電網友好型新能源發電技術研究與示范應用

 2015年08月21日

加快可再生能源發展是國家能源結構調整的客觀要求，也是緩解環保壓力、應對氣候變化和實現可持續發展的必然選擇。作為我國乃至全球規模化可再生能源發電基地的典型代表，甘肅省近年來新能源發電規模不斷擴大，截至目前，甘肅省并網風電裝機容量1142萬千瓦，占全省總裝機的25.3%，甘肅省風電裝機容量位列全國第二，2014年全世界排名第六；甘肅省并網光電裝機容量578萬千瓦，占全省總裝機13.5%，甘肅省光電位列全國第一，2014年全世界排名第六；經過多年建設，甘肅酒泉已成為全世界集中并網規模居首的可再生能源基地。

與歐美國家分散式為主的發展模式不同，我國風能資源與用電市場逆向分布的特點突出，河西走廊已經成為全世界規模居首距離用電負荷中心最遠的新能源基地，風光電基地已經達到了主力電源的規模，卻不具備承擔相應責任的能力，與大規模風電基地規模相適應的關鍵技術缺失，不僅對現有電力系統運行管理模式提出了挑戰，也成為制約可再生能源持續穩定健康發展的關鍵因素。

針對新能源基地存在的可控性不足、多時空波動性和暫態支撐能力不足等一系列世界性難題，國網甘肅省電力公司牽頭承擔了國家863課題“電網友好型新能源發電技術研究與示范應用”，該課題依托甘肅酒泉地區干河口南北風電場對儲能提高風電場功率調節能力和暫態支撐能力進行了示范，驗證了能量型和功率型儲能在風電場穩態功率控制和暫態支撐中的作用，為儲能在電網友好型風電場中的應用提供了范例。課題主要完成單位有國網甘肅省電力公司、中國電力科學研究院、國網電力科學研究院、清華大學、上海交通大學和甘肅新泉風力發電有限公司，主要完成人有汪寧渤、李建林、陳梅、周識遠、喬穎、李征、王富文、馬彥宏、陳寧、田立亭、魯宗相、蔡旭、丁坤、韓旭杉、陳釗、靳丹、王定美、韓自奮、王明松。

一、主要技術內容及創新點

提出了電網友好型風電場的技術指標體系，研究了基于復合數據源的風電場功率預測技術、設備狀態監測和評估、功率型儲能裝置提高風電場可調性能等關鍵技術，開發了功率預測系統及一體化綜合監控平臺。在魯能干河口48MW風電場升壓站裝設了1MW/1MWh鋰離子電池儲能系統，在3臺風電機組變頻器直流母線安裝了300kW超級電容儲能系統，完成了綜合示范應用。

課題圍繞大規模風電的友好接入及與電網互動的關鍵問題，在智能電網的發展框架下，建設電網友好型風電場，實現了風電場的功率精確預測和實時狀態監測（可測）、有功／無功功率的主動控制（可控）、對電網調度需求的響應（可調）以及對電網擾動的短時間支撐（暫態支撐），協調風電與電網的安全穩定運行，提高了大規模間歇式新能源電源并網的技術性能，在源端成功解決風電并網的技術難題，為實現我國電力和能源的健康可持續發展奠定了技術基礎。

二、課題實施效果

課題自2012年歷時啟動以來，獲實用新型專利等9項，發表論文14篇，獲得軟件著作權11項，編寫技術標準2項，出版專著1本，超額完成了課題任務書規定的考核指標。

歷經三年的技術攻關與示范工程建設，攻克了風電場可監測、可預測、可控制、可調度和暫態支撐關鍵技術難題，研發了具有自主知識產權的系統和裝置，建立了相關標準規范體系，建設了電網友好型風電場示范工程，首次實現了將超級電容用于提高風電機組可控性，風電機組低電壓耐受、暫態支撐等性能指標達到了國際領先水平。

系統投運以后，緩解了風電送出能力不足的矛盾，魯能干河口年減少棄風棄光電量5%，創造了較好的經濟效益和社會效益。建設了風電場一體化監控平臺，實現了風電場風電機組、升壓站、電池儲能和超級電容等系統的靜態動態信息完整展示與控制，實現了風電場與電網運行信息的公開、透明、互動，促進了電網、新能源電站朝著友好互動的方向發展。示范風電場具有典型的示范意義，相關的關鍵技術不僅可以應用于大型新能源基地已建風場的改造，也可為新建新能源電站提供借鑒參考范本。

三、發展與展望

隨著社會經濟的發展，環境污染、氣候變化、能源安全等問題日益突出，可再生能源發電規模化利用為特征的能源變革正在世界范圍內蓬勃興起，歐盟和美國分別提出到2050年實現100%可再生能源電力系統的愿景，可再生能源發電規模化利用關鍵技術成為未來國際競爭焦點。甘肅地處我國可再生能源發電基地群的核心樞紐地帶，是我國乃至全球規模化可再生能源發電基地的典型代表，研究成果不僅有助于提高我國可再生能源技術水平，同時有助于提高我國可再生能源技術的國際競爭力。