新能源與儲能運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)室建于2006年,2015年9月成為國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。目前,包含張北試驗(yàn)基地、電池儲能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等試驗(yàn)研究基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室主要圍繞新能源這種波動性電源現(xiàn)在和未來能發(fā)多少電,新能源發(fā)電單元如何能夠穩(wěn)定地并網(wǎng)發(fā)電,以及新能源發(fā)出的綠色清潔電如何能最大限度得到利用等方面開展技術(shù)攻關(guān)。這些研究在未來將會讓每個人獲益。
預(yù)測準(zhǔn)
知道新能源能發(fā)多少電
電力系統(tǒng)是一個實(shí)時平衡的系統(tǒng),用戶用多少電,電力調(diào)度部門才能指揮發(fā)電廠發(fā)多少電。電網(wǎng)中的電流就像河中的水流一樣,流入電網(wǎng)的功率和電網(wǎng)流出到負(fù)荷的功率每時每刻都是一樣的,猶如天平的兩端,在用電量不變的情況下,當(dāng)風(fēng)電來臨時,只有調(diào)減火電、水電等常規(guī)電源的發(fā)電,才能保證電力系統(tǒng)的平衡和安全運(yùn)行。
常規(guī)電源比如火電可實(shí)時調(diào)節(jié)功率,滿足正常波動負(fù)荷的供電需求,但新能源發(fā)出的電是波動的,要想讓新能源發(fā)出的電接入電網(wǎng),必須提前預(yù)知新能源出力。
俗話說“天有不測風(fēng)云”,正是“風(fēng)”“云”的瞬息萬變導(dǎo)致新能源出力具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和波動性。風(fēng)電功率預(yù)測是否準(zhǔn)確決定了常規(guī)電源的運(yùn)行,進(jìn)而決定了調(diào)度支持系統(tǒng)可以預(yù)留給風(fēng)電的運(yùn)行空間。
2008年11月,實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的我國首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)WPFS在吉林省電力調(diào)度中心投入運(yùn)行。該系統(tǒng)對復(fù)雜地形風(fēng)電場的預(yù)測精度明顯優(yōu)于國外,在歷史數(shù)據(jù)少的條件下,對平原地形風(fēng)電場的預(yù)測精度與國外相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)室還開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新能源調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng),相比歐美風(fēng)電大國僅依靠電力市場制定日前日內(nèi)發(fā)電計劃,該系統(tǒng)還具備周、日前和日內(nèi)時序遞進(jìn)風(fēng)水火發(fā)電計劃滾動協(xié)調(diào)優(yōu)化、新能源接納能力在線評估、新能源運(yùn)行特性在線評價等功能,最大限度地挖掘了電力系統(tǒng)消納新能源的潛力。
目前,新能源優(yōu)化調(diào)度支持系統(tǒng)已應(yīng)用于新疆、吉林、黑龍江等16個省級電力調(diào)控中心,覆蓋全部我國新能源發(fā)展大省,根據(jù)吉林等多個電力調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)計,系統(tǒng)應(yīng)用后,新能源富集區(qū)的新能源利用率提升了10%以上。
實(shí)驗(yàn)室建立了電力系統(tǒng)內(nèi)首個數(shù)值天氣預(yù)報中心,并與國際上最權(quán)威的美國國家大氣研究中心等合作,成功生產(chǎn)了精度較高的數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù),為“預(yù)測準(zhǔn)”提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
如何將氣象信息與新能源出力建立映射關(guān)系,實(shí)驗(yàn)室使出渾身解數(shù),見招拆招。對于歷史數(shù)據(jù)充分的新能源電站,將天氣信息與出力數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計關(guān)系;對于沒有歷史數(shù)據(jù)的新建新能源電站或者歷史數(shù)據(jù)質(zhì)量差的新能源電站,從發(fā)電原理出發(fā),根據(jù)新能源機(jī)組自身特性將天氣信息直接轉(zhuǎn)換為出力。
根據(jù)新能源發(fā)電功率預(yù)測結(jié)果,電網(wǎng)調(diào)度可以合理安排發(fā)電計劃,從而提高電網(wǎng)接納新能源的能力。預(yù)測結(jié)果也可以用于指導(dǎo)新能源電站的計劃檢修,提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。目前,實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的新能源發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)已在國內(nèi)20多個省級電力調(diào)度機(jī)構(gòu)運(yùn)行,覆蓋我國約80%的新能源電站,預(yù)測規(guī)模居世界首位,預(yù)測精度達(dá)到國際先進(jìn)水平。
用得上
風(fēng)電不會因?yàn)轱L(fēng)吹草動
就跑掉
對于果農(nóng)來說,果樹上的果實(shí)長得不結(jié)實(shí),刮陣小風(fēng)就掉落一地,可謂損失慘重。新能源并網(wǎng)亦是如此,2008年以來因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組性能問題,導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生微小擾動就導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng),對電網(wǎng)造成巨大沖擊。
自2006年我國《可再生能源法》正式實(shí)施以來,我國新能源發(fā)展迅猛,已成為全球風(fēng)電、光伏規(guī)模最大的國家,但由于風(fēng)能、太陽能資源的波動性和間歇性等多種因素,新能源安全穩(wěn)定運(yùn)行和有效消納問題非常突出,表現(xiàn)之一是新能源大規(guī)模脫網(wǎng)事故頻發(fā)。為破解這一難題,實(shí)驗(yàn)室開展風(fēng)電試驗(yàn)技術(shù)研究,加快風(fēng)電試驗(yàn)試驗(yàn)基地建設(shè),建成了世界上規(guī)模最大的兆瓦級風(fēng)光儲聯(lián)合試驗(yàn)與實(shí)證研究基地——張北試驗(yàn)基地。這里同時具備電能質(zhì)量、功率控制、低電壓穿越、電網(wǎng)適應(yīng)性、防孤島等全部風(fēng)電機(jī)組整機(jī)并網(wǎng)性能試驗(yàn)研發(fā)條件。也就是說,風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的全部性能試驗(yàn)在張北試驗(yàn)基地一個地方就可以全部完成。
試驗(yàn)基地?fù)碛?0臺測試機(jī)位,風(fēng)電機(jī)組制造商可借用基地的試驗(yàn)機(jī)位,在試驗(yàn)內(nèi)模擬各種電網(wǎng)的運(yùn)行工況。實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員幫助機(jī)組制造商共同分析機(jī)組脫網(wǎng)事故發(fā)生的原因,解析數(shù)據(jù)異常點(diǎn),和機(jī)組制造商共同研討提出改進(jìn)機(jī)組的運(yùn)行控制策略,經(jīng)過上百次改進(jìn)然后試驗(yàn)的反復(fù)過程,幫助風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)不斷改進(jìn)設(shè)計,最終幫助風(fēng)電機(jī)組通過并網(wǎng)性能試驗(yàn)。
目前,實(shí)驗(yàn)室已為國內(nèi)所有量產(chǎn)50臺以上的150余個型號的風(fēng)電機(jī)組提供了技術(shù)研發(fā)與試驗(yàn)研究服務(wù)。先后完成了全國20個省(區(qū))、7個千萬千瓦級風(fēng)電基地的風(fēng)電接納能力分析,開展了300余個風(fēng)電場、光伏電站的接入系統(tǒng)專題研究,為100余個風(fēng)電場、光伏電站提供了并網(wǎng)性能與安全改造試驗(yàn)服務(wù),大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故從2011年的8起(5447臺次),到目前基本消除,有效地遏制了大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故發(fā)生,保障了新能源電站和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2014年9月,實(shí)驗(yàn)室風(fēng)電試驗(yàn)檢測獲得國際風(fēng)電測試組織(MESNET)資質(zhì),成為除歐美國家外唯一成員單位,標(biāo)志著風(fēng)電試驗(yàn)檢測能力全面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
不浪費(fèi)
富余綠電存儲到電池中
除了通過電網(wǎng)輸送讓新能源發(fā)電得到直接利用外,將電能存儲起來,實(shí)現(xiàn)富余電能存儲到電池中,需要時再釋放出來,也是實(shí)驗(yàn)室需要攻克的一大難題。
如果說飄忽不定的風(fēng)和瞬息萬變的光是難以駕馭的野馬,儲能就好比一個能夠讓他們馴服的馬圈,能夠讓經(jīng)過儲能平抑后的新能源溫順地匯入電網(wǎng)的能量洪流之中。實(shí)驗(yàn)室以電池為主要研究對象,建立了針對電池內(nèi)部特性和外部特性測試與分析的兩個實(shí)驗(yàn)區(qū),由內(nèi)而外地深入認(rèn)識電池的本質(zhì),進(jìn)而指導(dǎo)電池改進(jìn)。
說起電池的研究,還真有點(diǎn)像人的體檢,研究人員通過測試電池外在的電壓、電流、溫度等,就像測試人在體檢中需要測量體溫、血壓。外部體檢是為了掌握電池外在表觀特性,隨后再利用各種X射線光譜、各類能譜、色譜等對電池進(jìn)行內(nèi)部分析,有時還需要通過解剖電池測量元素的方法來掌握電池內(nèi)部的真實(shí)情況。最終目的是了解電池的性能特點(diǎn),找到它適合的應(yīng)用場合和使用方式,并根據(jù)新能源儲存的實(shí)際需要對電池性能進(jìn)行不斷改進(jìn)。與此同時,研究人員也可以從各類檢測技術(shù)中發(fā)現(xiàn)更先進(jìn)、更無損化的電池體檢方法,通過發(fā)掘各種新型的電池測試手段,促進(jìn)儲能電池的技術(shù)提升。未來,這些技術(shù)還可以應(yīng)用在電網(wǎng)無損化、智能化和在線巡檢中。