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其中，新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗境內(nèi)，項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模200萬千瓦，含風(fēng)電170萬千瓦，光伏30萬千瓦，配套建設(shè)55萬千瓦×2小時(shí)儲(chǔ)能，以風(fēng)光互補(bǔ)保障電力供應(yīng)。
項(xiàng)目分三期建設(shè)，共建設(shè)四座升壓儲(chǔ)能一體化站和一個(gè)智慧聯(lián)合集控中心。目前一期50萬千瓦已于2021年12月31日風(fēng)光全容量并網(wǎng)發(fā)電，其中風(fēng)電42.5萬千瓦，光伏7.5萬千瓦。一期配置14萬千瓦×2小時(shí)儲(chǔ)能，現(xiàn)在已調(diào)試完畢，并網(wǎng)檢測(cè)結(jié)束，等待并網(wǎng)。二三期計(jì)劃6月開工，年底全容量并網(wǎng)，項(xiàng)目建成后，年發(fā)電量將達(dá)到近64億千瓦時(shí)。
該項(xiàng)目EPC建設(shè)由中國(guó)電力建設(shè)工程咨詢有限公司聯(lián)合體中標(biāo)，聯(lián)合體包括電力規(guī)劃總院有限公司、上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司、中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，天津電建負(fù)責(zé)施工建設(shè)，中標(biāo)價(jià)格為100億元。
項(xiàng)目充分就地開發(fā)利用優(yōu)質(zhì)新能源資源，打造電網(wǎng)友好型電源。投運(yùn)后可提升高峰供電能力60萬千瓦，電力可滿足南部大工業(yè)負(fù)荷供電需要；不占用電網(wǎng)消納空間，控制棄電率低于5%。同時(shí)，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)甚至全球最大的單體儲(chǔ)能配置項(xiàng)目，項(xiàng)目通過優(yōu)化儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)和運(yùn)行模式，示范不同技術(shù)路線的儲(chǔ)能技術(shù)，開發(fā)適合風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、調(diào)度運(yùn)行及智能控制技術(shù)和策略，實(shí)現(xiàn)新能源高效消納利用，降低公網(wǎng)調(diào)峰和容量支撐壓力，確保項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)可行。
源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綠色供電示范項(xiàng)目將在商都縣、化德縣吉慶區(qū)域建設(shè)2個(gè)50萬千瓦風(fēng)電項(xiàng)目，在負(fù)荷側(cè)與電源側(cè)各配套15萬千瓦／2小時(shí)儲(chǔ)能設(shè)施，通過專線向化德縣工業(yè)園區(qū)負(fù)荷供電。項(xiàng)目建成后可提升高峰供電能力30萬千瓦，控制棄電率低于5%, 降低新能源輸送通道容量需求。
2022年6月22日，中國(guó)電力科學(xué)研究院新能源研究中心順利完成烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)低電壓穿越、高電壓穿越和電網(wǎng)適應(yīng)性測(cè)試工作。這標(biāo)志著全球規(guī)模最大“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化示范項(xiàng)目并網(wǎng)性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作全面完成，為項(xiàng)目投運(yùn)后的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。
據(jù)了解，“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”項(xiàng)目是一種包含“電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能”整體解決方案的運(yùn)營(yíng)模式，可精確控制用電負(fù)荷和儲(chǔ)能資源，解決清潔能源消納及其產(chǎn)生的電網(wǎng)波動(dòng)性等問題。
隨著構(gòu)建新型電力系統(tǒng)步伐加快，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源在能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中比重不斷提升，但其波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性特點(diǎn)也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化模式提出“電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能”整體解決方案，促進(jìn)供需兩側(cè)精準(zhǔn)匹配，有效解決清潔能源消納及其產(chǎn)生的電網(wǎng)波動(dòng)性等問題，提高電力系統(tǒng)綜合效率。
作為三峽集團(tuán)新能源業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略實(shí)施主體，三峽能源聯(lián)合電力規(guī)劃總院、內(nèi)蒙古電力公司等單位，推動(dòng)三峽烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化示范項(xiàng)目落地，成為行業(yè)內(nèi)首個(gè)“吃螃蟹”的企業(yè)，創(chuàng)造了可復(fù)制可推廣的開發(fā)新模式。2020年，該項(xiàng)目榮獲中國(guó)能源創(chuàng)新項(xiàng)目獎(jiǎng)。
作為全國(guó)最早實(shí)施且規(guī)模最大的源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目，三峽能源烏蘭察布項(xiàng)目從項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行模式到多種技術(shù)融合發(fā)展，都將為雙碳目標(biāo)下的我國(guó)新能源發(fā)展探索源網(wǎng)荷儲(chǔ)這一模式提供極具價(jià)值的參考意義。
5月的光伏區(qū)一派繁忙的“種草”場(chǎng)面
擺脫“靠天吃飯”，配置GWh儲(chǔ)能平滑
眾所周知，風(fēng)光發(fā)電都是“看天吃飯”。由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，在風(fēng)小、沒風(fēng)或陰天時(shí)，利用儲(chǔ)能技術(shù)可以讓電網(wǎng)負(fù)荷保持穩(wěn)定，風(fēng)光出力大時(shí)或者用電低谷時(shí)充電，風(fēng)光出力小或者用電高峰時(shí)放電。
儲(chǔ)能技術(shù)既能平滑不穩(wěn)定的光伏發(fā)電和風(fēng)電，提高可再生能源占比，也能配合常規(guī)火電、核電等電源，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”綠色電站項(xiàng)目以儲(chǔ)能等新技術(shù)為突破口，通過“風(fēng)光儲(chǔ)”聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，可有效解決電力系統(tǒng)綜合效率不高、“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)不夠、各類電源互補(bǔ)互濟(jì)不足等問題，是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的生動(dòng)范例。
項(xiàng)目一期工程利用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)，共建設(shè)86個(gè)儲(chǔ)能電池倉，一個(gè)倉11簇電池，每簇26個(gè)電池組，每組14個(gè)電池芯。這些電池倉可以儲(chǔ)存電量28萬千瓦時(shí)，相當(dāng)于12727輛新能源汽車的儲(chǔ)電量。據(jù)了解，在二期、三期工程建設(shè)中，作為儲(chǔ)能領(lǐng)域的深耕者，總承包方中國(guó)能建還將示范應(yīng)用多種非鋰電池新型儲(chǔ)能技術(shù)，全面促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新。
此外，為了實(shí)現(xiàn)各種新能源資源的科學(xué)分配，中國(guó)能建開發(fā)了智慧集控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過功率預(yù)測(cè)、人工智能技術(shù)及先進(jìn)監(jiān)測(cè)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)、光、儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化、智能高效運(yùn)行，同時(shí)通過優(yōu)化儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)和運(yùn)行模式，有力保障新能源高效消納利用，有效降低主網(wǎng)調(diào)峰和容量支撐壓力。
項(xiàng)目三期工程投運(yùn)后，將有效提升當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)綜合效率，強(qiáng)化源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，同時(shí)解決新能源就地消納、地區(qū)缺電等問題，對(duì)我國(guó)不斷探索電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能和綠色電力直供等新模式、持續(xù)推進(jìn)“新能源+儲(chǔ)能”應(yīng)用具有重要示范意義。
成立烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地
為了落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)以及更好的建設(shè)烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”項(xiàng)目。自2020年起，三峽集團(tuán)投資6億元聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)等20余所國(guó)內(nèi)頂尖科研機(jī)構(gòu)和院校，建設(shè)集研發(fā)、實(shí)證、應(yīng)用為一體，產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合的源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地，為新型電力系統(tǒng)綜合效率不高、各類電源互補(bǔ)互濟(jì)不足等問題帶來新的解決方案。
試驗(yàn)基地按照“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化架構(gòu)總體設(shè)計(jì)，以“儲(chǔ)”為核，規(guī)劃建設(shè)壓縮空氣儲(chǔ)能、鈉離子電池?cái)?shù)字儲(chǔ)能、水系鈉離子電池儲(chǔ)能、固態(tài)電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能等13個(gè)重點(diǎn)示范項(xiàng)目以及大規(guī)模新能源接入仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室、儲(chǔ)能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室等2個(gè)行業(yè)領(lǐng)先實(shí)驗(yàn)室。
烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”試驗(yàn)基地目前已經(jīng)創(chuàng)造了多個(gè)“國(guó)內(nèi)之最”和“行業(yè)首次”紀(jì)錄。包括“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”功率路由器示范工程、大規(guī)模新能源及儲(chǔ)能綜合仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、兆瓦時(shí)級(jí)固態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用、兆瓦級(jí)直流耦合接入的鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)等。
三峽科研院院長(zhǎng)孫長(zhǎng)平表示，該試驗(yàn)基地將科研、實(shí)證和應(yīng)用三者結(jié)合在一起，旨在驗(yàn)證新一代的儲(chǔ)能技術(shù)，同時(shí)也致力于推動(dòng)電力系統(tǒng)所需要的規(guī)?；瘍?chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。
試驗(yàn)基地5大技術(shù)創(chuàng)新與成果
近日，三峽烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)基地喜訊頻傳。以下是關(guān)于一系列投運(yùn)的科研成果：
國(guó)內(nèi)容量最大功率路由器示范工程投運(yùn)。作為國(guó)內(nèi)容量最大的功率路由器示范工程，本項(xiàng)目研制的功率路由器各端口容量合計(jì)12MW，該設(shè)備所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代，打破了國(guó)外在大功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。在直流變壓技術(shù)方面，本項(xiàng)目研制的IGCT直流變壓器中單個(gè)DAB功率模塊容量達(dá)1MW，相比于IGBT/SiC直流變壓器DAB模塊，容量提升10倍以上，成本和體積減少1/3以上；在直流故障保護(hù)方面，本項(xiàng)目基于國(guó)產(chǎn)逆阻型IGCT器件研制了新一代全固態(tài)故障電流控制器，實(shí)現(xiàn)百微秒開斷10kA短路電流、額定2kA電流工況下1.3V超低通態(tài)壓降，并配備了超快速過流自保護(hù)控制系統(tǒng)。
大規(guī)模新能源及儲(chǔ)能綜合仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)初步建成投入運(yùn)行。該平臺(tái)具備百萬千瓦級(jí)新能源及儲(chǔ)能裝備全電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真能力，首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、動(dòng)態(tài)模擬的高速實(shí)時(shí)通信和接口設(shè)計(jì)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)數(shù)字模型、實(shí)際控制保護(hù)裝置和儲(chǔ)能系統(tǒng)的跨平臺(tái)聯(lián)合仿真。國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、類型最豐富的儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)，涉及飛輪、全釩液流、超級(jí)電容、磷酸鐵鋰電池、固態(tài)鋰離子電池、鈉離子電池、水系鈉離子電池等七種儲(chǔ)能形式，可開展多類型控制保護(hù)裝置和儲(chǔ)能系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)。開發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)新能源并網(wǎng)仿真數(shù)字孿生系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源及儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)全景可觀可測(cè)可控的管控新模式。
兆瓦時(shí)級(jí)固態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用。本項(xiàng)目基于氧化物固態(tài)電解質(zhì)體系的原位固化固態(tài)電池技術(shù)，結(jié)合原子級(jí)鍵合技術(shù)、離子導(dǎo)電膜技術(shù)并配合新型電池裝備，提升了界面接觸及穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性，有效抑制了循環(huán)過程中電池的體積膨脹及SEI膜熱穩(wěn)定性。研發(fā)的本質(zhì)安全、長(zhǎng)壽命固態(tài)鋰離子電池，以期從根本上降低電池在失控后發(fā)生的起火、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)將電池的能量密度較傳統(tǒng)鉛酸電池提升4~5倍，電池使用壽命達(dá)到6000次以上，并通過電安全、機(jī)械安全、熱安全、環(huán)境安全等四個(gè)維度的極限測(cè)試，其安全性能遠(yuǎn)高于目前常規(guī)儲(chǔ)能電池。
兆瓦級(jí)直流耦合接入的鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行。本項(xiàng)目中混合儲(chǔ)能系統(tǒng)采用鋰離子電池和超級(jí)電容器以能量型和功率型儲(chǔ)能技術(shù)耦合互補(bǔ)的形式進(jìn)行應(yīng)用，整套系統(tǒng)由3個(gè)預(yù)制艙體組成，分別為0.5MW/1MWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)艙、1MW/0.1MWh超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)艙、1.5MW儲(chǔ)能變流器艙。其中鋰離子電池和超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)制艙內(nèi)分別配有直流匯流柜、電池/電容管理系統(tǒng)、本地能量管理系統(tǒng)、自動(dòng)消防系統(tǒng)、空調(diào)等設(shè)備。各儲(chǔ)能系統(tǒng)通過直流匯流柜接入相應(yīng)的儲(chǔ)能變流器，再分別接入功率路由器±750V直流母線，響應(yīng)園區(qū)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的削峰填谷或調(diào)頻調(diào)度指令。
鋰離子電池具有能量密度高、儲(chǔ)/釋能時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)削峰填谷；超級(jí)電容器具有功率密度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可參與電力系統(tǒng)一次調(diào)頻，同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。通過兩種儲(chǔ)能技術(shù)耦合及協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化，鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮性能互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，滿足電網(wǎng)不同層次需求，最大限度發(fā)揮儲(chǔ)能的作用。針對(duì)烏蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)試驗(yàn)基地中的交直流混合電網(wǎng)架構(gòu)，本項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)了將鋰離子電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)通過DC/DC設(shè)備直接在750V直流母線側(cè)進(jìn)行功率耦合，該接入方式可提高AC/DC并網(wǎng)逆變器的利用率，此外，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)既可以對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行功率支撐，又可以解決直流電網(wǎng)的功率突變和諧波問題。
國(guó)家首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備—飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)完成聯(lián)調(diào)。本飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模為1MW/15MJ，采取集裝箱式布置方式，飛輪儲(chǔ)能子系統(tǒng)由5臺(tái)200kW高速磁懸浮儲(chǔ)能飛輪單元及配套PCS等設(shè)備構(gòu)成。飛輪儲(chǔ)能單元采用了高速磁懸浮飛輪，該型號(hào)飛輪采用全球最先進(jìn)的五自由度主動(dòng)磁懸浮軸承體系。磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置由永磁同步電機(jī)（發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)）、飛輪轉(zhuǎn)子、磁懸浮軸承、電力電子功率變換器、控制系統(tǒng)及配套附件組成。飛輪在密閉的真空容器中處于無接觸的完全磁懸浮狀態(tài)，以每分鐘高達(dá)28000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)品充放電循環(huán)次數(shù)超過100萬次，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年。
依托烏蘭察布三峽新能源“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”項(xiàng)目，采用高速磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置，基于智慧能量管理系統(tǒng)，構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”架構(gòu)下以飛輪儲(chǔ)能矩陣構(gòu)成的MW級(jí)飛輪系統(tǒng)為主體，參與新能源電力系統(tǒng)的慣量和調(diào)頻支撐系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)首次快速響應(yīng)儲(chǔ)能聯(lián)合新能源提供慣量和調(diào)頻支撐。本項(xiàng)目對(duì)提升以新能源為主體的電力系統(tǒng)的靈活功率控制和平穩(wěn)運(yùn)行提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，具有重大戰(zhàn)略意義。
之后，三峽能源將持續(xù)推動(dòng)本項(xiàng)目高質(zhì)量實(shí)施，助力緩解供電缺口問題、大幅提升新能源就地開發(fā)利用水平、保持電價(jià)優(yōu)勢(shì)，并帶動(dòng)大數(shù)據(jù)、新能源、儲(chǔ)能、新材料等行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。一方面，緩解供電缺口問題。通過示范區(qū)方案實(shí)施，預(yù)計(jì)新增高峰時(shí)段供電能力約100萬千瓦，可以有效緩解目前烏蘭察布市缺電局面。探索示范通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、利用地區(qū)豐富的新能源來滿足電力需求的新模式。
同時(shí)進(jìn)一步提升新能源消納利用水平。新增新能源項(xiàng)目棄電率控制在5%以內(nèi)，可增加烏蘭察布就地新能源消納空間310萬千瓦左右，增加清潔能源年發(fā)電量97億千瓦時(shí)。
此外，還可以保持地區(qū)電價(jià)洼地。在不需要國(guó)家補(bǔ)貼的情況下，各示范項(xiàng)目電價(jià)水平均低于現(xiàn)有項(xiàng)目水平，為大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)園區(qū)等重要產(chǎn)業(yè)負(fù)荷提供經(jīng)濟(jì)、可靠的清潔電能，降低用電成本。將自治區(qū)的清潔能源資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為電價(jià)優(yōu)勢(shì)和綠色發(fā)展優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)自治區(qū)經(jīng)濟(jì)清潔低碳發(fā)展。
近幾年烏蘭察布用電需求增長(zhǎng)較快，新增電源相對(duì)較少，電力供應(yīng)存在缺口，“十四五”預(yù)計(jì)全網(wǎng)電力缺口將達(dá)260-730萬千瓦。利用烏蘭察布當(dāng)?shù)仫L(fēng)光資源，配套先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)，開展本地消納示范，不僅可以緩解當(dāng)?shù)仉娏θ笨趬毫?，提升新能源消納水平，而且對(duì)推動(dòng)儲(chǔ)能及新能源相關(guān)技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。
原標(biāo)題：五大技術(shù)創(chuàng)新，揭秘全球最大“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化項(xiàng)目
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