平抑风电光伏发电 “裁风剪光”运筹帷幄看储能

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8月14日，《中国能源报》记者从国家风光储输示范工程获悉，截至目前，该工程累计发电量已超过2亿千瓦时。说起国家风光储输示范工程，许多人认为储能电站只是把风能、光伏发出的电储存起来以后再送出，其实并非如此，而是储能电站通过实时充放电使得风电、光伏发电在接入电力系统时变得稳定可靠。那么，这种实时充放电是如何操作的呢？如何统筹平抑风电、光伏发电呢？8月14日，记者到国家风光储输示范工程的核心和大脑——储能电站和联合发电监控中心进行了采访。
探索多种电池储能技术
8月14日，塞外高原天气有些阴，从河北省张北县向西约半小时车程后，就可看到一排排风电机组高耸在地平线上，白色的风机与一望无际的高原形成一道美丽的风景线。体型庞大的垂直轴风机、永磁直驱型风机以及多晶硅、单晶硅、非晶薄膜等多类型光伏电站正源源不断地输送着电能……这里就坐落着目前世界上规模最大，集风电、光伏发电、储能及智能调度输电于一体的新能源友好并网综合示范项目——国家风光储输示范工程。
其中，最神秘且著名的莫过于储能电站和联合发电监控中心。记者随即先来到储能电站3号厂房，首先映入眼帘的是一排排有序排列着的白色电池柜，当中的磷酸铁锂电池单体模块格外醒目。
“这里一共有4种单体电池，最小容量20安时，最大容量200安时。大家所看到的电池室采用的是200安时电池构成的模块，整个房间有1890个模块，整个储能电站3号厂房共有6万8千多个单体电池，整个磷酸铁锂储能电站共有27.5万节电池。”国网新源张家口风光储示范电站有限公司储能专责牛虎介绍，“200安时的单体容量相当于100多块我们常用的手机锂离子电池。如果能把这种电池容量应用在手机上，实现一个月待机就较容易了。”
据了解，储能电站采用磷酸铁锂电池14兆瓦、钠硫电池4兆瓦、液流电池2兆瓦，总容量95兆瓦时，多类型储能系统协调应用规模居世界首位。牛虎说：“目前液流电池和钠硫电池还没有投运，但未来肯定要把这三种电池放在储能电站里综合使用。当然，未来三种电池一起使用后如何和风光配合，如何联合运行，都还需要探索。而且，未来储能电站可能还会引用新型电池。”其中，液流电池扩容性好，充放电寿命长，循环次数多；钠硫电池是高温电池，比能量高，占地小。
有研究表明，没有任何一种储能技术可以全面满足智能电网接纳分布式能源的需求，单一的储能技术很难同时满足能量密度、功率密度、储能效率、使用寿命、成本等性能指标，如果将两种或两种以上性能互补性强的储能技术结合，可以取得较好的技术经济性能。
智慧的“大脑”运筹帷幄
国家风光储输示范工程最重要的创新技术之一，是将风电、光伏发电与储能进行智能互补，再送至220千伏智能变电站，使平稳的电能送到千家万户。国网新源张家口风光储示范电站有限公司副总经理徐明强调：“国家风光储输示范工程的技术路线就是让风电、光伏发电在接入电力系统时变得稳定可靠，其中储能电站的作用并不单纯是把风能、光伏发出的电储存起来以后再送出，而是通过实时充放电对风电、光伏所发出的电进行平抑，甚至接近常规的火电，使得对电力系统的影响会越来越低。同时，风电和储能可以互补，光伏发电和储能可以互补，三者也可以互补，测点会检测到该时间需要电池如何运行才能保证出力平滑。”
那么，如何实现新能源发电的平滑输出、计划跟踪、削峰填谷等控制目标呢？为此，记者随后来到国家风光储输示范工程另一个技术亮点和难点——示范工程联合发电监控中心，看到大屏幕上清楚的显示着“当天总发电量：336MWH”等数据，同时全景控制系统正全方位的控制着示范工程内的所有信息，掌握每一台风机的运行状态、出力情况等数据，对每一块光伏电池板、每一节储能电池的运营参数进行实时监控，实现电源、电网的全景监控、实时互动，就像是智慧的大脑，做到了足不出户，运筹帷幄。
在其中一块监控风力发电机的电脑屏幕上，一副卫星遥感地图上标注着红色和蓝色的风机标志。工作人员向记者介绍：“红色的代表正在正常运行的风机，蓝色的就是没有正常运行的风机。”只见徐明轻点其中一个红色光标，一台风机的详细运行数据立即呈现出来。工作人员只要坐在电脑前，就可以通过视频清楚地掌握这台风机的运行情况，实时监控风机的风速、发电机转速、电压等多个运行数据。同时，监控系统根据这些数据变化即时监控这台风机的运行情况，极大提高了工作效率。
全景控制能量配比
据介绍，国家风光储输示范工程投产的一期工程由10万千瓦风电、4万千瓦光伏发电和2万千瓦储能组成。对此，徐明介绍：“风、光、储容量的配比，是通过科学研究张北地区的气象数据、其他风场的运行数据等后再仿真计算出来的，10∶4∶2的容量比例是比较经济的。如果在甘肃建风光储项目，容量比例可能会更小。”
研究显示，在张北地区的风光资源条件下，单纯输出风电的出力波动为30%，而风电与光伏发电以1：1比例一起发电时的联合出力波动为12%。这大大降低了出力波动。如果再加上储能电站的作用，波动会更小。当储能在整个项目中的配比容量小于10%时，联合发电出力波动超过9%；当储能配比大于20%时，出力波动偏差小于5%；当储能容量配比达30%时，出力波动基本由储能系统吸收，出力偏差小于3%。
据了解，风到正午时，随着空气中温度基本一致，风速变化越小，出力就会小，风电就难以支撑电网所需要的负荷，此时光伏正好出力大发。风在晚上、凌晨温度变化较大，风电大发，此时光伏不出力。工作人员进一步介绍，当风力较大或阳光较强时，储能装置可以把多余的能量储存起来，储能显示的就是负数；反之，储能显示的是正数，就需要释放能量，这么做有助于整体电能输出更加平稳。
牛虎表示：“毕竟是示范项目，从容量来看没有优势，但其反应速度快，且具有弹性。相比之下，如果火电机组出力压低到一定程度，不仅将对火电机组的安全运行产生危害，且煤耗也不经济，而储能则不存在这个问题。从小规模来看，储能比火电安全，在不考虑建设成本的前提下，经济性要高一些。我们预期锂离子电池寿命在10—15年后，电池还具有70%—80%的容量。”
此外，就储能技术而言，目前抽水蓄能技术相对成熟，功率和储能容量规模可以做得很大，但受地势影响大，多建在南方有山有水的地方，且响应速度较慢、建设周期长。相比之下，储能电站建设周期较短。据悉，目前甘肃、内蒙古都在做一些风光储的规划，但储能投资还较高，如果未来价格降下来后，将更具潜力。国家电网公司副总经理舒印彪近日也指出：“目前储能成本较高，达3.5—5万人民币/千瓦时，因此大规模储能技术要实现商业化还有待发展。”