9月,北京暑熱猶在,而200公里以外的河北省張北縣已是秋風(fēng)颯颯。
從高速公路進入張北縣后,最先映入眼簾的是矗立在道路兩旁的巨大風(fēng)機,修長的葉片迎風(fēng)旋轉(zhuǎn),這是屬于張北這個“新能源之都”最獨特的標識。
9月18~19日,中國工程院“低碳奧運院士行”考察研討活動在河北省張家口市舉行。14位來自中國工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部的院士與全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織主席、中國電力企業(yè)聯(lián)合會理事長劉振亞,河北省副省長張杰輝,國家電網(wǎng)公司黨組成員、副總經(jīng)理王敏以及相關(guān)專家共同考察調(diào)研了張北國家風(fēng)光儲輸示范工程和新能源與儲能運行控制國家重點實驗室。在張北風(fēng)光儲輸示范工程現(xiàn)場,排列整齊的光伏板在烈日下熠熠閃光,白色的風(fēng)機在藍天下歡快起舞,這幅清爽而遼闊的圖景彰顯著可再生能源旺盛的生命力,展示著風(fēng)光儲輸示范工程為未來能源開發(fā)與利用勾勒的前景。
馴“烈馬”成“良駒”
張北風(fēng)光儲輸示范工程是世界上第一個集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電于一體,綜合開發(fā)利用新能源的創(chuàng)新工程,在能源資源緊缺、生態(tài)日益失衡的當(dāng)今社會,張北示范工程的建設(shè)和運行,為推動新能源發(fā)展、推進能源革命具有重要意義。
長期以來,我國能源結(jié)構(gòu)以化石能源為主,大規(guī)模開發(fā)利用化石能源,對大氣、水質(zhì)、土壤、地貌等造成嚴重污染和破壞,許多地方已超過環(huán)境容量?!爱?dāng)前,我國面臨著資源與環(huán)境的雙重挑戰(zhàn),在2014年中美氣候變化聯(lián)合聲明中,中國宣布,計劃在2030年左右二氧化碳排放達到峰值,并計劃到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%左右,大力發(fā)展可再生能源已成為必然選擇?!迸硖K萍院士說。
進入新世紀以來,全球新能源快速發(fā)展,我國發(fā)展勢頭更猛,遠遠超出預(yù)期。2000~2015年,全球風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機分別增長了23倍、175倍;我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機分別增長了280倍、1400倍,遠超全球水平。陳清泉院士認為,推動工業(yè)革命的核心要素是能源和信息,第三次工業(yè)革命中的能源是新能源,信息是大數(shù)據(jù),前兩次工業(yè)革命中國未能占領(lǐng)先機,因此一定要占領(lǐng)第三次工業(yè)革命的制高點。
新能源的發(fā)展大勢洶涌而來,但如何用好新能源,成為了能源領(lǐng)域的一個難題。新能源的利用和傳統(tǒng)能源完全不同,它具有隨機性、波動性、間歇性等特點,新能源大規(guī)模開發(fā)、并網(wǎng)、配置和消納,對于電力系統(tǒng)而言是巨大的挑戰(zhàn)?!翱稍偕茉蠢米畲蟮膯栴}就是如何安全穩(wěn)定入網(wǎng)。大約五年前,德國風(fēng)電發(fā)生了600萬千瓦的脫網(wǎng)事故,引起了整個歐洲電網(wǎng)的震蕩,這樣的教訓(xùn)是慘痛的?!编嵔〕菏空f。
對于電網(wǎng)系統(tǒng)而言,可再生能源如同一匹“烈馬”,質(zhì)素雖好,卻很難馴服。如何增強風(fēng)電和光伏發(fā)電的友好性,如何保障大規(guī)模新能源并網(wǎng)安全,如何實現(xiàn)新能源大范圍配置,是國內(nèi)外新能源發(fā)展面臨的共性問題。
張北風(fēng)光儲輸示范工程正是為破解這一難題而建設(shè)。工程以“風(fēng)光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電”實現(xiàn)新能源大規(guī)模開發(fā)和利用。從某種意義上說,風(fēng)光儲輸是我國未來能源利用模式的一個縮影,大型風(fēng)光能源基地發(fā)出的綠色清潔電力通過堅強智能電網(wǎng)輸送,儲能則是其中的調(diào)節(jié)電源。風(fēng)光儲輸如同一個深諳烈馬習(xí)性的馴馬師,馴烈馬成良駒。
讓“垃圾電”變“友好電”
隨著中國申辦2022年冬季奧運會的成功,張家口開始吸引世界的目光。
為貫徹落實國家發(fā)展改革委員會規(guī)劃及低碳奧運有關(guān)要求,國家電網(wǎng)公司在風(fēng)光儲輸示范工程的基礎(chǔ)上開展全面創(chuàng)新,按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、示范先行、建立標準、聯(lián)合推廣”的建設(shè)思路,加強示范區(qū)電網(wǎng)一體化設(shè)計,引領(lǐng)新能源技術(shù)進步和裝備升級,促進張家口地區(qū)新能源快速可持續(xù)發(fā)展。
打造張家口創(chuàng)新示范區(qū)的底氣,源于國家電網(wǎng)公司長久以來在科研上的耕耘、技術(shù)上的積累。國家電網(wǎng)公司擁有國家重點實驗室6個,其中位于張北的新能源與儲能運行控制國家重點實驗室圍繞新能源“可預(yù)測、可控制、可調(diào)度”開展了一系列研究。依托示范工程和國家重點實驗室,國家電網(wǎng)公司攻克了多項制約新能源大規(guī)模開發(fā)的世界性難題,在風(fēng)光儲系統(tǒng)集成、新能源發(fā)電測控、設(shè)備研發(fā)檢測、并網(wǎng)安全技術(shù)等4個領(lǐng)域取得20余項重大創(chuàng)新成果。
院士們一致認為,由企業(yè)主導(dǎo)開展技術(shù)研發(fā),更能激發(fā)創(chuàng)新活力?!敖裉煳覀儏⒂^的項目有儲能,有虛擬發(fā)電機,甚至還有天氣預(yù)報。這些都不是電網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)范圍,但只要有這個需要,電網(wǎng)公司就可以牽頭來做技術(shù)研發(fā)。比如說儲能,現(xiàn)在的儲能技術(shù)滿足不了電網(wǎng)需求,最根本的原因在于電網(wǎng)儲能只是從電池儲能等技術(shù)中挪用,沒有為電網(wǎng)量身定制的儲能技術(shù),電網(wǎng)公司應(yīng)該牽頭開展相關(guān)研發(fā),為電網(wǎng)開發(fā)適合自身使用的技術(shù)。”楊裕生院士說。
黃其勵院士感嘆道,十年前,人們把風(fēng)電叫“垃圾電”,而國家電網(wǎng)公司就在風(fēng)電被普遍認為是“垃圾電”的時候,建設(shè)風(fēng)光儲輸示范工程,開展技術(shù)創(chuàng)新?,F(xiàn)在沒有人再這么說了,正是科技創(chuàng)新的力量讓風(fēng)電從“垃圾電”變成電網(wǎng)“友好電”。
院士們表示,未來在儲能、分布式、電網(wǎng)安全、清潔技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面還要進一步加強研究。
“比如說安全問題,目前系統(tǒng)內(nèi)部的安全問題已經(jīng)研究了很多,但是如果考慮到外部的、災(zāi)難性的特殊因素,也要能保證安全可靠運行,在這方面還要進一步攻關(guān)?!鼻駩鄞仍菏空f。
發(fā)揮更大的示范效應(yīng)
張北示范工程集中攻克新能源在核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、工程建設(shè)、并網(wǎng)運行、高效使用等方面的難題,在國內(nèi)外發(fā)揮了示范引領(lǐng)作用,提高了我國新能源產(chǎn)業(yè)競爭力,搶占了世界新能源發(fā)展制高點。
目前,張北示范工程電源總?cè)萘窟_到57萬千瓦,智能變電站變電容量66萬千伏安,靜止無功補償容量18萬千伏安,主要指標處于世界領(lǐng)先水平,在新能源技術(shù)創(chuàng)新、工程實踐、科學(xué)管理、開放合作等方面發(fā)揮了重要示范作用。
以技術(shù)創(chuàng)新為例。示范工程中的高精度風(fēng)光功率預(yù)測技術(shù)和新能源優(yōu)化調(diào)度方法已應(yīng)用于20多個省級調(diào)控中心,覆蓋全國新能源裝機70%以上;新能源并網(wǎng)仿真技術(shù)應(yīng)用于20個省,為300多個風(fēng)電場的安全并網(wǎng)和穩(wěn)定運行提供了技術(shù)支撐;聯(lián)合國內(nèi)主要設(shè)備廠商,研發(fā)并應(yīng)用5兆瓦大容量風(fēng)機、智能全景控制系統(tǒng)等100多個首臺首套裝置;全面掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬同步機核心技術(shù)和成套裝備制造能力……
類似的例子不勝枚舉,從建設(shè)檢測平臺、聯(lián)合國內(nèi)設(shè)備廠商共同研發(fā),到協(xié)助廠家進行技術(shù)改造,示范工程在引領(lǐng)新能源技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。從2013年以來,我國再未發(fā)生過風(fēng)機大規(guī)模脫網(wǎng)事故。
目前,風(fēng)光儲輸示范工程已經(jīng)實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行了4周年。4年來,示范工程累計輸出超過17億千瓦時平穩(wěn)可控綠色電能,相當(dāng)于節(jié)約標準煤57.12萬噸、減排二氧化碳122.4萬噸。通過風(fēng)光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能輸電,實現(xiàn)平穩(wěn)可控的電力輸出和友好并網(wǎng),性能指標接近常規(guī)電源。
在研討會現(xiàn)場,多位院士對示范工程表示肯定的同時,也對示范工程發(fā)揮更大作用提出了殷切期待。
陳清泉院士認為,示范工程不僅屬于中國,也是全世界的一份寶貴財富,要充分發(fā)揮工程的示范作用,各方合力,跨界融合,實現(xiàn)多方共贏和價值共生。
袁亮院士表示,國家重點實驗室一定要站在國家高度、行業(yè)高度。解決了張北本地新能源發(fā)展問題,還要給其他地方進行會診,找出問題,輸出技術(shù),提升全國水平。
“一個國家級的重點實驗室應(yīng)該起到公共平臺的作用,為生產(chǎn)廠家、高校、科研單位提供試驗平臺,發(fā)揮更大的作用?!毖τ韯僭菏空f。
實際上,院士們的殷切期待正是公司一直以來努力的方向。在示范工程的建設(shè)中,16家科研院所和高校、15家建設(shè)單位、54家設(shè)備廠商共同參與了試驗研究、規(guī)劃設(shè)計、技術(shù)攻關(guān)、設(shè)備研制、工程建設(shè)和調(diào)試運行等工作。國家重點實驗室為國內(nèi)制造廠商開展技術(shù)研發(fā)、樣機測試、型式認證等提供了有力支撐。
在未來,張北風(fēng)光儲輸示范工程還將繼續(xù)發(fā)揮更深遠的示范效應(yīng)?;蛟S正如陳清泉院士所說,從張北示范工程中,可以看到中國能源革命的曙光。這是一種期待,更是一份責(zé)任。