中國儲能網(wǎng)訊：近日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布了24個電化學(xué)儲能行業(yè)創(chuàng)新與應(yīng)用典型案例，旨在進(jìn)一步推動行業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)掘總結(jié)并交流推廣成功經(jīng)驗和有益做法，發(fā)揮典型引領(lǐng)作用。今天我們推出第二十三個典型案例——“三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目”。相關(guān)案例集還將在2025年3月27日舉辦的“第三屆中國儲能大會”上發(fā)布，敬請關(guān)注。
三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目
三峽陸上新能源投資有限公司
一、項目簡介
經(jīng)國家能源局和內(nèi)蒙古自治區(qū)政府同意，自治區(qū)能源局于2020年10月批復(fù)三峽集團(tuán)建設(shè)三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目（以下簡稱“示范項目”）。示范項目位于內(nèi)蒙古烏蘭察布四子王旗境內(nèi)，場址范圍約950km2，總裝機(jī)容量為200萬kW，包括風(fēng)電170萬kW、光伏發(fā)電30萬kW，配套儲能55萬kW×2h，共分為4個風(fēng)光儲單元，配套建設(shè)4座升壓儲能一體化站和1座智慧聯(lián)合集控中心。
二、解決方案
根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局關(guān)于開展“源網(wǎng)荷儲一體化”示范有關(guān)事項的復(fù)函》（內(nèi)能電力函〔2020〕559號），內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局同意按照《烏蘭察布源網(wǎng)荷儲一體化綜合應(yīng)用示范基地方案》（以下簡稱《方案》）開展工作，《方案》明確烏蘭察布市源網(wǎng)荷儲一體化示范共分為4個部分建設(shè)。其中，“三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目”屬于烏蘭察布市源網(wǎng)荷儲一體化示范子項目，該項目瞄準(zhǔn)地區(qū)負(fù)荷高峰期電力供應(yīng)緊張和風(fēng)光新能源電站自我消納利用水平低兩大問題，探索構(gòu)建新型電力系統(tǒng)新路徑。
本項目以技術(shù)創(chuàng)新為突破，著力解決行業(yè)瓶頸問題，從“可測”“可控”“可調(diào)”“可支撐”4個層面實現(xiàn)“新能源+規(guī)?；瘍δ堋眻稣緦雍驼救簩拥挠袡C(jī)協(xié)調(diào)，開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一體化集控平臺，通過“4個核心技術(shù)+1個集控平臺”的“4+1”模式，實現(xiàn)示范項目的“全面可觀、精確可測、高度可控”。
（1）“可測”為大規(guī)模區(qū)域風(fēng)光功率聯(lián)合預(yù)測技術(shù)。通過“數(shù)值天氣預(yù)報雙層修正+時空耦合預(yù)測+云團(tuán)運動多時空尺度監(jiān)測”，大幅度提升多時間尺度預(yù)測能力和預(yù)測精度，解決了數(shù)值天氣預(yù)報時間空間分辨率不足、現(xiàn)有“一場一測”模式限制區(qū)域場群功率預(yù)測精度、局地氣象環(huán)境與云團(tuán)生消形變影響下的光伏發(fā)電功率短時快速劇烈波動等問題。
圖1 場站群集中式預(yù)測方法示意圖
（2）“可控”為風(fēng)光儲場站協(xié)同優(yōu)化控制與保護(hù)技術(shù)。在自動電壓控制（AVC）方面，提出風(fēng)光儲場站自動電壓控制方法，實現(xiàn)無功協(xié)調(diào)快速控制，調(diào)節(jié)時間由120s降低到60s以內(nèi)，保障電網(wǎng)電壓質(zhì)量合格。同時，研制了新能源匯集場站保護(hù)裝置，保護(hù)動作時間由500ms降低至40ms以內(nèi)；在自動發(fā)電控制（AGC）方面，提出風(fēng)光儲場站有功實時控制方法，指令跟蹤穩(wěn)態(tài)偏差不超過±2%額定功率，場站分鐘級有功功率變化最大幅度由10%降低至5%，最大限度降低棄風(fēng)棄光。
圖2 場站實時控制保護(hù)示意圖
（3）“可調(diào)”為風(fēng)光儲場站群“網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機(jī)制。在時間維度方面，建立風(fēng)光儲場站群多時間尺度協(xié)同優(yōu)化調(diào)控模型，將新能源電站調(diào)度運行模式由單一拓展為多元，時間尺度由常規(guī)實時控制拓展為日前計劃-日內(nèi)滾動-實時協(xié)調(diào)；在空間維度方面，設(shè)計含離線學(xué)習(xí)與在線決策的風(fēng)光儲場站群優(yōu)化調(diào)控快速求解算法，求解時間由分鐘級降低到秒級，實現(xiàn)了風(fēng)光儲場站群有功/無功功率指令的快速精準(zhǔn)分配與優(yōu)化計算，在空間上實現(xiàn)風(fēng)光儲場站之間協(xié)同。
圖3 “網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機(jī)制示意圖
（4）“可支撐”為新能源快速一次調(diào)頻和虛擬慣量支撐技術(shù)。在電氣量測量方面，提出基于二次擬合的短時延頻率測量方法，突破了傳統(tǒng)算法只能測量5Hz以下的低振蕩頻率相量的限制；在頻率主動支撐控制方面，構(gòu)建了考慮通信延時與控制精度的優(yōu)化模型，將一次調(diào)頻響應(yīng)時間由1s降低到300ms，實現(xiàn)了對頻率支撐功率的精細(xì)化控制；在頻率主動支撐能力在線評估方面，設(shè)計了基于能量視角的場站等效調(diào)頻參數(shù)估計方法，等效慣量及等效調(diào)差率在線估計誤差均小于5%。
圖4 場站群頻率主動支撐示意圖
（5）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一體化集控平臺。本項目通過集控數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究、大數(shù)據(jù)及人工智能平臺關(guān)鍵技術(shù)研究、基于中臺技術(shù)的業(yè)務(wù)平臺架構(gòu)研究、高級應(yīng)用的敏捷構(gòu)建技術(shù)研究及集控平臺系統(tǒng)安全研究，構(gòu)建了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一體化集控平臺，實現(xiàn)了自主、安全、標(biāo)準(zhǔn)、智能、開放五大指標(biāo)。集控平臺是源網(wǎng)荷儲調(diào)控管理業(yè)務(wù)的載體，是保障新能源監(jiān)控運維系統(tǒng)高效運行和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
圖5 一體化集控平臺示意圖
三、關(guān)鍵點與創(chuàng)新點
常規(guī)新能源電站因無儲能或者儲能配比低，導(dǎo)致其發(fā)電出力的隨機(jī)性、間歇性和波動性等問題突出，并網(wǎng)友好性較差。針對該問題，示范項目著力建設(shè)電網(wǎng)友好型新一代“新能源+儲能”電站，從“儲能規(guī)模配置”以及“一體化智慧集控”兩方面進(jìn)行創(chuàng)新，率先探索新能源電站的友好并網(wǎng)路徑，其中“儲能規(guī)模配置”是示范項目實現(xiàn)并網(wǎng)友好的物理基礎(chǔ)，而“一體化智慧集控”則是實現(xiàn)并網(wǎng)友好的途徑手段。
（一）儲能技術(shù)創(chuàng)新
大規(guī)模新能源發(fā)電的間歇性和波動性是嚴(yán)重威脅電站安全穩(wěn)定運行的主要因素，并且變流器與電網(wǎng)的相互作用也會導(dǎo)致出現(xiàn)次同步諧振等穩(wěn)定性問題。為解決上述問題，示范項目開展了新型STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）集成儲能系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，幫助大規(guī)模新能源電站實現(xiàn)動態(tài)無功功率補(bǔ)償、電池儲能接入以及次同步振蕩抑制等綜合控制功能，提高大規(guī)模新能源電站并網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。
創(chuàng)新點1：在“儲能規(guī)模配置”方面，本項目配置儲能55萬kW×2h，約占風(fēng)光總裝機(jī)容量的27.8%。通過優(yōu)化儲能充放電策略，有效彌補(bǔ)新能源波動大、間歇強(qiáng)等問題，降低一體化電站整體出力的不確定性，增加新能源的有效出力時長，該項目為當(dāng)期全球儲能容量最大的風(fēng)光儲一體化電站。
創(chuàng)新點2：利用大規(guī)模儲能的快速響應(yīng)特性，參與一次調(diào)頻，縮短一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)時間，實現(xiàn)對電網(wǎng)頻率的快速支撐。
創(chuàng)新點3：基于國產(chǎn)定制化大容量IGCT（集成門極換流晶閘管）功率器件和新型多電平功率變化技術(shù)，提出了能夠集成STATCOM功能和儲能電池功能的大容量STATCOM集成儲能系統(tǒng)技術(shù)方案，提出了STATCOM集成儲能系統(tǒng)與大規(guī)模新能源電站的協(xié)調(diào)運行控制策略，實現(xiàn)大規(guī)模新能源電站并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
（二）一體化智慧集控創(chuàng)新
創(chuàng)新點1：在一體化智慧集控方面，本項目創(chuàng)新研發(fā)了風(fēng)光儲一體化智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)，在內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局、內(nèi)蒙古電力集團(tuán)的支持下，該項目未采用電網(wǎng)調(diào)度主站直接控制的方式，由電網(wǎng)下達(dá)總指令至風(fēng)光儲一體化集控平臺，然后由平臺進(jìn)行分配，保障本項目可在毫秒級范圍內(nèi)達(dá)到一體化協(xié)調(diào)控制。
創(chuàng)新點2：示范項目通過使用風(fēng)光儲一體化集控系統(tǒng)，可將間歇性新能源電力轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康母叻灞Ｕ想娏?。在頂峰能力方面，示范項目的頂峰供電能力約等效于一臺60萬kW級火電機(jī)組連續(xù)提供2h可靠供電，具備“類火電”功能，緩解了高峰時段電力緊張問題，最大化提升新能源消納水平。
創(chuàng)新點3：在商業(yè)模式方面，本項目以“風(fēng)光儲一體化”的市場主體身份，公平參與蒙西電力市場交易，主動響應(yīng)電能量、輔助服務(wù)等市場價格信號，示范項目是目前內(nèi)蒙古地區(qū)儲能系統(tǒng)調(diào)用次數(shù)最多、頂峰支撐能力最強(qiáng)的風(fēng)光儲一體化電站。
圖7 示范電站風(fēng)光儲一體化控制架構(gòu)示意圖
四、實際成效
（一）項目建設(shè)情況
示范項目整體于2024年3月31日并網(wǎng)發(fā)電，其中：示范項目一期4號站于2021年12月底先行建成，現(xiàn)已安全穩(wěn)定運行超900天；二、三期1、2、3號站于2024年6月底實現(xiàn)全容量發(fā)電，共投運278臺風(fēng)機(jī)，1320臺光伏逆變器，340套儲能電池倉。
（二）發(fā)電及儲能系統(tǒng)運行情況
截至2024年6月30日，示范項目已累計發(fā)電35.32億kWh；儲能系統(tǒng)已累計調(diào)用1117次，其中充電609次、放電508次，共計充電5405.36萬kWh，放電4518.14萬kWh。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組平均年利用小時數(shù)為2087h，設(shè)備平均可利用率達(dá)99.62％；光伏發(fā)電全年可利用小時數(shù)為1563h，平均可利用率達(dá)99.9％，有力保障了地區(qū)清潔能源的可靠供應(yīng)。
（三）主要功能實踐情況
示范項目的電網(wǎng)友好功能通過了長周期、全場景實際運行工況的考驗，其風(fēng)、光、儲各場站一體化協(xié)同運行高效，在大規(guī)模儲能的幫助下，實現(xiàn)了指令跟蹤、頂峰供電、系統(tǒng)調(diào)峰、最大化消納、功率平滑、一次調(diào)頻/虛擬慣量六大電網(wǎng)友好功能，各項指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計水平并超過現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。
以頂峰供電功能為例：根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷特點，當(dāng)?shù)卦缤砀叻屙敺逍枨缶薮?，?jīng)實際運行驗證，示范項目具備良好的頂峰供電能力，截至2024年6月30日，儲能系統(tǒng)頂峰供電277次，累計持續(xù)頂峰供電時長537.6h，累計頂峰放電量2574.23萬kWh，為烏蘭察布地區(qū)用電高峰提供穩(wěn)定的供電保障，極大緩解了電力供應(yīng)緊張問題。
五、經(jīng)濟(jì)效益及推廣前景
2022年6月1日，示范項目正式以一體化項目身份參與電力現(xiàn)貨市場交易，其交易電價對比見表1。
表1 示范項目與蒙西電網(wǎng)市場新能源電站2023年結(jié)算電價對比
由表1可知，示范項目2022年結(jié)算均價較蒙西電網(wǎng)全市場新能源電站高0.0379元/kWh；2023年結(jié)算均價較蒙西電網(wǎng)全市場新能源電站高0.0608元/kWh；示范項目2023年加權(quán)結(jié)算均價較2022年增加0.022元/kWh，增幅達(dá)9.53%，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時，示范項目提高了新能源的利用效率、增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性、提升了新能源場站并網(wǎng)友好性、探索了風(fēng)光儲一體化運行模式，具有顯著的示范效益和推廣價值。
六、團(tuán)隊介紹
團(tuán)隊成員包括三峽陸上新能源投資有限公司、三峽新能源四子王旗有限公司十名拔尖級技術(shù)專家，涵蓋電機(jī)工程、電力生產(chǎn)、數(shù)字化等多個領(lǐng)域，在電化學(xué)儲能技術(shù)創(chuàng)新、工程建設(shè)及安全運維等方面具有豐富的實踐經(jīng)驗以及較強(qiáng)的技術(shù)水平。團(tuán)隊成員承擔(dān)了多項國家重點研發(fā)計劃、國家發(fā)展改革委攻關(guān)項目、省級“揭榜掛帥”科研項目及三峽集團(tuán)重點科研項目。近年來，團(tuán)隊成員取得的部分成果列入能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備清單，并多次獲得省政府科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、中國電機(jī)工程學(xué)會電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎等省部級獎勵。
