習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，把促進(jìn)新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置，增加新能源供給消納能力。內(nèi)蒙古是“風(fēng)光”大區(qū)，是國(guó)家重要能源基地，近年來隨著風(fēng)光大基地的陸續(xù)并網(wǎng)投產(chǎn)，電網(wǎng)消納和調(diào)度運(yùn)行承受的壓力隨之陡增。面向內(nèi)蒙古新能源“兩率先”“兩超過”發(fā)展目標(biāo)，“不能把雞蛋放在一個(gè)籃子里”成為普遍共識(shí)，對(duì)此，剛剛出臺(tái)的《內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)國(guó)家重要能源和戰(zhàn)略資源基地促進(jìn)條例》明確提出，推進(jìn)新能源多元化場(chǎng)景應(yīng)用，通過市場(chǎng)化消納新能源方式，提升新能源就地消納能力。
自治區(qū)科技廳認(rèn)真落實(shí)中央和自治區(qū)決策部署，以“科技興蒙”行動(dòng)為統(tǒng)領(lǐng)，聚焦市場(chǎng)化新能源高效消納路徑與關(guān)鍵技術(shù)難題，持續(xù)加大產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，一批重點(diǎn)科技示范項(xiàng)目相繼取得階段性進(jìn)展，為內(nèi)蒙古探索新能源消納新路徑提供科技支撐。
飛輪儲(chǔ)能 特定場(chǎng)景保供應(yīng)
不久前，由中海油新能源二連浩特風(fēng)電有限公司牽頭，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、武漢大學(xué)等單位共同實(shí)施的自治區(qū)科技重大專項(xiàng)“MW級(jí)飛輪儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目傳來好消息，該項(xiàng)目示范工程“‘飛輪儲(chǔ)能+鋰電混合儲(chǔ)能’新能源場(chǎng)站調(diào)頻應(yīng)用”在二連浩特市成功并網(wǎng)，3臺(tái)1MW級(jí)飛輪陣列協(xié)同控制與3MW鋰電組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，為二連浩特市99MW的風(fēng)電場(chǎng)提供調(diào)頻輔助服務(wù)支持。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人魏曉鋼介紹說：“飛輪儲(chǔ)能是利用低摩擦環(huán)境中高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來存儲(chǔ)能量，其工作原理是：利用電能加速飛輪，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存起來。當(dāng)需要用電時(shí)，飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。”
據(jù)介紹，飛輪儲(chǔ)能功率密度比較高，啟動(dòng)速度比較快，對(duì)于一些特定場(chǎng)景非常實(shí)用。如遇數(shù)據(jù)中心突然斷電，為避免數(shù)據(jù)丟失，就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)快速響應(yīng)啟動(dòng)。
2020年以來，技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)飛輪儲(chǔ)能涉及的力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、電力系統(tǒng)和控制等多學(xué)科交叉問題進(jìn)行了深入研究，突破大儲(chǔ)能量高強(qiáng)鋼及復(fù)合材料轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)制造、大容量高速永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)低損耗設(shè)計(jì)、高效率大容量變流器及其充放電控制、高可靠大承載磁軸承及其控制、飛輪儲(chǔ)能磁——電——熱——機(jī)多子系統(tǒng)集成、飛輪儲(chǔ)能陣列協(xié)調(diào)控制、飛輪儲(chǔ)能陣列參與電網(wǎng)高頻次一次調(diào)頻控制等關(guān)鍵技術(shù)。其中，真空中大功率高速電動(dòng)發(fā)電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能高頻次充放電控制達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
專家表示，新能源發(fā)電的間歇性和波動(dòng)特性給電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性和供電可靠性帶來了極大挑戰(zhàn)，飛輪儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用可解決電化學(xué)儲(chǔ)能面臨的影響環(huán)境問題和充放電次數(shù)限制難題，大大提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性及新能源消納比例。
固體儲(chǔ)能 高效儲(chǔ)熱促減排
供暖季來臨，在赤峰市黨政綜合樓，7.5萬(wàn)平米的辦公場(chǎng)所已完成供熱改造，今年全部采用自治區(qū)“科技興蒙”專項(xiàng)研發(fā)的“大型高效節(jié)能環(huán)保型儲(chǔ)熱系統(tǒng)”進(jìn)行供暖。該系統(tǒng)的核心是高壓固體儲(chǔ)能技術(shù)，就是將光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電量轉(zhuǎn)化成熱能高密度存儲(chǔ)起來，以熱水、熱風(fēng)、蒸汽及導(dǎo)熱油等形式輸出，用于建筑供暖、工業(yè)蒸汽、產(chǎn)品烘干、移動(dòng)熱源、電網(wǎng)調(diào)峰等領(lǐng)域。
當(dāng)前，我國(guó)北方主要的供熱方式依賴以燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)為主的大中型集中供熱系統(tǒng)，存在化石能源熱源占比高、管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模大、熱力平衡調(diào)節(jié)困難以及供熱過量等問題。在雙碳戰(zhàn)略背景下，必須創(chuàng)新供熱用能方式，構(gòu)建安全、低碳、清潔、高效、智慧、經(jīng)濟(jì)的供熱系統(tǒng)。為此，2020年自治區(qū)科技廳設(shè)立“科技興蒙”專項(xiàng)，支持赤峰暖捷新型建材有限責(zé)任公司聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所開展以新能源電力消納為路徑的高壓固體儲(chǔ)能供熱系統(tǒng)研發(fā)。
項(xiàng)目實(shí)施以來，研究團(tuán)隊(duì)先后突破了“高效儲(chǔ)熱材料制備”“遠(yuǎn)端云控智能系統(tǒng)”“新型相變儲(chǔ)熱材料及清潔供暖”等關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上建成谷電固體儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)中心和遠(yuǎn)程控制指揮中心，形成新型儲(chǔ)熱材料設(shè)備與智能控制系統(tǒng)的集成與示范，其標(biāo)志性成果“大型高效節(jié)能環(huán)保型儲(chǔ)熱系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了10KV及以上電壓直接接入、電熱轉(zhuǎn)換率達(dá)到97.5%、24小時(shí)靜態(tài)熱損不超過2%。
“通過固體儲(chǔ)能儲(chǔ)熱技術(shù)，我們將夜間100%新能源配比的谷電直接轉(zhuǎn)化成熱能，通過熱量存儲(chǔ)進(jìn)行集中或分布式供熱。”項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前項(xiàng)目成果已在冬奧會(huì)媒體轉(zhuǎn)播中心成功運(yùn)用，并推廣到赤峰市有關(guān)公共機(jī)構(gòu)、大型廠礦企業(yè)，以及二連浩特市等地區(qū)。赤峰市黨政綜合樓項(xiàng)目采用高壓固體儲(chǔ)能供暖機(jī)組供暖、制冷雙系統(tǒng)運(yùn)行，年消納新能源電量約1500萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)采暖期內(nèi)能夠節(jié)省標(biāo)煤2653.6噸，有效減排二氧化碳7058噸。赤峰市紅山花卉市場(chǎng)5萬(wàn)平米場(chǎng)地采用此供熱系統(tǒng)供暖，并采用供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、恒溫供暖、精準(zhǔn)用能，預(yù)計(jì)每年可消納新能源電量約532.98萬(wàn)千瓦，減少燃煤1776.6噸，減少二氧化碳排放4725.76噸。此外，針對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)剩余電量難以上網(wǎng)的特點(diǎn)，項(xiàng)目在赤峰市克什克騰旗大光頂子旅游小鎮(zhèn)進(jìn)行了成果應(yīng)用示范，將附近匯風(fēng)新能源電廠過剩的電量進(jìn)行存儲(chǔ)，用于旅游小鎮(zhèn)供暖，風(fēng)、光電力年消納約1077萬(wàn)千瓦，平均每年減少燃煤3590噸，減少碳排放9549.4噸。
車網(wǎng)互動(dòng) 能源消納新樣板
自治區(qū)黨政辦公區(qū)內(nèi)，一排排光伏組件搭建的電動(dòng)汽車充放電停車場(chǎng)格外吸睛。這是自治區(qū)首批“雙碳”科技創(chuàng)新重大示范工程“規(guī)?；妱?dòng)汽車充放電與電網(wǎng)多層級(jí)互動(dòng)技術(shù)研究和應(yīng)用示范”項(xiàng)目打造的光儲(chǔ)充放示范場(chǎng)景。
該項(xiàng)目由內(nèi)蒙古電力集團(tuán)牽頭“揭榜”，特來電新能源股份有限公司、上海交通大學(xué)、華北電力大學(xué)、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)等8家單位聯(lián)合實(shí)施，聚焦規(guī)?；妱?dòng)汽車充放電與電網(wǎng)多層級(jí)互動(dòng)這一關(guān)鍵科學(xué)問題，沿“機(jī)理揭示——系統(tǒng)建模——優(yōu)化調(diào)控——平臺(tái)示范”主線開展科研攻關(guān)，積極構(gòu)建規(guī)模化電動(dòng)汽車充放電與電網(wǎng)多層級(jí)互動(dòng)集成技術(shù)體系，并以內(nèi)蒙古地區(qū)為依托，實(shí)現(xiàn)示范工程驗(yàn)證核心難題，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支撐。
光儲(chǔ)充放示范場(chǎng)站融合了變電、配電、光伏、儲(chǔ)能、V2G充放電以及整套能量管理系統(tǒng)，其中，光伏系統(tǒng)由120塊575瓦的高效單晶硅單面發(fā)電組件組成，總裝機(jī)量達(dá)到69千瓦，依照呼和浩特地區(qū)的光照條件，實(shí)現(xiàn)平均日發(fā)電量300度左右，年發(fā)電量可達(dá)10.9萬(wàn)度，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤35噸，減排二氧化碳92噸、二氧化硫3噸、氮氧化物1噸，節(jié)油(汽油)4.36萬(wàn)升。
儲(chǔ)能系統(tǒng)由22個(gè)電池模組串聯(lián)而成，儲(chǔ)能容量202千瓦時(shí)，可以起到降低用能成本的作用。用電高峰時(shí)儲(chǔ)能放電讓企業(yè)使用儲(chǔ)能存電，減少高峰時(shí)段在電網(wǎng)取電，用電低谷時(shí)使用電網(wǎng)低電價(jià)對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)周期循環(huán)。
微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是一套智能化程度高、安全性高、擴(kuò)展性強(qiáng)的微電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控與優(yōu)化分析管理系統(tǒng)，既能滿足分布式新能源微網(wǎng)就地電力安全生產(chǎn)與消費(fèi)的需求，又能滿足多能源經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。通過對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化分析、監(jiān)視控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、異常報(bào)警，保證微網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)結(jié)合發(fā)電和用電預(yù)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)發(fā)用電的優(yōu)化調(diào)度，通過優(yōu)化運(yùn)行與變壓器需量控制等策略，提高微網(wǎng)系統(tǒng)收益。
場(chǎng)站采取分體式群充技術(shù)，新能源汽車通過超大功率液冷充電終端、快充終端、V2G雙向充放電終端、小功率直流慢充終端、7kW交流單樁等各種充電產(chǎn)品進(jìn)行充電，滿足市面上大多數(shù)新能源車型的充電需求。
整個(gè)場(chǎng)站的光儲(chǔ)充放系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)充電站的低碳、智能以及多能互補(bǔ)。光伏大發(fā)時(shí)，系統(tǒng)既可以提供充電使用，又可以把余電存儲(chǔ)到儲(chǔ)能系統(tǒng)中;光伏發(fā)電小于用電量時(shí)，由電網(wǎng)補(bǔ)充電力或由儲(chǔ)能及電動(dòng)汽車V2G技術(shù)進(jìn)行放電;區(qū)域電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷壓力時(shí)，系統(tǒng)可以通過充電調(diào)度、儲(chǔ)能管理實(shí)現(xiàn)最大程度降負(fù)荷運(yùn)行，或反補(bǔ)電網(wǎng)形成虛擬電廠，并從電網(wǎng)獲取服務(wù)收益，對(duì)于提高新能源消納水平，促進(jìn)交通減排、能源減排，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。
當(dāng)前，內(nèi)蒙古正全面貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記考察內(nèi)蒙古時(shí)的重要指示和重要講話精神，聚焦全面建設(shè)好國(guó)家重要能源基地，舉全區(qū)之力推進(jìn)新能源倍增行動(dòng)。以此為引領(lǐng)，內(nèi)蒙古科技工作將進(jìn)一步提高政治站位，聚焦“兩個(gè)率先”“兩個(gè)超過”發(fā)展目標(biāo)，堅(jiān)持以“科技興蒙”行動(dòng)為統(tǒng)領(lǐng)，做好“新能源+”這篇大文章，著力解決新能源高效、穩(wěn)定和低成本利用的瓶頸問題，以先進(jìn)技術(shù)成果拓展新能源應(yīng)用場(chǎng)景，擴(kuò)大新能源消納空間，為推動(dòng)國(guó)家重要能源與戰(zhàn)略資源基地向高端化、智能化、綠色化加速轉(zhuǎn)型提供科技支撐。(記者 及慶玲)
評(píng)論