电网友好型新能源发电技术研究与示范应用

2015-08-21

加快可再生能源发展是国家能源结构调整的客观要求，也是缓解环保压力、应对气候变化和实现可持续发展的必然选择。作为我国乃至全球规模化可再生能源发电基地的典型代表，甘肃省近年来新能源发电规模不断扩大，截至目前，甘肃省并网风电装机容量1142万千瓦，占全省总装机的25.3%，甘肃省风电装机容量位列全国第二，2014年全世界排名第六；甘肃省并网光电装机容量578万千瓦，占全省总装机13.5%，甘肃省光电位列全国第一，2014年全世界排名第六；经过多年建设，甘肃酒泉已成为全世界集中并网规模居首的可再生能源基地。

与欧美国家分散式为主的发展模式不同，我国风能资源与用电市场逆向分布的特点突出，河西走廊已经成为全世界规模居首距离用电负荷中心最远的新能源基地，风光电基地已经达到了主力电源的规模，却不具备承担相应责任的能力，与大规模风电基地规模相适应的关键技术缺失，不仅对现有电力系统运行管理模式提出了挑战，也成为制约可再生能源持续稳定健康发展的关键因素。

针对新能源基地存在的可控性不足、多时空波动性和暂态支撑能力不足等一系列世界性难题，国网甘肃省电力公司牵头承担了国家863课题“电网友好型新能源发电技术研究与示范应用”，该课题依托甘肃酒泉地区干河口南北风电场对储能提高风电场功率调节能力和暂态支撑能力进行了示范，验证了能量型和功率型储能在风电场稳态功率控制和暂态支撑中的作用，为储能在电网友好型风电场中的应用提供了范例。课题主要完成单位有国网甘肃省电力公司、中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、清华大学、上海交通大学和甘肃新泉风力发电有限公司，主要完成人有汪宁渤、李建林、陈梅、周识远、乔颖、李征、王富文、马彦宏、陈宁、田立亭、鲁宗相、蔡旭、丁坤、韩旭杉、陈钊、靳丹、王定美、韩自奋、王明松。

一、主要技术内容及创新点

提出了电网友好型风电场的技术指标体系，研究了基于复合数据源的风电场功率预测技术、设备状态监测和评估、功率型储能装置提高风电场可调性能等关键技术，开发了功率预测系统及一体化综合监控平台。在鲁能干河口48MW风电场升压站装设了1MW/1MWh锂离子电池储能系统，在3台风电机组变频器直流母线安装了300kW超级电容储能系统，完成了综合示范应用。

课题围绕大规模风电的友好接入及与电网互动的关键问题，在智能电网的发展框架下，建设电网友好型风电场，实现了风电场的功率精确预测和实时状态监测（可测）、有功／无功功率的主动控制（可控）、对电网调度需求的响应（可调）以及对电网扰动的短时间支撑（暂态支撑），协调风电与电网的安全稳定运行，提高了大规模间歇式新能源电源并网的技术性能，在源端成功解决风电并网的技术难题，为实现我国电力和能源的健康可持续发展奠定了技术基础。

二、课题实施效果

课题自2012年历时启动以来，获实用新型专利等9项，发表论文14篇，获得软件著作权11项，编写技术标准2项，出版专著1本，超额完成了课题任务书规定的考核指标。

历经三年的技术攻关与示范工程建设，攻克了风电场可监测、可预测、可控制、可调度和暂态支撑关键技术难题，研发了具有自主知识产权的系统和装置，建立了相关标准规范体系，建设了电网友好型风电场示范工程，首次实现了将超级电容用于提高风电机组可控性，风电机组低电压耐受、暂态支撑等性能指标达到了国际领先水平。

系统投运以后，缓解了风电送出能力不足的矛盾，鲁能干河口年减少弃风弃光电量5%，创造了较好的经济效益和社会效益。建设了风电场一体化监控平台，实现了风电场风电机组、升压站、电池储能和超级电容等系统的静态动态信息完整展示与控制，实现了风电场与电网运行信息的公开、透明、互动，促进了电网、新能源电站朝着友好互动的方向发展。示范风电场具有典型的示范意义，相关的关键技术不仅可以应用于大型新能源基地已建风场的改造，也可为新建新能源电站提供借鉴参考范本。

三、发展与展望

随着社会经济的发展，环境污染、气候变化、能源安全等问题日益突出，可再生能源发电规模化利用为特征的能源变革正在世界范围内蓬勃兴起，欧盟和美国分别提出到2050年实现100%可再生能源电力系统的愿景，可再生能源发电规模化利用关键技术成为未来国际竞争焦点。甘肃地处我国可再生能源发电基地群的核心枢纽地带，是我国乃至全球规模化可再生能源发电基地的典型代表，研究成果不仅有助于提高我国可再生能源技术水平，同时有助于提高我国可再生能源技术的国际竞争力。