7月27日凌晨3時許,位于江蘇省鹽城市射陽鹽場的鹽阜銀寶新能源有限公司射陽風(fēng)電場,三臺風(fēng)機佇立在漆黑的夜里,巨大的葉片在一束強光照射下拉出長長的拖影。
“50千瓦,100千瓦,200千瓦,300千瓦!成功!”風(fēng)機旁,十幾雙眼睛緊緊盯住一臺錄波器,從細語低喃到欣喜宣布,國內(nèi)首次風(fēng)電黑啟動試驗圓滿完成。馭“風(fēng)”點“火”,在這里得到驗證。
電網(wǎng)黑啟動的新選擇
黑啟動,是指電力系統(tǒng)在因重大自然災(zāi)害等突發(fā)情況下全停時,利用系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動能力的電源或系統(tǒng)外電源,逐步恢復(fù)系統(tǒng)運行和有序供電的過程,是電網(wǎng)遭遇最極端情況時“重啟”的方式。對電網(wǎng)系統(tǒng)而言,黑啟動是“終極大考”。
傳統(tǒng)黑啟動電源一般選擇水電機組和燃氣輪機,優(yōu)先啟動大型燃煤機組和主電網(wǎng),然后再逐步恢復(fù)配電網(wǎng),按電壓等級實現(xiàn)電網(wǎng)從上至下恢復(fù)。但在枯水期和水資源匱乏的地區(qū),調(diào)“水”為“電”難解燃眉之急,而燃氣輪機則存在“戰(zhàn)備”維護費用高等問題,對于最高用電負荷過億千瓦的江蘇電網(wǎng)來說,黑啟動電源點和手段都顯薄弱,尤其是蘇北地區(qū)并不具備水電條件。
目前,江蘇電網(wǎng)共有位于蘇南的沙河、宜興兩個抽水蓄能電站,以及徐州蘇北燃氣電站三個較為成熟的黑啟動電源。而在用電需求持續(xù)旺盛、電網(wǎng)安全壓力增大的形勢下,亟須尋找新的黑啟動手段?!敖K省風(fēng)電裝機容量已達589萬千瓦,在沿海省份中居首位,這是我們開展風(fēng)電黑啟動試驗的基礎(chǔ)條件?!眹W(wǎng)江蘇省電力公司電力調(diào)度控制中心水電及新能源處雷震處長說,“如果能利用風(fēng)電機組的自啟動能力,將蘇北沿海地區(qū)豐富的風(fēng)電資源轉(zhuǎn)化為黑啟動的“星星之火”,那么對蘇北電網(wǎng)快速恢復(fù)供電并支援全省尤其是蘇南負荷中心而言,具有重要意義?!?/p>
“本次試驗分為外部配置電源帶動單臺風(fēng)機自啟動、多臺風(fēng)機并網(wǎng)、啟動等效燃煤機組輔機負荷三個階段?!本唧w承擔(dān)試驗組織工作的江蘇方天電力技術(shù)有限公司電氣技術(shù)中心副主任李辰龍將這三個階段比喻成“星火”“助燃”和“火炬”,“最終可以‘燎原’!”
“風(fēng)”“火”互聯(lián)的新方式
7月26日20時30分,經(jīng)過7個小時的耐心等待,風(fēng)電場實測風(fēng)速達到6米/秒的試驗條件,作為外部配置電源的柴油發(fā)電機立刻發(fā)出轟鳴聲,經(jīng)零起升壓、線路空充、建立孤網(wǎng),首臺風(fēng)機啟動,葉片開始緩緩旋轉(zhuǎn)。
在“助燃”階段,受現(xiàn)場條件限制,試驗遭遇諸多難題?!岸嗯_風(fēng)機并網(wǎng)時,孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動超過±1.5赫茲,電壓變化范圍超過10%,如何維持系統(tǒng)平衡,是此次試驗成敗的關(guān)鍵?!崩畛烬埥榻B,試驗項目組根據(jù)預(yù)案,通過增大系統(tǒng)容量、調(diào)整負荷功率因數(shù)等措施,迅速將系統(tǒng)頻率和電壓控制在允許范圍內(nèi),同時提高風(fēng)機功率輸出,有效彌補系統(tǒng)功率缺額,始終保持孤網(wǎng)可控。
試驗持續(xù)近3個小時,由3臺風(fēng)機組成的孤網(wǎng)實現(xiàn)無同步電源自平衡,最大輸出功率達1200千瓦?!斑@一輸出可帶動燃煤機組的輔機啟動運行,進而帶動發(fā)電企業(yè)廠用電和主設(shè)備,點燃‘火炬’?!崩畛烬埥榻B,按鹽阜銀寶射陽風(fēng)電場裝機容量100兆瓦計,該風(fēng)電場可啟動1臺百萬千瓦的燃煤火電機組。
“如果風(fēng)力等條件理想,風(fēng)電場黑啟動數(shù)小時就能完成。蘇北沿海同等規(guī)模風(fēng)電場有十余座,如均具備黑啟動能力,半天內(nèi)即可恢復(fù)局部地區(qū)供電?!苯K方天電力技術(shù)有限公司副總經(jīng)理、總工程師翟學(xué)鋒說。隨著風(fēng)光儲一體化的發(fā)展,未來還可嘗試在風(fēng)電場就地建設(shè)儲能設(shè)備代替柴油發(fā)電機,利用黑啟動作為風(fēng)機的啟動電源,進一步挖掘清潔能源的發(fā)展和應(yīng)用潛力。
據(jù)研究,風(fēng)電資源和水電資源在我國地理分布上呈現(xiàn)良好的互補特性,風(fēng)電作為黑啟動電源,既能作為傳統(tǒng)水電黑啟動電源的有益補充,又能在電網(wǎng)遭遇極端情況時提供新的啟動方法。
“本次試驗的成功為江蘇電網(wǎng)黑啟動電源點增加了備選方案,也為我國提高電網(wǎng)安全運行水平提供了新思路?!睎|南大學(xué)電氣學(xué)院湯奕副教授說,試驗中獲取的實際數(shù)據(jù)還為風(fēng)電機組動態(tài)特性研究提供了基礎(chǔ)資料。