2月10日，2016年度甘肅省科學技術（專利）獎勵大會召開。由國網(wǎng)甘肅省電力公司牽頭完成的“千萬千瓦級風光電集群控制關鍵技術及應用”在全省135項科技項目中脫穎而出，獲得一等獎。
新能源快速發(fā)展帶來挑戰(zhàn)
在河西走廊廣袤的戈壁灘上，一臺臺風機迎風矗立，一望無際的光伏板熠熠生輝，二者相互輝映，構成了絲綢之路上一道靚麗的風景線。
甘肅是全國風能和太陽能資源最為豐富的地區(qū)之一。早在2007年，甘肅省政府針對酒泉風電基地建設提出了“建設河西風電走廊，打造西部陸上三峽”的構想。從河西第一個裝機容量5萬千瓦的風電場落戶酒泉，到全國首座千萬千瓦級風電基地在酒泉開工建設，甘肅新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展非?？?。
值得一提的是，隨著河西風電的大力發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)也積極效仿風電發(fā)展模式，著手打造千萬千瓦級光伏基地。從2008年至今，甘肅新能源的發(fā)展一直居于全國前列，河西的風電、光伏行業(yè)一直保持著迅猛發(fā)展的勢頭，但是問題也隨之而來。
在國內(nèi)電力行業(yè)專家看來，由于無法解決風光電生產(chǎn)時的穩(wěn)定性和傳輸過程中電網(wǎng)安全等問題，這些風機和光伏板并沒有完全發(fā)揮出自身的作用。
2011年，由于酒泉風電基地大多數(shù)風電機組不具備低電壓穿越能力，甘肅酒泉地區(qū)相繼發(fā)生4次大規(guī)模風機脫網(wǎng)事故，引起了業(yè)界高度關注。
國網(wǎng)電力科學研究院新能源研究所王偉勝所長曾提出：“大規(guī)模風電接入對甘肅電網(wǎng)主網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水平影響較大，不采取技術措施無法正常運行?！?/p>
事實上，隨著新能源的發(fā)展，風光電集群具有波動性強、可控性弱的特點，很有可能引起電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰困難、電網(wǎng)運行風險加大、風光電出力受限等一系列問題。因此，只有攻克千萬千瓦級風光電集群控制技術這一世界性難題，建設風光電集群控制系統(tǒng)示范工程，提高風光電并網(wǎng)運行控制技術水平和消納能力，才能從根本上保證新能源整體開發(fā)規(guī)模與電網(wǎng)消納能力協(xié)調(diào)發(fā)展，為建設全球能源互聯(lián)網(wǎng)中國西部示范基地奠定基礎。
迎難而上打造尖端“武器”
風電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)研究與開發(fā)項目，是國網(wǎng)甘肅電力以酒泉千萬千瓦級風電、百萬千瓦級光電基地為控制目標，重點研究大規(guī)模風光電集群的有功、無功電壓和安全穩(wěn)定控制策略的重磅“武器”。
2011年12月21日，由國網(wǎng)甘肅電力牽頭，國網(wǎng)電科院、清華大學、華北電力大學、上海交通大學、中電裝備、許繼集團等單位共同參與的“風電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”項目獲國家科技部批準后，在蘭州正式啟動。
“項目課題包含6個子課題，包括重點研究風電場、光伏電站集群實時監(jiān)測控制、功率預測和誤差評估、調(diào)度運行控制和安全防御策略、系統(tǒng)設計集成和運行管理等關鍵技術。”國網(wǎng)甘肅電力風電技術中心主任汪寧渤介紹說，“項目的研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權，建有相關標準規(guī)范體系，是風電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)示范工程。”
汪寧渤常把這項課題比做“馴馬”。他把項目的作用比作跑馬場，把新能源比作馬兒，課題研究的目的就是讓馬兒既能在場內(nèi)馳騁，又能有效控制馬兒奔跑的節(jié)奏。汪寧渤認為，一旦該課題涉及的技術難題被攻破，我國新能源大規(guī)模發(fā)電和輸送就可能會像常規(guī)電源一樣安全穩(wěn)定。
創(chuàng)新，意味著要攻堅克難，具備堅強的意志。周強是國網(wǎng)甘肅電力風電技術中心的員工，也是負責該項目的工程師。回想項目實施階段的日子，他依然歷歷在目。
“河西環(huán)境艱苦，現(xiàn)場建設工作異常繁重，每年春節(jié)后大家便帶著工具箱和儀器設備趕赴現(xiàn)場?！敝軓娬f，“河西有44座測風塔、18座測光站，每年至少維護一次，工作量相當大?！?/p>
如何用少量的測風塔、測光站覆蓋更多的風電場、光伏電站，還能確保監(jiān)測數(shù)據(jù)安全可靠，是項目研發(fā)過程中遇到的一道技術難題。
針對這一問題，國網(wǎng)甘肅電力風電技術中心專門成立了測風、測光網(wǎng)絡建設小分隊和數(shù)據(jù)支撐平臺建設小分隊，多次組織人員深入現(xiàn)場進行勘察。為保障第一手數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，周強與同事們長期駐扎在戈壁荒灘上，他們已經(jīng)記不清多少次頂著風沙出行，徒手攀爬了多少座70~100米高的測風塔，他們熟悉那里的每一處風場、電站。經(jīng)過多次現(xiàn)場實測和仿真計算，周強一行創(chuàng)造性地完成了“一種包含上下游效應實時監(jiān)測的超短期預測方法”及多項發(fā)明專利，通過采用測風測光網(wǎng)絡優(yōu)化布局方法，攻克了技術難題，確保了風光電集群控制關鍵技術課題順利實施。
在實踐中推廣應用科研成果
2月20日，在國網(wǎng)甘肅電力調(diào)度控制中心，調(diào)度員田若鵬正輕點鼠標，通過大屏實時監(jiān)測全省各個風電場、光伏電站的運行情況，一切操作井然有序。
“酒泉新能源開發(fā)規(guī)模巨大、地處偏遠、電網(wǎng)較為薄弱，面臨并網(wǎng)消納的瓶頸問題?！碧锶豉i介紹說，“這項科研成果可以根據(jù)斷面裕度和電網(wǎng)實際消納能力，對各個風電場、光伏電站實時發(fā)放發(fā)電計劃，十分了得?！?/p>
據(jù)了解，風電場、光伏電站集群控制系統(tǒng)將地理上毗鄰、特性上相關且擁有共同接入點的風電場、光伏電站集群進行一體化整合、集中協(xié)調(diào)控制，能夠有效平抑單一風場、光伏電站的隨機性和波動性出力特性，不斷提高風電場、光伏電場技術標準，逐步改善酒泉地區(qū)風電場、光伏電站的集群出力，穩(wěn)步提升甘肅電網(wǎng)接納、消納、送出新能源的能力。
風電技術中心工程師趙龍說：“這個系統(tǒng)自2013年投運后，甘肅電網(wǎng)便再未發(fā)生大規(guī)模風光電脫網(wǎng)事故，河西風光電基地外送通道提升了30%的輸電能力?！?/p>
據(jù)了解，自2013年起，該項目成果已陸續(xù)在甘肅電網(wǎng)示范應用，覆蓋河西走廊53個風電場、18個光伏電站、4個火電廠、40個控制子站、5個協(xié)調(diào)控制主站，實現(xiàn)了1262萬千瓦風電和167萬千瓦光電的集群一體化控制和風光電的“三公”調(diào)控。成果的多項性能指標均達到了世界領先水平，走出了一條有別于歐美模式的中國新能源發(fā)展之路。
目前，該項目研究成果已推廣至青海、江蘇、遼寧等十多個省區(qū)，覆蓋了我國60%以上的大規(guī)模集中并網(wǎng)風光電基地。該項成果的應用從根本上解決了大規(guī)模新能源基地可觀測、可預測、可調(diào)度、可控制的世界性難題，實現(xiàn)了我國規(guī)?；L光電集群控制領域從“技術跟隨”到“技術引領”的重要轉變。在中美氣候變化峰會成果展上，該項成果的先進性、戰(zhàn)略性和實用性獲得國內(nèi)外的一致認可，并將成為歐洲海上風電、北非太陽能基地主要技術手段。
汪寧渤自豪地說：“河西示范工程投運近3年，新增直接經(jīng)濟效益15.33億元，預計2017～2020年，直接經(jīng)濟效益年均增長率將在20%以上，到2020年經(jīng)濟效益將達到每年10億元。”
