中國儲能網(wǎng)訊：在2021年10月12日舉行的《生物多樣性公約》第十五次締約方大會領導人峰會上，我國正式提出要在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)加快規(guī)劃建設大型風電光伏基地（以下簡稱“沙戈荒大基地”）。同年，第一批沙戈荒大基地項目清單印發(fā)，總規(guī)模為1億千瓦。
4月26日，國家能源集團寧夏騰格里沙戈荒固原紅寺堡海原250萬千瓦風電基地項目獲得核準批復，即將進入建設實施階段。這是全國最大沙戈荒大基地的首個吉瓦級風電項目。
預計到2030年，我國沙戈荒大基地的總裝機量將達到4.55億千瓦。沙戈荒大基地建設是構建以清潔低碳能源為主體的能源供應體系、加快能源綠色低碳轉型的重要舉措，將成為破解當下能源需求增長與能源緊缺現(xiàn)狀、能源利用與環(huán)境保護之間矛盾的必然選擇，將為我國的能源安全、環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展作出重要貢獻。
沙戈荒大基地地處電網(wǎng)末端，地理位置特殊，風光資源的波動性和隨機性強，需要解決新能源穩(wěn)定外送的技術難題。在這樣的背景下，電-熱儲能（電化學儲能+熔巖熱儲能）的優(yōu)化配置顯得尤為關鍵。沙戈荒大基地采取電化學儲能與熔鹽熱儲能的混合配置模式具有如下優(yōu)勢：電化學儲能在短時間尺度內(nèi)有效平抑新能源出力波動，而熔鹽熱儲能則在長時間尺度上穩(wěn)定輸出，與燃煤火電的協(xié)同運作形成了完善的支撐體系。這一配置策略不僅提高了新能源消納率，還有助于實現(xiàn)新能源發(fā)電的安全穩(wěn)定外送。
然而，電-熱儲能配置并非一蹴而就的過程，它涉及眾多技術和經(jīng)濟因素的綜合考量。電-熱儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置是一個多目標、多約束的復雜優(yōu)化問題。它要求我們不僅要理解電-熱儲能之間的耦合機理，還要綜合考慮沙戈荒大基地的運行控制、電力市場的需求以及政策環(huán)境的變化。
儲能配置特性大不同
在沙戈荒大基地，電-熱儲能配置的特點可以歸納為以下幾點：
一是協(xié)同對象的復雜性。沙戈荒大基地集成了風電、光伏發(fā)電、火電以及儲能系統(tǒng)，形成了一個復雜的能源網(wǎng)絡，要求不同能源在時間和空間上實現(xiàn)有效的協(xié)同。時間維度上，通過風光火儲的時序協(xié)同與綜合利用，實現(xiàn)儲能與燃煤火電的配合，提高新能源發(fā)電的利用效率，增強對于新能源發(fā)電波動的平抑能力。空間維度上，沙戈荒大基地地域范圍廣，風光資源分布差異大，不同電源需要計及內(nèi)部的網(wǎng)架結構在空間上實現(xiàn)復雜匯集和協(xié)同配合，以確保能源高效輸送和穩(wěn)定運行。電-熱儲能多時間尺度協(xié)同容量分配是關鍵，多類型源儲資源在多時空維度的有效協(xié)同是確保沙戈荒大基地高效運行的重要因素。
二是資源因素的不確定性。新能源出力波動性強，極端天氣頻繁，這要求儲能配置策略具有高度的靈活性和適應性。同時，送出通道功率需求大小和持續(xù)時間的不確定性與對用戶端電力市場需求的不確定性直接影響沙戈荒大基地送出功率的規(guī)模和時間分布。而長時間尺度的政策變化對儲能配置的需求和優(yōu)先級產(chǎn)生影響。因此有效應對新能源出力、極端天氣、受端功率需求與市場政策多端不確定性交織帶來的影響是沙戈荒大基地電-熱儲能配置需要考慮的因素
三是復雜場景的時序協(xié)同性。在不同時間尺度上，沙戈荒大基地配置場景的時序協(xié)同性體現(xiàn)在單日和連續(xù)日的多場景組合上，單日場景涉及日常典型條件和單日極端天氣，如無風或強風沙狀況。連續(xù)日場景則關注多日的天氣情況，如持續(xù)的低風速或無風的極端天氣。針對多元復雜場景的相互交織的特性，電-熱儲能配置不僅需要滿足常規(guī)典型場景的概率需求，而且需要在極端場景發(fā)生時對整個沙戈荒大基地能源持續(xù)穩(wěn)定的送出進行兜底。送出通道曲線的特性也可以分為單日和連續(xù)日下典型和極端需求。復雜場景的時序協(xié)同與送受場景的精確匹配是保證電力穩(wěn)定供應和有效分配的關鍵因素。
四是多時間尺度的平衡特性。在短時間尺度上，主要保證電力電量在實時層面的動態(tài)平衡，而且為了發(fā)揮沙戈荒大基地對外友好的特性，需要提供靈活性容量調節(jié)裕度以應對每個時刻的需求變化，實現(xiàn)系統(tǒng)電力電量在分鐘級及小時級的短時間尺度平衡。在長時間尺度上，一方面要滿足電量在“年-月”長時間尺度的能量供應需求；另一方面要滿足熱能在“日-周”等長時間尺度上溫度、能勢等因素的匹配。多時間尺度的平衡特性是確保在不同時間尺度上均實現(xiàn)能源穩(wěn)定、經(jīng)濟供應的重要因素。
五是功能需求目標的多元化。沙戈荒大基地風、光發(fā)電裝機占比高達67%，放大了新能源的波動性和間歇性，使“保供應”“保安全”“促消納”之間的矛盾更為突出，儲能配置更為復雜。這意味著儲能系統(tǒng)不僅要在經(jīng)濟效益和環(huán)境效益之間找到平衡點，還要在保證電網(wǎng)穩(wěn)定性的前提下，提升新能源的消納比例。這種多元化的需求目標要求運營方能夠靈活運用市場機制和政策工具，優(yōu)化儲能配置，并通過激勵措施推動技術創(chuàng)新和成本下降，最終實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境效益的雙贏。
四大模塊，三大場景
按照現(xiàn)有技術，可將沙戈荒大基地電-熱儲能配置劃分為四個模塊：一是電能模塊，作為沙戈荒大基地的主體，電儲能可以通過充放電調節(jié)風光的外特性，降低風光的波動；二是熱能模塊，燃煤火電可以與熔鹽儲熱配合，通過火電抽氣給熔鹽儲熱，熔鹽儲熱可對火電的蒸汽、熱水等介質進行預加熱或過熱處理以降低火電煤耗、提高能效；三是熱轉電模塊，一方面火電機組可以將化石燃料產(chǎn)生的熱能轉化為電能，另一方面熔鹽儲熱可通過配置獨立發(fā)電機實現(xiàn)熱-電轉換，為新能源發(fā)電穩(wěn)定送出提供保障；四是電轉熱模塊，通過電熱泵等電蓄熱系統(tǒng)將棄電轉化為熱能儲存在熔鹽熱儲能中，實現(xiàn)對新能源的充分利用。
沙戈荒大基地在新能源電力系統(tǒng)中的建設需要三種典型模式，可以通過靈活切換和組合不同模塊來形成不同深度的電-熱耦合鏈路，以確保高效消納和安全經(jīng)濟輸送新能源。一是常規(guī)模式：由于新能源的波動性，電化學儲能和火電的配合是新能源發(fā)電穩(wěn)定送出的關鍵，電化學儲能可平抑短時間尺度的波動，而燃煤火電可以與熔鹽儲熱配合，既可以降低火電的煤耗提高其能效，又能對沙戈荒大基地提供長時間尺度的支撐。二是促消納模式：在新能源大發(fā)時，為了降低新能源的棄電量，一方面電儲能可以通過充電吸收小部分棄電，另一方面可以通過電熱泵等電蓄熱系統(tǒng)將棄電儲存在熔鹽熱儲能中，實現(xiàn)對新能源的充分利用；三是保供應模式：在頂峰或無風光等極端天氣發(fā)生時，一方面電化學儲能可通過放電提供小時級電量支撐，另一方面熔鹽儲熱可通過配置單獨的發(fā)電機實現(xiàn)熱-電轉換，為沙戈荒大基地提供長時間尺度的能量支持。
協(xié)同推進，解決技術問題
針對沙戈荒大基地電-熱儲能配置的復雜性，可從以下三方面入手協(xié)同推進相關問題的解決。
第一，對沙戈荒大基地的電-熱儲能系統(tǒng)進行詳盡的特性與應用場景分析。這包括分析各種儲能技術（如電化學儲能、熔鹽儲熱等）的物理和化學特性，以及它們在不同操作條件下的性能。進而提出復雜應用場景的匹配方法，模擬不同儲能組合在各種典型和極端氣候條件下的運行特性。
第二，深入研究電-熱儲能系統(tǒng)的協(xié)同策略與復雜場景下的生產(chǎn)模擬技術。這涉及到如何在風電、光伏、火電和儲能之間進行有效的能量調配和優(yōu)化，尤其是在供電不足或過剩的情況下。通過開發(fā)復雜場景生產(chǎn)模擬工具，模擬沙戈荒大基地在多變的市場和環(huán)境條件下的運行，以驗證和優(yōu)化協(xié)同策略。
第三，開發(fā)高效的優(yōu)化配置技術。配置技術不僅要快速處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復雜的約束條件、全局優(yōu)化儲能系統(tǒng)的配置和運行以兼顧沙戈荒大基地的靈活性、安全性和經(jīng)濟性，而且需要探索求解加速技術，如對并行計算和云計算資源的利用，以提高算法的求解速度和處理能力，實現(xiàn)對配置模型的高效快速求解。
總之，電-熱儲能配置技術的優(yōu)化是實現(xiàn)沙戈荒大基地新能源發(fā)電安全穩(wěn)定高效外送的關鍵，是對沙戈荒大基地的建設運營有力的技術支持，將為實現(xiàn)我國“雙碳”目標貢獻力量。
