“風電、光伏通過虛擬同步機接入電網(wǎng)，一是能夠主動參與一次調頻、調壓，提供一定的有功和無功支撐；二是能夠提供慣性阻尼，有效抑制頻率振蕩?？墒剐履茉淳邆渑c火電接近的外特性，對電網(wǎng)穩(wěn)定起到支撐作用，是解決新能源發(fā)電‘先天不足’問題的有效手段?！边t永寧說。
作為實現(xiàn)大規(guī)模清潔能源消納的有效手段之一，虛擬同步機技術被國家電網(wǎng)公司列入“十大重點科技創(chuàng)新工程”，由國網(wǎng)冀北電力公司牽頭，中國電力科學研究院、南瑞集團、許繼集團等單位共同參與，開展虛擬同步發(fā)電機技術標準、仿真分析、設備研制與檢測等工作，旨在研究解決虛擬同步電機接入電網(wǎng)的關鍵技術，建設發(fā)電側虛擬同步電機接入電網(wǎng)的示范工程。
示范工程對現(xiàn)有風機、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)進行改造，新建大容量集中式虛擬同步機，調節(jié)能力達到547.5兆瓦，是世界上規(guī)模最大的虛擬同步機示范工程，計劃2017年年底建成。
應用虛擬同步機技術成本并不高，據(jù)遲永寧介紹，風電場虛擬同步機改造成本100元/千瓦；新建風電場標配虛擬同步機基本不增加成本。光伏電站虛擬同步機改造成本600元/千瓦；新建光伏電站標配虛擬同步機增加成本200元/千瓦。集中式虛擬同步機成本220元/千瓦，隨著儲能價格下降，造價將持續(xù)降低。
技術只有轉變?yōu)闃藴?，才能具有更普遍的意義?！澳壳坝袃身棙藴收谥朴喼校謩e是《單元式光伏虛擬同步發(fā)電機技術要求和試驗方法》和《風電機組虛擬同步發(fā)電機技術要求和試驗方法》，我們希望能夠進一步明確虛擬同步機技術參數(shù)，推動新能源參與電力系統(tǒng)調頻、調壓技術規(guī)范的出臺，形成新能源建設和并網(wǎng)的標準模式。”遲永寧說。
顛覆性的儲能技術
風能和太陽能是清潔能源的重要來源，但都有波動性。在晚上或無風的日子里，太陽能和風能無法滿足電力用戶的能源需求，除非我們可以將風能和太陽能儲存起來備用。儲能的魅力就在于可以使這一夢想成為現(xiàn)實。
今年5月份，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016～2030年)》，其中，儲能技術作為能源互聯(lián)網(wǎng)和可再生能源產業(yè)發(fā)展的關鍵技術被列為中國未來15年的關鍵創(chuàng)新任務之一。
儲能技術將是未來智能電網(wǎng)的重要組成部分，涉及其建設的各個主要環(huán)節(jié)。儲能技術在接納風電、太陽能發(fā)電等間歇性清潔能源入網(wǎng)方面也發(fā)揮著不可或缺的重要作用。國家應對氣候變化戰(zhàn)略研究和國際合作中心主任李俊峰曾表示：“真正影響未來能源大格局的就是儲能技術，一旦儲能技術能夠突破了，其他的都好解決?！?/p>
近幾十年來，儲能技術的研究和發(fā)展一直受到各國重視。“廣義上來講，儲能可分為物理、電磁、電化學三大類型，壓縮空氣儲能是物理儲能的一種。”全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院電力電子所副所長徐桂芝告訴本刊記者。
壓縮空氣儲能是指在電網(wǎng)負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動膨脹機發(fā)電的儲能方式。與電池、超級電容等秒級響應的功率型儲能技術相比，其響應速度約為分鐘級，效率有一定差距，但具有儲能容量大、成本低、壽命長且無污染等優(yōu)點。
自1949年提出壓縮空氣儲能技術以來，圍繞提高效率和儲能密度，先后發(fā)展出傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術、絕熱壓縮空氣儲能技術、深冷液化空氣儲能技術和超臨界壓縮空氣儲能技術四種主要技術方案。
“壓縮空氣儲能技術將空氣液化并存儲，同時回收利用壓縮過程中的余熱以及膨脹過程中的余冷，可提升系統(tǒng)效率。此外，液態(tài)空氣能量密度高，約是高壓儲氣的10倍甚至更高，安全性好、儲氣罐成本低，徹底擺脫地理條件限制。液態(tài)空氣所回收的低溫冷能品位高，能量高效儲能利用的要求高，進口設備造價高。”徐桂芝向本刊記者介紹了壓縮空氣儲能的優(yōu)勢和不足。
為解決關鍵設備成本高的難題，國家電網(wǎng)公司目前正在研究高效蒸發(fā)器和蓄冷器，“如果研制成功，這將是世界上最先進的技術，相關造價將大幅下降?！毙旃鹬ケ硎尽?/p>
為搶占新型儲能技術制高點，2016年國家電網(wǎng)公司研究了壓縮空氣儲能示范工程實施方案，明確了建設規(guī)模、組織形式等。工程將依托張北風光儲輸二期工程建設，通過能量型規(guī)模化儲能技術，提高新能源消納水平，發(fā)揮風光儲輸工程的示范作用。
張北的示范項目建成后，將成為世界上儲能容量最大的壓縮空氣儲能系統(tǒng)。前期研發(fā)團隊依據(jù)國內設備廠家所提供數(shù)據(jù)，通過熱力學計算分析，開展了系統(tǒng)的工藝方案的設計研究。系統(tǒng)能量密度可達約100wh/L，是傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)能量密度的20倍以上。該系統(tǒng)電電轉換效率為50～60%。
近百年前，大發(fā)明家托馬斯?愛迪生就曾暢想利用取之不盡的太陽能源。如今，這一夢想已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實。清潔能源發(fā)展之路，雖崎嶇，但卻是大勢所趨。隨著新能源發(fā)電技術、虛擬同步機技術和壓縮空氣儲能技術的日漸成熟，清潔能源必將迎來更大發(fā)展。
