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皇冠手机网址:从“单干”走向“抱团”,全球规模最大“源网荷储”一体化项目并网!

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日前,全球最大的“源网荷储”一体化示范项目一期工程——乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目正式投运。该项目是全国首个“源网荷储”项目、国内首个储能配置规模达到千兆瓦时的新能源场站,也是全球规模最大的“源网荷储”一体化示范项目。


该项目位于内蒙古乌兰察布市四子王旗境内,总容量为200万千瓦,含风电170万千瓦,光伏30万千瓦,配套建设55万千瓦×2小时储能,以风光互补保障电力供应。


项目分三期建设,共建设四座升压储能一体化站和一个智慧联合集控中心。其中,一期50万千瓦已经并网,包含风电42.5万千瓦,光伏7.5万千瓦,配置14万千瓦×2小时储能。


该项目EPC建设由中国电力建设工程咨询有限公司联合体中标,联合体包括电力规划总院有限公司、上海勘测设计研究院有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司,天津电建负责施工建设,中标价格为100亿元。


作为三峡集团新能源业务的战略实施主体,三峡能源联合电力规划总院、内蒙古电力公司等单位,推动三峡乌兰察布“源网荷储”一体化示范项目落地,成为行业内首个“吃螃蟹”的企业,创造了可复制可推广的开发新模式。2020年,该项目荣获中国能源创新项目奖。


随着构建新型电力系统步伐加快,以风电、光伏为代表的新能源在能源系统结构中比重不断提升,但其波动性、间歇性和随机性特点也给电网安全稳定运行带来挑战。“源网荷储”一体化模式提出“电源、电网、负荷、储能”整体解决方案,促进供需两侧精准匹配,有效解决清洁能源消纳及其产生的电网波动性等问题,提高电力系统综合效率。


01


储能装置,让“风光”更友好


众所周知,风力发电和光伏发电都是“看天吃饭”。由于风力发电和光伏发电的不稳定性,在风小、没风或阴天时,利用储能技术可以让电网负荷保持稳定,风光出力大时或者用电低谷时充电,风光出力小或者用电高峰时放电。


储能技术既能平滑不稳定的光伏发电和风电,提高可再生能源占比,也能配合常规火电、核电等电源,为电力系统运行提供调峰调频等辅助服务,提高电力系统的灵活性。


乌兰察布项目,以储能等新技术为突破口,通过“风光储”联合优化调度运行,可有效解决电力系统综合效率不高、“源网荷储”各环节协调不够、各类电源互补互济不足等问题,是推动实现“碳达峰、碳中和”目标的生动范例。


2022年6月22日,中国电力科学研究院新能源研究中心顺利完成乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目储能系统现场低电压穿越、高电压穿越和电网适应性测试工作。这标志着全球规模最大“源网荷储”一体化示范项目并网性能现场测试工作全面完成,为项目投运后的安全稳定运行保驾护航。


02


什么是源网荷储一体化?


电力系统是一个需要维持瞬时平衡的系统,在传统电力系统中,主要通过发电机组的转动惯量、调频能力根据负荷的变化进行发电量调节,以实现电力平衡,即所谓的“源随荷动”。


与传统电网相比,新型电力系统的电网发展将形成大电网主导、多种电网形态相融并存的格局。未来以家庭、社区、园区等不同大小的区域形成多层级微电网,解决规模化新能源与新型负荷大量接入、即插即用的问题。将传统电力系统“发-输-变-配-用”的单向过程,形成“源-网-荷-储”的一体化循环过程,提高新能源发电消纳占比。


电力系统的平衡


03


怎样实施源网荷储一体化?


①区域(省级)


依托区域(省)级电力辅助服务、中长期和现货市场等体系建设,引入电源侧、负荷侧、独立电储能等市场主体,全面放开市场化交易,推动建立市场化交易用户参与承担辅助服务的市场交易机制,培育用户负荷管理能力,提高用户侧调峰积极性。依托5G等现代信息通讯及智能化技术,加强全国统一调度,研究建立源网荷储灵活高效互动的电力运行与市场体系,充分发挥区域电网的调节作用,落实电源、电力用户、储能、虚拟电厂参与市场机制。


②市(县)级


源网荷储一体化坚强局部电网建设


在重点城市开展源网荷储一体化坚强局部电网建设,梳理城市重要负荷,研究局部电网加强方案,提出保障电源以及自备应急电源配置方案。结合清洁取暖和清洁能源消纳工作开展市(县)级源网荷储一体化示范,研究热电联产机组、新能源电站、灵活运行电热负荷一体化运营方案。


③园区(居民区)级


以现代信息通讯、大数据、人工智能、储能等新技术为依托,运用“互联网+”新模式,调动负荷侧调节响应能力。在城市商业区、综合体、居民区,依托光伏发电、并网型微电网和充电基础设施等,开展分布式发电与电动汽车(用户储能)灵活充放电相结合的园区(居民区)级源网荷储一体化建设。在工业负荷大、新能源条件好的地区,支持分布式电源开发建设和就近接入消纳,结合增量配电网等工作,开展源网荷储一体化绿色供电园区建设。研究源网荷储综合优化配置方案,提高系统平衡能力。


04


政策出台


2021年2月25日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》(发改能源规〔2021〕280号)


重点提出了电力源网荷储一体化和多能互补的重要意义、总体要求、实施路径、实施重点和政策措施。


第一方面,提出了推进电力源网荷储一体化和多能互补的重要意义;


第二方面,明确了电力源网荷储一体化和多能互补的总体要求;


第三方面,提出了源网荷储一体化实施路径和重点;


第四方面,提出了电力多能互补实施路径和重点;


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第五方面,提出了电力源网荷储一体化和多能互补的政策措施。


2021年4月25日,国家能源局综合司向各省市发改委及能源局印发《关于报送“十四五”电力源网荷储一体化和多能互补工作方案的通知》


明确未来能源行业和新型电力系统的发展方向:


一是落实可再生能源的消纳能力;


二是充分发挥跨省区输电通道的作用;


三是统筹优化各类电力资源;


四是稳妥实施风光火储一体化项目;


五是鼓励风光水储和风光储一体化。


除此之外,《通知》还对未来电源、电网和能源产业发展产生了具体影响如下:


(一)储能将不再沦为“摆设”;


(二)特高压利用率将被提升;


(三)各种能源统一调配;


(四)审慎对待火电参与源网荷储项目。


2021年11月10日,国家能源局综合司发布《关于推进2021年度电力源网荷储一体化和多能互补发展工作的通知》


根据文件,各省级能源主管部门是组织推进电源开发地点与消纳市场均属于本省(区、市)的“一体化”项目责任主体,意味着“一体化”项目的审批权限下放到各省份。


按照“优化存量、资源配置,扩大优质增量供给”的原则,优先实施存量燃煤自备电厂电量替代、风光水火(储)一体化提升,“量入而出”适度就近打捆新能源。


电力源网荷储一体化项目:应充分挖掘和释放生产侧、消费侧调节潜力,重点通过引导用户积极性,最大化调动(或发挥)负荷侧调节响应能力,加强源网荷储多向互动;可通过组织虚拟电厂等一体化聚合模式参与电网运行和市场交易,力求物理界面与调控关系清晰,划出与大电网的物理分界面。


多能互补项目:应就近打捆,项目布局相对集中。要把握“一体化”项目的推进节奏,按照“优化存量资源配置,扩大优质增量供给”的原则,优先实施存量燃煤自备电厂电量替代、风光水火储一体化提升。



05


五大技术创新与成果


三峡乌兰察布“源网荷储”技术研发试验基地喜讯频传。以下是关于一系列投运的科研成果:


1)国内容量最大功率路由器示范工程投运


作为国内容量最大的功率路由器示范工程,本项目研制的功率路由器各端口容量合计12MW,该设备所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均实现了国产化替代,打破了国外在大功率半导体领域的技术壁垒。在直流变压技术方面,本项目研制的IGCT直流变压器中单个DAB功率模块容量达1MW,相比于IGBT/SiC直流变压器DAB模块,容量提升10倍以上,成本和体积减少1/3以上;在直流故障保护方面,本项目基于国产逆阻型IGCT器件研制了新一代全固态故障电流控制器,实现百微秒开断10kA短路电流、额定2kA电流工况下1.3V超低通态压降,并配备了超快速过流自保护控制系统。


2)大规模新能源及储能综合仿真与实验平台初步建成投入运行


该平台具备百万千瓦级新能源及储能装备全电磁暂态实时数字仿真和半实物仿真能力,首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、动态模拟的高速实时通信和接口设计技术,可实现电磁暂态数字模型、实际控制保护装置和储能系统的跨平台联合仿真。国内规模最大、类型最丰富的储能系统动态模拟平台,涉及飞轮、全钒液流、超级电容、磷酸铁锂电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系钠离子电池等七种储能形式,可开展多类型控制保护装置和储能系统的硬件在环仿真试验。开发了国内首个新能源并网仿真数字孪生系统,可实现大规模新能源及储能系统综合仿真与实验平台全景可观可测可控的管控新模式。


3)兆瓦时级固态锂离子电池储能关键技术及工程应用


本项目基于氧化物固态电解质体系的原位固化固态电池技术,结合原子级键合技术、离子导电膜技术并配合新型电池装备,提升了界面接触及稳定性、循环稳定性,有效抑制了循环过程中电池的体积膨胀及SEI膜热稳定性。研发的本质安全、长寿命固态锂离子电池,以期从根本上降低电池在失控后发生的起火、爆 炸风险,同时将电池的能量密度较传统铅酸电池提升4~5倍,电池使用寿命达到6000次以上,并通过电安全、机械安全、热安全、环境安全等四个维度的极限测试,其安全性能远高于目前常规储能电池。


4)兆瓦级直流耦合接入的锂离子电池/超级电容器混合储能系统并网运行


本项目中混合储能系统采用锂离子电池和超级电容器以能量型和功率型储能技术耦合互补的形式进行应用,整套系统由3个预制舱体组成,分别为0.5MW/1MWh锂离子电池储能系统舱、1MW/0.1MWh超级电容器储能系统舱、1.5MW储能变流器舱。其中锂离子电池和超级电容器储能系统预制舱内分别配有直流汇流柜、电池/电容管理系统、本地能量管理系统、自动消防系统、空调等设备。各储能系统通过直流汇流柜接入相应的储能变流器,再分别接入功率路由器±750V直流母线,响应园区能量管理系统下发的削峰填谷或调频调度指令。


锂离子电池具有能量密度高、储/释能时间长等特点,可用于实现削峰填谷;超级电容器具有功率密度高、响应速度快、寿命长等特点,可参与电力系统一次调频,同时延长电池使用寿命。通过两种储能技术耦合及协调控制策略优化,锂离子电池/超级电容器混合储能系统能够充分发挥性能互补优势,满足电网不同层次需求,最大限度发挥储能的作用。针对乌兰察布源网荷储试验基地中的交直流混合电网架构,本项目首次实现了将锂离子电池/超级电容器混合储能系统通过DC/DC设备直接在750V直流母线侧进行功率耦合,该接入方式可提高AC/DC并网逆变器的利用率,此外,混合储能系统既可以对交流电网进行功率支撑,又可以解决直流电网的功率突变和谐波问题。


5)国家首台(套)重大技术装备—飞轮储能系统完成联调


本飞轮储能系统规模为1MW/15MJ,采取集装箱式布置方式,飞轮储能子系统由5台200kW高速磁悬浮储能飞轮单元及配套PCS等设备构成。飞轮储能单元采用了高速磁悬浮飞轮,该型号飞轮采用全球最先进的五自由度主动磁悬浮轴承体系。磁悬浮飞轮储能装置由永磁同步电机(发电机/电动机)、飞轮转子、磁悬浮轴承、电力电子功率变换器、控制系统及配套附件组成。飞轮在密闭的真空容器中处于无接触的完全磁悬浮状态,以每分钟高达28000转的转速高速旋转,产品充放电循环次数超过100万次,使用寿命长达20年。


依托乌兰察布三峡新能源“源网荷储一体化”项目,采用高速磁悬浮飞轮储能装置,基于智慧能量管理系统,构建“源网荷储一体化”架构下以飞轮储能矩阵构成的MW级飞轮系统为主体,参与新能源电力系统的惯量和调频支撑系统,为国内首次快速响应储能联合新能源提供惯量和调频支撑。本项目对提升以新能源为主体的电力系统的灵活功率控制和平稳运行提供关键技术参数,具有重大战略意义。


本文来源:光伏智库,战略研究中心,中国能建


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