揭秘新能源與儲能運行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室

    新能源與儲能運行控制實(shí)驗室建設給社會(huì )帶來(lái)很大的福利，尤其是在發(fā)電方面，利用“風(fēng)”“云”的瞬息萬(wàn)變決定是否正常電源的運行。而讓新能源發(fā)電并且將多余的電力儲存起來(lái)，需要時(shí)再釋放出來(lái)，是實(shí)驗室需要攻克的一大難題。　　

　　新能源與儲能運行控制實(shí)驗室建于2006年，2015年9月成為國家重點(diǎn)實(shí)驗室。目前，包含張北試驗基地、電池儲能技術(shù)實(shí)驗室等試驗研究基礎。實(shí)驗室主要圍繞新能源這種波動(dòng)性電源現在和未來(lái)能發(fā)多少電，新能源發(fā)電單元如何能夠穩定地并網(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(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。這些研究在未來(lái)將會(huì )讓每個(gè)人獲益。　　

　　預測準　　

　　知道新能源能發(fā)多少電　

　　電力系統是一個(gè)實(shí)時(shí)平衡的系統，用戶(hù)用多少電，電力調度部門(mén)才能指揮發(fā)電廠(chǎng)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)流出到負荷的功率每時(shí)每刻都是一樣的，猶如天平的兩端，在用電量不變的情況下，當風(fēng)電來(lái)臨時(shí)，只有調減火電、水電等常規電源的發(fā)電，才能保證電力系統的平衡和安全運行。　　

　　常規電源比如火電可實(shí)時(shí)調節功率，滿(mǎn)足正常波動(dòng)負荷的供電需求，但新能源發(fā)出的電是波動(dòng)的，要想讓新能源發(fā)出的電接入電網(wǎng)，必須提前預知新能源出力。　　

　　俗話(huà)說(shuō)“天有不測風(fēng)云”，正是“風(fēng)”“云”的瞬息萬(wàn)變導致新能源出力具有很強的隨機性和波動(dòng)性。風(fēng)電功率預測是否準確決定了常規電源的運行，進(jìn)而決定了調度支持系統可以預留給風(fēng)電的運行空間。　

　　2008年11月，實(shí)驗室研發(fā)的我國首套具有自主知識產(chǎn)權的風(fēng)電功率預測系統WPFS在吉林省電力調度中心投入運行。該系統對復雜地形風(fēng)電場(chǎng)的預測精度明顯優(yōu)于國外，在歷史數據少的條件下，對平原地形風(fēng)電場(chǎng)的預測精度與國外相當。實(shí)驗室還開(kāi)發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的新能源調度技術(shù)支持系統，相比歐美風(fēng)電大國僅依靠電力市場(chǎng)制定日前日內發(fā)電計劃，該系統還具備周、日前和日內時(shí)序遞進(jìn)風(fēng)水火發(fā)電計劃滾動(dòng)協(xié)調優(yōu)化、新能源接納能力在線(xiàn)評估、新能源運行特性在線(xiàn)評價(jià)等功能，最大限度地挖掘了電力系統消納新能源的潛力。　　

　　目前，新能源優(yōu)化調度支持系統已應用于新疆、吉林、黑龍江等16個(gè)省級電力調控中心，覆蓋全部我國新能源發(fā)展大省，根據吉林等多個(gè)電力調度機構統計，系統應用后，新能源富集區的新能源利用率提升了10%以上。　

　　實(shí)驗室建立了電力系統內首個(gè)數值天氣預報中心，并與國際上最權威的美國國家大氣研究中心等合作，成功生產(chǎn)了精度較高的數值天氣預報數據，為“預測準”提供了基礎數據。　

　　如何將氣象信息與新能源出力建立映射關(guān)系，實(shí)驗室使出渾身解數，見(jiàn)招拆招。對于歷史數據充分的新能源電站，將天氣信息與出力數據建立統計關(guān)系；對于沒(méi)有歷史數據的新建新能源電站或者歷史數據質(zhì)量差的新能源電站，從發(fā)電原理出發(fā)，根據新能源機組自身特性將天氣信息直接轉換為出力。　　

　　根據新能源發(fā)電功率預測結果，電網(wǎng)調度可以合理安排發(fā)電計劃，從而提高電網(wǎng)接納新能源的能力。預測結果也可以用于指導新能源電站的計劃檢修，提高運行經(jīng)濟性。目前，實(shí)驗室研發(fā)的新能源發(fā)電功率預測系統已在國內20多個(gè)省級電力調度機構運行，覆蓋我國約80%的新能源電站，預測規模居世界首位，預測精度達到國際先進(jìn)水平。　　

　　用得上　

　　風(fēng)電不會(huì )因為風(fēng)吹草動(dòng)　

　　就跑掉　　

　　對于果農來(lái)說(shuō)，果樹(shù)上的果實(shí)長(cháng)得不結實(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(lái)因為風(fēng)電機組性能問(wèn)題，導致電網(wǎng)發(fā)生微小擾動(dòng)就導致風(fēng)電機組脫網(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(lái)，我國新能源發(fā)展迅猛，已成為全球風(fēng)電、光伏規模最大的國家，但由于風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的波動(dòng)性和間歇性等多種因素，新能源安全穩定運行和有效消納問(wèn)題非常突出，表現之一是新能源大規模脫網(wǎng)事故頻發(fā)。為破解這一難題，實(shí)驗室開(kāi)展風(fēng)電試驗技術(shù)研究，加快風(fēng)電試驗試驗基地建設，建成了世界上規模最大的兆瓦級風(fēng)光儲聯(lián)合試驗與實(shí)證研究基地——張北試驗基地。這里同時(shí)具備電能質(zhì)量、功率控制、低電壓穿越、電網(wǎng)適應性、防孤島等全部風(fēng)電機組整機并網(wǎng)性能試驗研發(fā)條件。也就是說(shuō)，風(fēng)電機組整機的全部性能試驗在張北試驗基地一個(gè)地方就可以全部完成。　

　　試驗基地擁有30臺測試機位，風(fēng)電機組制造商可借用基地的試驗機位，在試驗內模擬各種電網(wǎng)的運行工況。實(shí)驗室技術(shù)人員幫助機組制造商共同分析機組脫網(wǎng)事故發(fā)生的原因，解析數據異常點(diǎn)，和機組制造商共同研討提出改進(jìn)機組的運行控制策略，經(jīng)過(guò)上百次改進(jìn)然后試驗的反復過(guò)程，幫助風(fēng)電機組制造企業(yè)不斷改進(jìn)設計，最終幫助風(fēng)電機組通過(guò)并網(wǎng)性能試驗。　　

　　目前，實(shí)驗室已為國內所有量產(chǎn)50臺以上的150余個(gè)型號的風(fēng)電機組提供了技術(shù)研發(fā)與試驗研究服務(wù)。先后完成了全國20個(gè)省(區)、7個(gè)千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地的風(fēng)電接納能力分析，開(kāi)展了300余個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的接入系統專(zhuān)題研究，為100余個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站提供了并網(wǎng)性能與安全改造試驗服務(wù)，大規模風(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)的安全穩定運行。　　

　　2014年9月，實(shí)驗室風(fēng)電試驗檢測獲得國際風(fēng)電測試組織（MESNET）資質(zhì)，成為除歐美國家外唯一成員單位，標志著(zhù)風(fēng)電試驗檢測能力全面達到國際領(lǐng)先水平。　

　　不浪費　　

　　富余綠電存儲到電池中　　

　　除了通過(guò)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(lái)，實(shí)現富余電能存儲到電池中，需要時(shí)再釋放出來(lái)，也是實(shí)驗室需要攻克的一大難題。　

　　如果說(shuō)飄忽不定的風(fēng)和瞬息萬(wàn)變的光是難以駕馭的野馬，儲能就好比一個(gè)能夠讓他們馴服的馬圈，能夠讓經(jīng)過(guò)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)驗室以電池為主要研究對象，建立了針對電池內部特性和外部特性測試與分析的兩個(gè)實(shí)驗區，由內而外地深入認識電池的本質(zhì)，進(jìn)而指導電池改進(jìn)。　

　　說(shuō)起電池的研究，還真有點(diǎn)像人的體檢，研究人員通過(guò)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(guān)特性，隨后再利用各種X射線(xiàn)光譜、各類(lèi)能譜、色譜等對電池進(jìn)行內部分析，有時(shí)還需要通過(guò)解剖電池測量元素的方法來(lái)掌握電池內部的真實(shí)情況。最終目的是了解電池的性能特點(diǎn)，找到它適合的應用場(chǎng)合和使用方式，并根據新能源儲存的實(shí)際需要對電池性能進(jìn)行不斷改進(jìn)。與此同時(shí)，研究人員也可以從各類(lèi)檢測技術(shù)中發(fā)現更先進(jìn)、更無(wú)損化的電池體檢方法，通過(guò)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(lái)，這些技術(shù)還可以應用在電網(wǎng)無(wú)損化、智能化和在線(xiàn)巡檢中。