2020年10月，三峽能源內蒙古烏蘭察布“源網荷儲”一體化綜合應用示范基地啟動。該項目是全國首個“源網荷儲”一體化項目，國內首個儲能配置規(guī)模達到千兆瓦時的新能源場站，也是全球規(guī)模最大的“源網荷儲”一體化示范項目。項目總裝機容量300萬千瓦，包括新一代電網友好綠色電站、源網荷儲一體化綠色供電示范兩個子項目。
其中，新一代電網友好綠色電站示范項目位于內蒙古烏蘭察布市四子王旗境內，項目建設規(guī)模200萬千瓦，含風電170萬千瓦，光伏30萬千瓦，配套建設55萬千瓦×2小時儲能，以風光互補保障電力供應。
項目分三期建設，共建設四座升壓儲能一體化站和一個智慧聯(lián)合集控中心。目前一期50萬千瓦已于2021年12月31日風光全容量并網發(fā)電，其中風電42.5萬千瓦，光伏7.5萬千瓦。一期配置14萬千瓦×2小時儲能，現(xiàn)在已調試完畢，并網檢測結束，等待并網。二三期計劃6月開工，年底全容量并網，項目建成后，年發(fā)電量將達到近64億千瓦時。
該項目EPC建設由中國電力建設工程咨詢有限公司聯(lián)合體中標，聯(lián)合體包括電力規(guī)劃總院有限公司、上?？睖y設計研究院有限公司、中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，天津電建負責施工建設，中標價格為100億元。
項目充分就地開發(fā)利用優(yōu)質新能源資源，打造電網友好型電源。投運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)負荷供電需要;不占用電網消納空間，控制棄電率低于5%。同時，該項目是國內甚至全球最大的單體儲能配置項目，項目通過優(yōu)化儲能容量設計和運行模式，示范不同技術路線的儲能技術，開發(fā)適合風光儲聯(lián)合運行的預測預報、調度運行及智能控制技術和策略，實現(xiàn)新能源高效消納利用，降低公網調峰和容量支撐壓力，確保項目的技術優(yōu)化和經濟可行。
源網荷儲一體化綠色供電示范項目將在商都縣、化德縣吉慶區(qū)域建設2個50萬千瓦風電項目，在負荷側與電源側各配套15萬千瓦/2小時儲能設施，通過專線向化德縣工業(yè)園區(qū)負荷供電。項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，中國電力科學研究院新能源研究中心順利完成烏蘭察布新一代電網友好綠色電站示范項目儲能系統(tǒng)現(xiàn)場低電壓穿越、高電壓穿越和電網適應性測試工作。這標志著全球規(guī)模最大“源網荷儲”一體化示范項目并網性能現(xiàn)場測試工作全面完成，為項目投運后的安全穩(wěn)定運行保駕護航。
據了解，“源-網-荷-儲”項目是一種包含“電源、電網、負荷、儲能”整體解決方案的運營模式，可精確控制用電負荷和儲能資源，解決清潔能源消納及其產生的電網波動性等問題。
隨著構建新型電力系統(tǒng)步伐加快，以風電、光伏為代表的新能源在能源系統(tǒng)結構中比重不斷提升，但其波動性、間歇性和隨機性特點也給電網安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。“源網荷儲”一體化模式提出“電源、電網、負荷、儲能”整體解決方案，促進供需兩側精準匹配，有效解決清潔能源消納及其產生的電網波動性等問題，提高電力系統(tǒng)綜合效率。
作為三峽集團新能源業(yè)務的戰(zhàn)略實施主體，三峽能源聯(lián)合電力規(guī)劃總院、內蒙古電力公司等單位，推動三峽烏蘭察布“源網荷儲”一體化示范項目落地，成為行業(yè)內首個“吃螃蟹”的企業(yè)，創(chuàng)造了可復制可推廣的開發(fā)新模式。2020年，該項目榮獲中國能源創(chuàng)新項目獎。
作為全國最早實施且規(guī)模最大的源網荷儲一體化項目，三峽能源烏蘭察布項目從項目設計方案、運行模式到多種技術融合發(fā)展，都將為雙碳目標下的我國新能源發(fā)展探索源網荷儲這一模式提供極具價值的參考意義。
5月的光伏區(qū)一派繁忙的“種草”場面
擺脫“靠天吃飯”，配置GWh儲能平滑
眾所周知，風光發(fā)電都是“看天吃飯”。由于風力發(fā)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，在風小、沒風或陰天時，利用儲能技術可以讓電網負荷保持穩(wěn)定，風光出力大時或者用電低谷時充電，風光出力小或者用電高峰時放電。
儲能技術既能平滑不穩(wěn)定的光伏發(fā)電和風電，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)運行提供調峰調頻等輔助服務，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
烏蘭察布“源網荷儲”綠色電站項目以儲能等新技術為突破口，通過“風光儲”聯(lián)合優(yōu)化調度運行，可有效解決電力系統(tǒng)綜合效率不高、“源網荷儲”各環(huán)節(jié)協(xié)調不夠、各類電源互補互濟不足等問題，是推動實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的生動范例。
項目一期工程利用磷酸鐵鋰電池儲能技術，共建設86個儲能電池倉，一個倉11簇電池，每簇26個電池組，每組14個電池芯。這些電池倉可以儲存電量28萬千瓦時，相當于12727輛新能源汽車的儲電量。據了解，在二期、三期工程建設中，作為儲能領域的深耕者，總承包方中國能建還將示范應用多種非鋰電池新型儲能技術，全面促進儲能產業(yè)的科技創(chuàng)新。
此外，為了實現(xiàn)各種新能源資源的科學分配，中國能建開發(fā)了智慧集控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過功率預測、人工智能技術及先進監(jiān)測控制技術，實現(xiàn)了風、光、儲協(xié)同優(yōu)化、智能高效運行，同時通過優(yōu)化儲能容量設計和運行模式，有力保障新能源高效消納利用，有效降低主網調峰和容量支撐壓力。
項目三期工程投運后，將有效提升當地電力系統(tǒng)綜合效率，強化源網荷儲各環(huán)節(jié)的協(xié)調互動，同時解決新能源就地消納、地區(qū)缺電等問題，對我國不斷探索電網側儲能和綠色電力直供等新模式、持續(xù)推進“新能源+儲能”應用具有重要示范意義。
成立烏蘭察布“源網荷儲”技術研發(fā)試驗基地
為了落實碳達峰、碳中和目標任務以及更好的建設烏蘭察布“源網荷儲”項目。自2020年起，三峽集團投資6億元聯(lián)合中國科學院、清華大學、華北電力大學等20余所國內頂尖科研機構和院校，建設集研發(fā)、實證、應用為一體，產、學、研、用深度融合的源網荷儲技術研發(fā)試驗基地，為新型電力系統(tǒng)綜合效率不高、各類電源互補互濟不足等問題帶來新的解決方案。
試驗基地按照“源網荷儲”一體化架構總體設計，以“儲”為核，規(guī)劃建設壓縮空氣儲能、鈉離子電池數字儲能、水系鈉離子電池儲能、固態(tài)電池儲能、飛輪儲能、液流電池儲能、鋰離子電池/超級電容器混合儲能等13個重點示范項目以及大規(guī)模新能源接入仿真驗證實驗室、儲能檢測實驗室等2個行業(yè)領先實驗室。
烏蘭察布“源網荷儲”試驗基地目前已經創(chuàng)造了多個“國內之最”和“行業(yè)首次”紀錄。包括“源網荷儲一體化”功率路由器示范工程、大規(guī)模新能源及儲能綜合仿真與實驗平臺、兆瓦時級固態(tài)鋰離子電池儲能關鍵技術及工程應用、兆瓦級直流耦合接入的鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)和飛輪儲能系統(tǒng)等。
三峽科研院院長孫長平表示，該試驗基地將科研、實證和應用三者結合在一起，旨在驗證新一代的儲能技術，同時也致力于推動電力系統(tǒng)所需要的規(guī)模化儲能技術的發(fā)展。
試驗基地5大技術創(chuàng)新與成果
近日，三峽烏蘭察布“源網荷儲”技術研發(fā)試驗基地喜訊頻傳。以下是關于一系列投運的科研成果：
國內容量最大功率路由器示范工程投運。作為國內容量最大的功率路由器示范工程，本項目研制的功率路由器各端口容量合計12MW，該設備所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均實現(xiàn)了國產化替代，打破了國外在大功率半導體領域的技術壁壘。在直流變壓技術方面，本項目研制的IGCT直流變壓器中單個DAB功率模塊容量達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;在直流故障保護方面，本項目基于國產逆阻型IGCT器件研制了新一代全固態(tài)故障電流控制器，實現(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控制系統(tǒng)。
大規(guī)模新能源及儲能綜合仿真與實驗平臺初步建成投入運行。該平臺具備百萬千瓦級新能源及儲能裝備全電磁暫態(tài)實時數字仿真和半實物仿真能力，首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、動態(tài)模擬的高速實時通信和接口設計技術，可實現(xiàn)電磁暫態(tài)數字模型、實際控制保護裝置和儲能系統(tǒng)的跨平臺聯(lián)合仿真。國內規(guī)模最大、類型最豐富的儲能系統(tǒng)動態(tài)模擬平臺，涉及飛輪、全釩液流、超級電容、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能形式，可開展多類型控制保護裝置和儲能系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真試驗。開發(fā)了國內首個新能源并網仿真數字孿生系統(tǒng)，可實現(xiàn)大規(guī)模新能源及儲能系統(tǒng)綜合仿真與實驗平臺全景可觀可測可控的管控新模式。
兆瓦時級固態(tài)鋰離子電池儲能關鍵技術及工程應用。本項目基于氧化物固態(tài)電解質體系的原位固化固態(tài)電池技術，結合原子級鍵合技術、離子導電膜技術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)的本質安全、長壽命固態(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、爆炸風險，同時將電池的能量密度較傳統(tǒng)鉛酸電池提升4~5倍，電池使用壽命達到6000次以上，并通過電安全、機械安全、熱安全、環(huán)境安全等四個維度的極限測試，其安全性能遠高于目前常規(guī)儲能電池。
兆瓦級直流耦合接入的鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)并網運行。本項目中混合儲能系統(tǒng)采用鋰離子電池和超級電容器以能量型和功率型儲能技術耦合互補的形式進行應用，整套系統(tǒng)由3個預制艙體組成，分別為0.5MW/1MWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)艙、1MW/0.1MWh超級電容器儲能系統(tǒng)艙、1.5MW儲能變流器艙。其中鋰離子電池和超級電容器儲能系統(tǒng)預制艙內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)、自動消防系統(tǒng)、空調等設備。各儲能系統(tǒng)通過直流匯流柜接入相應的儲能變流器，再分別接入功率路由器±750V直流母線，響應園區(qū)能量管理系統(tǒng)下發(fā)的削峰填谷或調頻調度指令。
鋰離子電池具有能量密度高、儲/釋能時間長等特點，可用于實現(xiàn)削峰填谷;超級電容器具有功率密度高、響應速度快、壽命長等特點，可參與電力系統(tǒng)一次調頻，同時延長電池使用壽命。通過兩種儲能技術耦合及協(xié)調控制策略優(yōu)化，鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮性能互補優(yōu)勢，滿足電網不同層次需求，最大限度發(fā)揮儲能的作用。針對烏蘭察布源網荷儲試驗基地中的交直流混合電網架構，本項目首次實現(xiàn)了將鋰離子電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)通過DC/DC設備直接在750V直流母線側進行功率耦合，該接入方式可提高AC/DC并網逆變器的利用率，此外，混合儲能系統(tǒng)既可以對交流電網進行功率支撐，又可以解決直流電網的功率突變和諧波問題。
國家首臺(套)重大技術裝備—飛輪儲能系統(tǒng)完成聯(lián)調。本飛輪儲能系統(tǒng)規(guī)模為1MW/15MJ，采取集裝箱式布置方式，飛輪儲能子系統(tǒng)由5臺200kW高速磁懸浮儲能飛輪單元及配套PCS等設備構成。飛輪儲能單元采用了高速磁懸浮飛輪，該型號飛輪采用全球最先進的五自由度主動磁懸浮軸承體系。磁懸浮飛輪儲能裝置由永磁同步電機(發(fā)電機/電動機)、飛輪轉子、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28000轉的轉速高速旋轉，產品充放電循環(huán)次數超過100萬次，使用壽命長達20年。
依托烏蘭察布三峽新能源“源網荷儲一體化”項目，采用高速磁懸浮飛輪儲能裝置，基于智慧能量管理系統(tǒng)，構建“源網荷儲一體化”架構下以飛輪儲能矩陣構成的MW級飛輪系統(tǒng)為主體，參與新能源電力系統(tǒng)的慣量和調頻支撐系統(tǒng)，為國內首次快速響應儲能聯(lián)合新能源提供慣量和調頻支撐。本項目對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)運行提供關鍵技術參數，具有重大戰(zhàn)略意義。
之后，三峽能源將持續(xù)推動本項目高質量實施，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、保持電價優(yōu)勢，并帶動大數據、新能源、儲能、新材料等行業(yè)全產業(yè)鏈發(fā)展。一方面，緩解供電缺口問題。通過示范區(qū)方案實施，預計新增高峰時段供電能力約100萬千瓦，可以有效緩解目前烏蘭察布市缺電局面。探索示范通過源網荷儲一體化、利用地區(qū)豐富的新能源來滿足電力需求的新模式。
同時進一步提升新能源消納利用水平。新增新能源項目棄電率控制在5%以內，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。
此外，還可以保持地區(qū)電價洼地。在不需要國家補貼的情況下，各示范項目電價水平均低于現(xiàn)有項目水平，為大數據中心、工業(yè)園區(qū)等重要產業(yè)負荷提供經濟、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)勢轉化為電價優(yōu)勢和綠色發(fā)展優(yōu)勢，推動自治區(qū)經濟清潔低碳發(fā)展。
近幾年烏蘭察布用電需求增長較快，新增電源相對較少，電力供應存在缺口，“十四五”預計全網電力缺口將達260-730萬千瓦。利用烏蘭察布當地風光資源，配套先進儲能技術，開展本地消納示范，不僅可以緩解當地電力缺口壓力，提升新能源消納水平，而且對推動儲能及新能源相關技術革命，實現(xiàn)新能源產業(yè)升級和創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。
