國家風光儲輸示范項目 試驗效應顯著

　　2009年，作為財政部、科技部、國家能源局及國家電網公司聯合推出的“金太陽工程”首個重點項目，同時也是國網公司建設堅強智能電網首批重點工程中唯一的電源項目，總投資100億元的國家風光儲輸示范工程落戶張北。
　　
　　在2010年開建的一期工程中，工程一期建設規模為風電9.8兆瓦、光伏發電4兆瓦、儲能2兆瓦，去年年底完成二期，建設規模改為風電40萬千瓦、光伏發電6萬千瓦、儲能5萬千瓦。
　　
　　6年過去，筆者在光伏、風機和儲能的建設和運營中發現，有些經驗比較可靠并可以推廣。
　　
　　風光儲的“亮點”
　　
　　國家風光儲輸示范工程自2011年12月25日投運以來，已安全穩定運行近5年，累計輸出優質、安全綠色電能超過16.5億千瓦時。試驗示范效應顯著、集成創新亮點十足。
　　
　　在科技創新上，依托示范工程，已牽頭編寫國家標準4項，發布國家電網公司企業標準6項;國家科技支撐計劃7大課題全部通過國家科技部正式驗收、2項國家863科技項目在現場完成試驗測試。
　　
　　在儲能示范上，開國內規?；娏δ艿南群印Ｊ痉稇昧肆姿徼F鋰電池、鈦酸鋰電池、全釩液流電池、鉛炭電池、超級電容等多種技術路線。
　　
　　盡管在工程初期，面臨造價高昂、技術儲備缺乏、無標準等諸多困難，電站和廠家積極配合攻關，從電池成組方案、BMS、EMS管理系統、廠房設計、安全運行等多個方面開創了大規模儲能的應用實踐。
　　
　　通過近五年發展，證實電池儲能的技術可行性，使得電池儲能造價大幅降低，已接近盈虧平衡點，隨著國家政策的推出，已可以預見規模儲能的迅猛發展即將來臨。
　　
　　為解決新能源所帶來的暫態穩定和調頻等一系列問題，國家風光儲輸示范電站正在開展新能源的虛擬同步發電機實驗研究，通過對新能源發電設備的控制，模擬傳統火力發電機的慣量支撐、一次調頻等能力，來提供電網的穩定支撐。同時，為進一步示范物理儲能的多項技術，也在開展壓縮空氣儲能等相關建設。
　　
　　總之，作為新能源開發的國家名片，張北國家風光儲輸示范工程正在利用本身的各種優勢，在國家電網的統籌安排下，為國家新能源建設提供新的活力。
　　
　　削弱出力“毛刺”
　　
　　儲能的最重要功能，是平滑風光出力波動，并提升整體電站的輸出控制水平，使其更適應網源友好的要求。
　　
　　在風機、光伏出力波動頻繁時，通過投入適量儲能裝置，可削弱風光出力“毛刺”，實現多時間尺度的出力平滑，保證了電源輸出的穩定。在這樣的系統中，可以以波動率為控制目標，發揮儲能系統的靈活性，可在指定時間尺度、指定波動范圍內調節風光儲聯合出力，解決可再生能源的波動性和隨機性。
　　
　　在張北風光儲項目剛開始的2010年或者2011年，當時最擔心的問題主要是有關電池的一致性問題和持續性問題——能否通過集成技術，安全地把這些電池歸集在一起。如果不均一，在成組以后可能會帶來比較大的壽命衰減，或者安全上的風險。
　　
　　當時，各個電池廠家對這個事情也沒有準備，只能邊干邊做，花了很多時間和精力來做研發。直到2012年電動汽車大爆發，企業把儲能技術很快的轉過去，獲得了很好的效果。同時在風光儲上，通過這幾年的運營，電池廠家在這方面已經有了很大的進步。
　　
　　從理論上看，風和光有互補的特性，但實際上，這個特性只是一個大概率事件，并不意味著每天晚上和每天白天都可以實現完美的互補。同時，還要考慮自然條件的因素，比如在多云、陰天、晴天等不同天氣條件之下，出力波動其實很大。一個電站是10萬千瓦，在每天的波動來講，尤其光伏在瞬間2～5分鐘之內波動50%、60%是非常正常的。
　　
　　實際上，風和光的波動性是自然秉性，如果要實現全額消納，電網或者負荷必須能承受這種波動。如果讓電網來承受的話，那就必須要有相應的能源來彌補，或者一個大的電網來吸收掉，這也是特高壓的意義所在——在一個很大的電網里面，單個電站的波動，可以通過整個電網消納來解決，網做的越大、對新能源的接納就越好。
　　
　　事實上，限風或限光并非一定全是壞事，從社會整體的層面看，百分之百的消納從社會經濟角度上未必是合理的。因為試運營情況來看，無論是光伏還是風電來說，滿發的一年里面也就僅有幾天。但如果要做到全功率的消納，電壓等級要非常高，通道建設非常寬，這個成本總要有人承接。
　　
　　如果讓電網來承接的話，后果就是要花很多的錢去建通道，這從整體的效益看并非最優選擇。因此，在有些情況適當限負荷是可行的，而儲能就在其中發揮了重要的作用。
　　
　　獲取附加收益
　　
　　其次，儲能還可以跟蹤調度計劃出力。
　　
　　儲能系統根據調度下達的出力計劃，選擇匹配的組態運行方式，實時填補計劃值與實際值的差額，實現風光儲多組態聯合出力實時跟蹤計劃值，滿足調度要求實現了可再生能源發電的可預測、可控制、可調度。也就是說，利用儲能吸收富余的電能，有效避免棄風、棄光，提高風機、光伏資源的可利用率。
　　
　　而提高利用率很大的意義在于實現隱形收益。
　　
　　對于風光儲能工程而言，現在也有一些相應得到收益的途徑，比如說調頻、調峰，還有最關鍵的時候對AGC的一些貢獻。從整體工程來說，以前人們的關注點主要還是基建過程，所以對這些附加服務沒有過多的關注。但經過簡單測算，如果要利用儲能吸收富余的電能，每年實現的收益可以達到上千萬。相對十幾個億的發電，幾百萬的收入并不是很大，但不應被忽視。
　　
　　技術好，政策更要好
　　
　　在有關重點儲能的應用情況中，目前比較傳統的鋰電池，全釩液流電池、鉛酸電池、鈦酸鋰電池、超級電容都做了示范運行。而在大型的集中監控中，最大的問題就是既要保證響應，又保證所有電池的狀態可控，即安全問題。
　　
　　在梯次利用技術方面，其主要針對退役的電動大巴動力電池，經過篩選、檢測、重組等梯次利用技術環節，以適合規模化儲能電站的拓撲方式重新整合，實現電池梯次利用的目的。未來，這種技術降低系統整體成本，引導電池產業上下游的重新設計與定位，有望形成新的產業鏈。
　　
　　在儲能技術方面，目前對于到底是物理儲能好還是化學儲能好的爭議仍然非常多。從度電成本的角度看，鋰電池是可行的，這種技術仍然處于示范性的工程應用之中。
　　
　　而虛擬同步機技術，主要是滿足10秒內抑制頻率變化率的能力。也就是說，如果長時間不穩定，無論使用煤電也好，燃氣，傳統的發電，傳統抽水蓄能，都可以解決問題，但如果只有十幾秒鐘或者十幾分鐘的不穩定，這種技術就可以發揮較大的作用。無論對于光伏還是儲能，加一個比較短的儲備，在電網一旦發生穩定問題時，通過其提供調度周期，這樣不僅成本較低，也能為電網穩定發揮作用。
　　
　　無論是成本還是效率，儲能都有一定壓力，因為其真正的意義取決于價值，并不是取決于技術本身成熟度。當前，儲能電站的度電成本現在鋰電池0.6～0.7元/度，再過幾年可能更低，儲能在更多的場合將開始盈利。成本降低了，更重要的是政策配合。去年以來，我國陸續出臺多項支持儲能發展政策，這些政策配合目前的低成本，讓我們基本看到了商業化運行的可能性。