2009年，作為財政部、科技部、國家能源局及國家電網(wǎng)公司聯(lián)合推出的“金太陽工程”首個重點項目，同時也是國網(wǎng)公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)首批重點工程中唯一的電源項目，總投資100億元的國家風(fēng)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(shè)規(guī)模為風(fēng)電9.8兆瓦、光伏發(fā)電4兆瓦、儲能2兆瓦，去年年底完成二期，建設(shè)規(guī)模改為風(fēng)電40萬千瓦、光伏發(fā)電6萬千瓦、儲能5萬千瓦。
6年過去，筆者在光伏、風(fēng)機和儲能的建設(shè)和運營中發(fā)現(xiàn)，有些經(jīng)驗比較可靠并可以推廣。
風(fēng)光儲的“亮點”
國家風(fēng)光儲輸示范工程自2011年12月25日投運以來，已安全穩(wěn)定運行近5年，累計輸出優(yōu)質(zhì)、安全綠色電能超過16.5億千瓦時。試驗示范效應(yīng)顯著、集成創(chuàng)新亮點十足。
在科技創(chuàng)新上，依托示范工程，已牽頭編寫國家標(biāo)準(zhǔn)4項，發(fā)布國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)場完成試驗測試。
在儲能示范上，開國內(nèi)規(guī)模化電力儲能的先河。示范應(yīng)用了磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池、全釩液流電池、鉛炭電池、超級電容等多種技術(shù)路線。盡管在工程初期，面臨造價高昂、技術(shù)儲備缺乏、無標(biāo)準(zhǔn)等諸多困難，電站和廠家積極配合攻關(guān)，從電池成組方案、BMS、EMS管理系統(tǒng)、廠房設(shè)計、安全運行等多個方面開創(chuàng)了大規(guī)模儲能的應(yīng)用實踐。通過近五年發(fā)展，證實電池儲能的技術(shù)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(yù)見規(guī)模儲能的迅猛發(fā)展即將來臨。
為解決新能源所帶來的暫態(tài)穩(wěn)定和調(diào)頻等一系列問題，國家風(fēng)光儲輸示范電站正在開展新能源的虛擬同步發(fā)電機實驗研究，通過對新能源發(fā)電設(shè)備的控制，模擬傳統(tǒng)火力發(fā)電機的慣量支撐、一次調(diào)頻等能力，來提供電網(wǎng)的穩(wěn)定支撐。同時，為進一步示范物理儲能的多項技術(shù)，也在開展壓縮空氣儲能等相關(guān)建設(shè)?？傊鳛樾履茉撮_發(fā)的國家名片，張北國家風(fēng)光儲輸示范工程正在利用本身的各種優(yōu)勢，在國家電網(wǎng)的統(tǒng)籌安排下，為國家新能源建設(shè)提供新的活力。
削弱出力“毛刺”
儲能的最重要功能，是平滑風(fēng)光出力波動，并提升整體電站的輸出控制水平，使其更適應(yīng)網(wǎng)源友好的要求。
在風(fēng)機、光伏出力波動頻繁時，通過投入適量儲能裝置，可削弱風(fēng)光出力“毛刺”，實現(xiàn)多時間尺度的出力平滑，保證了電源輸出的穩(wěn)定。在這樣的系統(tǒng)中，可以以波動率為控制目標(biāo)，發(fā)揮儲能系統(tǒng)的靈活性，可在指定時間尺度、指定波動范圍內(nèi)調(diào)節(jié)風(fēng)光儲聯(lián)合出力，解決可再生能源的波動性和隨機性。
在張北風(fēng)光儲項目剛開始的2010年或者2011年，當(dāng)時最擔(dān)心的問題主要是有關(guān)電池的一致性問題和持續(xù)性問題——能否通過集成技術(shù)，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(fēng)險。
當(dāng)時，各個電池廠家對這個事情也沒有準(zhǔn)備，只能邊干邊做，花了很多時間和精力來做研發(fā)。直到2012年電動汽車大爆發(fā)，企業(yè)把儲能技術(shù)很快的轉(zhuǎn)過去，獲得了很好的效果。同時在風(fēng)光儲上，通過這幾年的運營，電池廠家在這方面已經(jīng)有了很大的進步。
從理論上看，風(fēng)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(xiàn)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(nèi)波動50%、 60%是非常正常的。
實際上，風(fēng)和光的波動性是自然秉性，如果要實現(xiàn)全額消納，電網(wǎng)或者負(fù)荷必須能承受這種波動。如果讓電網(wǎng)來承受的話，那就必須要有相應(yīng)的能源來彌補，或者一個大的電網(wǎng)來吸收掉，這也是特高壓的意義所在——在一個很大的電網(wǎng)里面，單個電站的波動，可以通過整個電網(wǎng)消納來解決，網(wǎng)做的越大、對新能源的接納就越好。
事實上，限風(fēng)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(jīng)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(fēng)電來說，滿發(fā)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(shè)非常寬，這個成本總要有人承接。如果讓電網(wǎng)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(yōu)選擇。因此，在有些情況適當(dāng)限負(fù)荷是可行的，而儲能就在其中發(fā)揮了重要的作用。
獲取附加收益
其次，儲能還可以跟蹤調(diào)度計劃出力。
儲能系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度下達的出力計劃，選擇匹配的組態(tài)運行方式，實時填補計劃值與實際值的差額，實現(xiàn)風(fēng)光儲多組態(tài)聯(lián)合出力實時跟蹤計劃值，滿足調(diào)度要求實現(xiàn)了可再生能源發(fā)電的可預(yù)測、可控制、可調(diào)度。也就是說，利用儲能吸收富余的電能，有效避免棄風(fēng)、棄光，提高風(fēng)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(xiàn)隱形收益。
對于風(fēng)光儲能工程而言，現(xiàn)在也有一些相應(yīng)得到收益的途徑，比如說調(diào)頻、調(diào)峰，還有最關(guān)鍵的時候?qū)GC的一些貢獻。從整體工程來說，以前人們的關(guān)注點主要還是基建過程，所以對這些附加服務(wù)沒有過多的關(guān)注。但經(jīng)過簡單測算，如果要利用儲能吸收富余的電能，每年實現(xiàn)的收益可以達到上千萬。相對十幾個億的發(fā)電，幾百萬的收入并不是很大，但不應(yīng)被忽視。
技術(shù)好，政策更要好
在有關(guān)重點儲能的應(yīng)用情況中，目前比較傳統(tǒng)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(jiān)控中，最大的問題就是既要保證響應(yīng)，又保證所有電池的狀態(tài)可控，即安全問題。
在梯次利用技術(shù)方面，其主要針對退役的電動大巴動力電池，經(jīng)過篩選、檢測、重組等梯次利用技術(shù)環(huán)節(jié)，以適合規(guī)?；瘍δ茈娬镜耐?fù)浞绞街匦抡?，實現(xiàn)電池梯次利用的目的。未來，這種技術(shù)降低系統(tǒng)整體成本，引導(dǎo)電池產(chǎn)業(yè)上下游的重新設(shè)計與定位，有望形成新的產(chǎn)業(yè)鏈。
在儲能技術(shù)方面，目前對于到底是物理儲能好還是化學(xué)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(shù)仍然處于示范性的工程應(yīng)用之中。
而虛擬同步機技術(shù)，主要是滿足10秒內(nèi)抑制頻率變化率的能力。也就是說，如果長時間不穩(wěn)定，無論使用煤電也好，燃?xì)?，傳統(tǒng)的發(fā)電，傳統(tǒng)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(wěn)定，這種技術(shù)就可以發(fā)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(wǎng)一旦發(fā)生穩(wěn)定問題時，通過其提供調(diào)度周期，這樣不僅成本較低，也能為電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)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(shù)本身成熟度。當(dāng)前，儲能電站的度電成本現(xiàn)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(xù)出臺多項支持儲能發(fā)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(yè)化運行的可能性。
