2009年，作為財(cái)政部、科技部、國(guó)家能源局及國(guó)家電網(wǎng)公司聯(lián)合推出的“金太陽(yáng)工程”首個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目，同時(shí)也是國(guó)網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)首批重點(diǎn)工程中唯一的電源項(xiàng)目，總投資100億元的國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程落戶張北。
在2010年開(kāi)建的一期工程中，工程一期建設(shè)規(guī)模為風(fēng)電9.8兆瓦、光伏發(fā)電4兆瓦、儲(chǔ)能2兆瓦，去年年底完成二期，建設(shè)規(guī)模改為風(fēng)電40萬(wàn)千瓦、光伏發(fā)電6萬(wàn)千瓦、儲(chǔ)能5萬(wàn)千瓦。
6年過(guò)去，筆者在光伏、風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，有些經(jīng)驗(yàn)比較可靠并可以推廣。
風(fēng)光儲(chǔ)的“亮點(diǎn)”
國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程自2011年12月25日投運(yùn)以來(lái)，已安全穩(wěn)定運(yùn)行近5年，累計(jì)輸出優(yōu)質(zhì)、安全綠色電能超過(guò)16.5億千瓦時(shí)。試驗(yàn)示范效應(yīng)顯著、集成創(chuàng)新亮點(diǎn)十足。
在科技創(chuàng)新上，依托示范工程，已牽頭編寫(xiě)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，發(fā)布國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng);國(guó)家科技支撐計(jì)劃7大課題全部通過(guò)國(guó)家科技部正式驗(yàn)收、2項(xiàng)國(guó)家863科技項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)完成試驗(yàn)測(cè)試。
在儲(chǔ)能示范上，開(kāi)國(guó)內(nèi)規(guī)?；娏?chǔ)能的先河。示范應(yīng)用了磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池、全釩液流電池、鉛炭電池、超級(jí)電容等多種技術(shù)路線。盡管在工程初期，面臨造價(jià)高昂、技術(shù)儲(chǔ)備缺乏、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)等諸多困難，電站和廠家積極配合攻關(guān)，從電池成組方案、BMS、EMS管理系統(tǒng)、廠房設(shè)計(jì)、安全運(yùn)行等多個(gè)方面開(kāi)創(chuàng)了大規(guī)模儲(chǔ)能的應(yīng)用實(shí)踐。通過(guò)近五年發(fā)展，證實(shí)電池儲(chǔ)能的技術(shù)可行性，使得電池儲(chǔ)能造價(jià)大幅降低，已接近盈虧平衡點(diǎn)，隨著國(guó)家政策的推出，已可以預(yù)見(jiàn)規(guī)模儲(chǔ)能的迅猛發(fā)展即將來(lái)臨。
為解決新能源所帶來(lái)的暫態(tài)穩(wěn)定和調(diào)頻等一系列問(wèn)題，國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范電站正在開(kāi)展新能源的虛擬同步發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)新能源發(fā)電設(shè)備的控制，模擬傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)的慣量支撐、一次調(diào)頻等能力，來(lái)提供電網(wǎng)的穩(wěn)定支撐。同時(shí)，為進(jìn)一步示范物理儲(chǔ)能的多項(xiàng)技術(shù)，也在開(kāi)展壓縮空氣儲(chǔ)能等相關(guān)建設(shè)。總之，作為新能源開(kāi)發(fā)的國(guó)家名片，張北國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程正在利用本身的各種優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家電網(wǎng)的統(tǒng)籌安排下，為國(guó)家新能源建設(shè)提供新的活力。
削弱出力“毛刺”
儲(chǔ)能的最重要功能，是平滑風(fēng)光出力波動(dòng)，并提升整體電站的輸出控制水平，使其更適應(yīng)網(wǎng)源友好的要求。
在風(fēng)機(jī)、光伏出力波動(dòng)頻繁時(shí)，通過(guò)投入適量?jī)?chǔ)能裝置，可削弱風(fēng)光出力“毛刺”，實(shí)現(xiàn)多時(shí)間尺度的出力平滑，保證了電源輸出的穩(wěn)定。在這樣的系統(tǒng)中，可以以波動(dòng)率為控制目標(biāo)，發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性，可在指定時(shí)間尺度、指定波動(dòng)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合出力，解決可再生能源的波動(dòng)性和隨機(jī)性。
在張北風(fēng)光儲(chǔ)項(xiàng)目剛開(kāi)始的2010年或者2011年，當(dāng)時(shí)最擔(dān)心的問(wèn)題主要是有關(guān)電池的一致性問(wèn)題和持續(xù)性問(wèn)題——能否通過(guò)集成技術(shù)，安全地把這些電池歸集在一起。如果不均一，在成組以后可能會(huì)帶來(lái)比較大的壽命衰減，或者安全上的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)時(shí)，各個(gè)電池廠家對(duì)這個(gè)事情也沒(méi)有準(zhǔn)備，只能邊干邊做，花了很多時(shí)間和精力來(lái)做研發(fā)。直到2012年電動(dòng)汽車大爆發(fā)，企業(yè)把儲(chǔ)能技術(shù)很快的轉(zhuǎn)過(guò)去，獲得了很好的效果。同時(shí)在風(fēng)光儲(chǔ)上，通過(guò)這幾年的運(yùn)營(yíng)，電池廠家在這方面已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。
從理論上看，風(fēng)和光有互補(bǔ)的特性，但實(shí)際上，這個(gè)特性只是一個(gè)大概率事件，并不意味著每天晚上和每天白天都可以實(shí)現(xiàn)完美的互補(bǔ)。同時(shí)，還要考慮自然條件的因素，比如在多云、陰天、晴天等不同天氣條件之下，出力波動(dòng)其實(shí)很大。一個(gè)電站是10萬(wàn)千瓦，在每天的波動(dòng)來(lái)講，尤其光伏在瞬間2～5分鐘之內(nèi)波動(dòng)50%、 60%是非常正常的。
實(shí)際上，風(fēng)和光的波動(dòng)性是自然秉性，如果要實(shí)現(xiàn)全額消納，電網(wǎng)或者負(fù)荷必須能承受這種波動(dòng)。如果讓電網(wǎng)來(lái)承受的話，那就必須要有相應(yīng)的能源來(lái)彌補(bǔ)，或者一個(gè)大的電網(wǎng)來(lái)吸收掉，這也是特高壓的意義所在——在一個(gè)很大的電網(wǎng)里面，單個(gè)電站的波動(dòng)，可以通過(guò)整個(gè)電網(wǎng)消納來(lái)解決，網(wǎng)做的越大、對(duì)新能源的接納就越好。
事實(shí)上，限風(fēng)或限光并非一定全是壞事，從社會(huì)整體的層面看，百分之百的消納從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度上未必是合理的。因?yàn)樵囘\(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，無(wú)論是光伏還是風(fēng)電來(lái)說(shuō)，滿發(fā)的一年里面也就僅有幾天。但如果要做到全功率的消納，電壓等級(jí)要非常高，通道建設(shè)非常寬，這個(gè)成本總要有人承接。如果讓電網(wǎng)來(lái)承接的話，后果就是要花很多的錢去建通道，這從整體的效益看并非最優(yōu)選擇。因此，在有些情況適當(dāng)限負(fù)荷是可行的，而儲(chǔ)能就在其中發(fā)揮了重要的作用。
獲取附加收益
其次，儲(chǔ)能還可以跟蹤調(diào)度計(jì)劃出力。
儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度下達(dá)的出力計(jì)劃，選擇匹配的組態(tài)運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)填補(bǔ)計(jì)劃值與實(shí)際值的差額，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)多組態(tài)聯(lián)合出力實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)劃值，滿足調(diào)度要求實(shí)現(xiàn)了可再生能源發(fā)電的可預(yù)測(cè)、可控制、可調(diào)度。也就是說(shuō)，利用儲(chǔ)能吸收富余的電能，有效避免棄風(fēng)、棄光，提高風(fēng)機(jī)、光伏資源的可利用率。
而提高利用率很大的意義在于實(shí)現(xiàn)隱形收益。
對(duì)于風(fēng)光儲(chǔ)能工程而言，現(xiàn)在也有一些相應(yīng)得到收益的途徑，比如說(shuō)調(diào)頻、調(diào)峰，還有最關(guān)鍵的時(shí)候?qū)GC的一些貢獻(xiàn)。從整體工程來(lái)說(shuō)，以前人們的關(guān)注點(diǎn)主要還是基建過(guò)程，所以對(duì)這些附加服務(wù)沒(méi)有過(guò)多的關(guān)注。但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)算，如果要利用儲(chǔ)能吸收富余的電能，每年實(shí)現(xiàn)的收益可以達(dá)到上千萬(wàn)。相對(duì)十幾個(gè)億的發(fā)電，幾百萬(wàn)的收入并不是很大，但不應(yīng)被忽視。
技術(shù)好，政策更要好
在有關(guān)重點(diǎn)儲(chǔ)能的應(yīng)用情況中，目前比較傳統(tǒng)的鋰電池，全釩液流電池、鉛酸電池、鈦酸鋰電池、超級(jí)電容都做了示范運(yùn)行。而在大型的集中監(jiān)控中，最大的問(wèn)題就是既要保證響應(yīng)，又保證所有電池的狀態(tài)可控，即安全問(wèn)題。
在梯次利用技術(shù)方面，其主要針對(duì)退役的電動(dòng)大巴動(dòng)力電池，經(jīng)過(guò)篩選、檢測(cè)、重組等梯次利用技術(shù)環(huán)節(jié)，以適合規(guī)?；瘍?chǔ)能電站的拓?fù)浞绞街匦抡希瑢?shí)現(xiàn)電池梯次利用的目的。未來(lái)，這種技術(shù)降低系統(tǒng)整體成本，引導(dǎo)電池產(chǎn)業(yè)上下游的重新設(shè)計(jì)與定位，有望形成新的產(chǎn)業(yè)鏈。
在儲(chǔ)能技術(shù)方面，目前對(duì)于到底是物理儲(chǔ)能好還是化學(xué)儲(chǔ)能好的爭(zhēng)議仍然非常多。從度電成本的角度看，鋰電池是可行的，這種技術(shù)仍然處于示范性的工程應(yīng)用之中。
而虛擬同步機(jī)技術(shù)，主要是滿足10秒內(nèi)抑制頻率變化率的能力。也就是說(shuō)，如果長(zhǎng)時(shí)間不穩(wěn)定，無(wú)論使用煤電也好，燃?xì)?，傳統(tǒng)的發(fā)電，傳統(tǒng)抽水蓄能，都可以解決問(wèn)題，但如果只有十幾秒鐘或者十幾分鐘的不穩(wěn)定，這種技術(shù)就可以發(fā)揮較大的作用。無(wú)論對(duì)于光伏還是儲(chǔ)能，加一個(gè)比較短的儲(chǔ)備，在電網(wǎng)一旦發(fā)生穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，通過(guò)其提供調(diào)度周期，這樣不僅成本較低，也能為電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)揮作用。
無(wú)論是成本還是效率，儲(chǔ)能都有一定壓力，因?yàn)槠湔嬲囊饬x取決于價(jià)值，并不是取決于技術(shù)本身成熟度。當(dāng)前，儲(chǔ)能電站的度電成本現(xiàn)在鋰電池0.6～0.7元/度，再過(guò)幾年可能更低，儲(chǔ)能在更多的場(chǎng)合將開(kāi)始盈利。成本降低了，更重要的是政策配合。去年以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)支持儲(chǔ)能發(fā)展政策，這些政策配合目前的低成本，讓我們基本看到了商業(yè)化運(yùn)行的可能性。
