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新能源并网技术破解 风光储输工程现成效

从河北省张北县县城向西,仅半小时车程后,就可以看到一排排风力发电机高耸在地平线上,连成一道美丽的风景。这里坐落着目前世界上规模最大的,集风电、光伏发电、储能及智能调度输电于一体的新能源友好并网综合示范项目——国家风光储输示范工程。
近年来,我国以风能、太阳能发电为代表的新能源发展突飞猛进,人们寄望于它能改变我国失衡的电源结构,促进节能减排。然而,一次次风机脱网事故让人们陷入了沉思,如果不能解决新能源友好上网问题,新能源健康发展将受到制约。2011年12月25日,国家风光储输示范工程一期工程的竣工投产,有效解决了新能源大规模并网的世界性技术难题,点亮了新能源未来发展之路。
从间歇波动到平稳输出
8月7日15时,在国家风光储输示范工程智能控制中心的大厅里,大大的屏幕上显示了当时的发电情况:风电2.52万千瓦、光伏发电5210千瓦、储能1490千瓦。冀北电力有限公司风光储输示范电站有限公司副总经理王银明解释说,当风力较大或阳光较强时,储能装置可以把多余的能量储存起来,储能显示的就是负数;反之,储能装置显示的是正数,就需要释放能量,这么做有助于整体电能输出更加平稳。
“更加平稳”——这个看似简单的目标,却是新能源发电一直以来难以达到的要求。
我国是风电大国,新增风电装机容量和累计装机容量均居全球第一位,光伏发电也呈迅猛发展态势。但是,并网和消纳问题却是制约二者持续健康发展的重要因素。
风电和光伏发电都具有间歇性、随机性和波动性的特点,且风能、太阳能资源富集地区与主要负荷中心呈逆向分布,决定了我国风电开发只能以大规模集中开发、远距离高压输送为主,光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。
这要求我国新能源大规模发展必须突破三个技术问题:其一,电力系统调峰问题,风电和光伏发电作为单一的发电系统提供电能输出时,需要建设大量的备用容量和调峰电源,以防其不出力时随时备用;其二,电力系统安全问题,风电、光伏发电具有出力多变和瞬间冲击的特点,对电网的暂态稳定性和频率稳定性造成影响;其三,电能质量问题,风电、光伏发电大规模并网引起电压水平降低,风机中的电子设备带来谐波污染,影响电能质量。
由国家电网公司自主研发、设计和建设的国家风光储输示范工程,一举攻克了这些技术难题。
“电力系统是一个发、输、变、配、用瞬间完成的系统,新能源如果不能满足安全、稳定、可靠的要求,那么,无论风电还是光伏发电,对于电网而言都不是优质电能。”冀北电力有限公司风光储输示范电站有限公司总经理闫忠平表示,国家风光储输示范工程最重要的使命就是通过风光储联合发电,消除新能源随机性、波动性和间歇性对电网的冲击,从而将风电、光伏发电变为优质电能。

7月底的河西走廊,一场大雨过后,戈壁滩上一丛丛新绿迎着凉爽的夏风舒展着身姿。而公路旁整齐林立的白色风机,像是一个个高大的纺车,不急不慢地转动着,紧挨风电场的一条条输电线路,像是接过了“纺车”纺出的线,越过千峦万山、古堡旧关,延伸到很远。
近年来,甘肃省新能源发电特别是风电发展迅速,2006年年初,甘肃省提出“建设河西风电走廊,打造西部陆上三峡”的发展目标。按照规划,2015年酒泉风电基地装机容量将达到1270万千瓦,相当于三峡工程装机容量的三分之二。国家电网公司加大甘肃电网建设投资力度,提升电网运行管理和智能化水平,优化电网结构,为风电外送提供支撑。
加快电网建设 满足风电送出需要
7月27日,在玉门市新城区一大群呼呼转动的风机中,110千伏玉门镇变电站显得很低调,站长樊文升刚完成一项变电操作任务回到变电站。虽然玉门镇变电站不再接纳风电,但樊文升却对玉门地区的风电发展了如指掌。
樊文升清楚地记得,1998年,玉门市的戈壁滩上竖起了第一批4台风机,每台装机仅300千瓦,负责运行维护这“风车”的技术人员就在变电站吃住,并且还要请变电站的专家为他们培训变电运行知识。后来,戈壁滩上的风机越来越多,每年的装机容量都翻番增长,玉门镇变电站很快就不能满足风电送出需求了。2008年3月,专门为酒泉风电外送规划的330千伏玉门变电站开工建设,2009年1月投运。2010年10月,750千伏酒泉变电站建成投运,酒泉风电得以源源不断地向外送出。
酒泉市瓜州县曾因盛产密瓜而闻名于世,如今规模庞大的风机成为该县的又一张“名片”。为了保证该地区的风电送出,公司于2009年投资建设了750千伏敦煌变电站。“现在变电站接入了8条风电送出线路,平均负荷为160万千瓦,占变电总容量的三分之二。”敦煌变值班长陈怀军介绍说,风电大规模上网对变电设备和输电线路运行的影响很大,为了保证风电的可靠、稳定送出,今年1月,他们为变电站安装了国内第一台可控高压电抗器,提高了系统稳定运行水平。
根据甘肃省风电发展规划,“十二五”期间,酒泉风电基地装机容量将超过1000万千瓦。为满足风电接入需要,公司将在甘肃配套建设12项330千伏输变电工程。在敦煌变外,每隔一段路就有8堆刚挖出的沙土,像是古代的烽燧矗立在平坦无垠的戈壁滩上。“那就是国家电网公司正加快建设的750千伏新疆与西北主网联网第二通道工程的项目之一——750千伏敦煌变电站扩建工程。到时,750千伏敦煌变电站将与750千伏沙州变电站连接,最后连接到青海电网,酒泉地区的风电送出又增加了一条‘高速公路’!”陈怀军说。
另外,规划中的酒泉至湖南±800千伏特高压直流输电工程,也将为风电的送出提供通道。酒泉风电送出的通道越来越宽阔。
科学管理调度 提高新能源利用水平
7月28日,在玉门市昌马乡大唐昌马第一风电场,场长任哲荣很满意地看着甘肃电力调度控制中心刚刚发来的分配给他们风电场的发电并网负荷数据。
任哲荣负责管理的风电场有134台风机,装机容量20.1万千瓦,自去年年初投运以来,每月平均发电量约2800万千瓦时。“如果按设计标准算,我们每月可以发电4000万千瓦时,但风电很不稳定,风大时和风小时的出力能相差十多倍。加上最近两年这一地区风电规模迅猛扩张,电网消纳能力不足,各个风电场都不能满发。”任哲荣说,其实,国家电网公司为风电企业多发电、多上电做了很多工作。
为了保证风电场的安全稳定运行和发电计划的公平合理分配,甘肃电力调度控制中心为每个调管的风电场制定了调度运行评价办法。
“办法详细规定了风电场的一些技术标准、设备运行管理规范,用严格、公开的考核办法促使风电场提升管理水平和技术规范,提高了发电的稳定性、可靠性,减少了对送出电网的影响,提高了风电利用效率。”任哲荣举例说,办法规定,风电场并网没有安装低电压穿越装置的,要扣200分。风电场安装了低电压穿越装置,可以有效降低风电的不稳定性给电网造成的冲击,保证发电机组的不间断并网运行。现在,这里的风电场都按照要求安装了这一装置。
任哲荣和其他的风电场负责人还发现,自从按照要求安装了风电有功智能控制系统后,上网发电量明显增加。他们不知道,这一系统是甘肃省电力公司投资640多万元,组织科研攻关出来的。风电有功智能控制系统能够及时调配各风电场的上网计划,提高了空闲电网断面的利用率。据介绍,仅这套系统就为酒泉风电基地增加上网发电量7.05%。通过该系统,各风电场也能看到其他风电场的调度信息,每隔五分钟就会收到由甘肃电力调控中心下达的出力指令,各风电场也可以根据风速的变化申请调度计划。
河西风光无限好。除了风电,嘉峪关、酒泉地区的光伏发电也快速发展。在酒泉市金塔县工业园区,墙上鲜红的“建设百万千瓦级光伏发电基地”的标语非常醒目。目前,这里已经有7家光伏发电企业入驻,并网发电的有3家,总装机2.3万千瓦。从今年4月并网发电以来,已累计发电3600万千瓦时。“再过几天,还有几家发电场要投运,并网负荷将增至8.3万千瓦。”该县工业园区管委会副主任姚斌说,为了保证光电的送出,几家风电场合建了110千伏红柳洼升压站,但他们没有运维经验和技术能力。嘉酒供电公司就派人来代管和运维升压站,还在运行操作、计量等方面给发电场以指导。
“国家电网公司投资近1300万元研发具有风能实时监测、短期和超短期预测功能的风电功率预测系统,为风电的科学调度安上了‘千里眼’;我们启动国家级重大研究课题项目‘风电场、光伏电站集群控制系统研究与开发’,重点研究大规模风光电集群的有功、无功电压和安全稳定控制策略;建设酒泉风电场、光伏电站集群控制系统,全面提高大规模风光电集群响应大电网调度的能力,缓解大规模集中开发可再生能源与电网协调的矛盾,促进大规模风电、光电基地持续稳定健康发展。”甘肃公司风电技术中心主任汪宁渤说。
古人印象中的酒泉,是春风不度玉门关、黄沙万里白草枯。如今,国家电网公司践行“四个服务”宗旨,通过建设坚强智能电网和科学的管理调度系统,确保酒泉戈壁滩上的绿色电能,源源不断地输送到经济发展最需要的地方。

8月1日,深交所组织的“走进创业板”投资者开放日活动进入黑龙江省,这已是此系列活动的第11站。南方正值盛夏,而北方的哈尔滨却是避暑的好地方,来自7家证券公司的50多名投资者来到九洲电气厂区进行参观交流。
九洲电气成立于2000年,注册资本1.39亿元,企业总资产12.38亿元。是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术,以“高效节能、新型能源”为产品发展方向,从事电力电子成套设备的研发、制造、销售和服务的公司。2010年1月8日,九洲电气在深圳证券交易所创业板正式挂牌上市,成为黑龙江省首家登陆创业板的高新技术企业。
九洲电气副总经理丁兆国,带领50多位投资者对公司生产车间进行了参观。厂房内机器轰鸣,但是井然有序,丁兆国对车间的各种生产设备非常熟悉,不时停下来为大家做介绍,大家饶有兴趣地对各种仪器、仪表不时发问,他一一解答。
并网技术达欧二代标准
有投资者问到,公司在新能源和节能减排产品的战略部署上有没有新的变化?
丁兆国对此表示:“九洲电气的高效节能产品主要是高压变频器和高压无功补偿,未来还要围绕着节能产品继续做下去;公司新能源产品主要是风能发电和光伏发电,目前风电产品还是处于小批量生产、小批量应用阶段。”
“黑龙江省风能资源全国排第三位,黑龙江新能源产业发展规划提出,在2010年~2020年间,省内将建两个双千万千瓦级的风场,就是说到2020年,要建400个风电场,每个风场5万千瓦。黑龙江省也提出了“用资源换产业”的口号,上海电气、天威保变、华锐、金风等国内一些大的整机厂纷纷在黑龙江建厂,并将优先选用当地企业的产品,400个风电场建设,即使给我们十分之一,甚至二十分之一,这足以对企业有很大的拉动。”丁兆国说。
有投资者问到,现阶段风电和光伏发电因为电力不稳定,被称为“垃圾电”,电网不太愿意接纳,行业风险会不会对公司未来造成不良影响?
对此,九洲电气董事长李寅认为,新能源占整个能源中的比例不断提升是不可逆转的趋势,毕竟可用的石化资源会越来越少。
李寅介绍说,解决电力不稳定的主要办法就是使用先进的电力电子产品,对电进行再加工,治理“垃圾电”正是公司大力发展的产品,电网治理是一个很重要的课题,九洲电气的产品叫无功补偿,实际上就是在治理“垃圾电”。“我们变流器技术已经达到欧洲第二代标准,国家马上颁布第二代并网变流器技术标准,要治理"垃圾电"主要是看变流器的技术水平怎么样?能不能达到欧洲标准?如果达到欧洲标准,那我们生产的就不是"垃圾电"。”
竞争优势突出
相比国内外很多同行企业,九洲电气的优势在于制造能力、装备水平比较高。哈尔滨市委、市政府为了进一步支持九洲电气做大做强,为其提供了30万平方米的土地以扩建高压变频器产能。
目前,该产能扩建项目已投入资金1.89亿元,预计2013年底达产,“这个项目中,公司从意大利引进了一条柔性生产线,项目建成后,产能会得到大量释放。”李寅表示,公司还拥有一个150多人的研发团队,目前分了几个课题组进行研发。“电力电子行业特点在于技术密集、资金密集,过往的技术经验积累非常重要,我们在这个行业有15年的过往经历,积攒了大量的人才、经验、技术。”
跟其他同行业公司相比,九洲电气的比较优势还在于国际化战略。目前,高压电机这个产品只有九洲电气在为罗克韦尔制造,通过贴牌的方式在全球销售。此外,公司其他的产品已经跟三大巨头ABB、施耐德、西门子,形成了紧密的战略合作伙伴。
“作为他们的成套的组装厂和市场的推广厂商,我们主要做市场工作,他们给我们提供核心技术和部件,达成一个战略联盟,双方共同来做中国市场。通过这种方式我们也进入了一些新兴的领域,如地铁行业、高端制造,和一些大的石化系统。”李寅说。
从长远目标看,九洲电气应该有更宽的经营思路。为了达到战略目标,首先必须在资金、技术、管理等能够驾驭的方面提升运营能力,积极拓宽公司的经营范围,培育新的经济增长点。但李寅强调,这并不意味着九洲电气从此要转型、要改行。“这里所说的拓宽经营思路主要是指,紧紧围绕电气电力这个主旋律,公司培育和发掘新的经济增长点。”

风电消光伏涨
九洲电气对于光伏产业信心不减。“光伏产业,我们认为这几年在国内会有更大的增长,由于美国和欧盟的限制和挤压,国家政府也会出台政策,吸纳光伏过剩的产能,加大投入光伏电厂和光伏建筑的建设,国内的需求会迅速增长,我们九洲电气恰恰是定位国内,这正是公司面临的机遇。”李寅说。
与此同时,公司对于风电看法则相对谨慎。李寅表示,风电因为前两年爆发式的增长,造成产能过剩。而公司的风电装机容量并不高,一个原因是产能有限,其他订单很饱满,没有厂地面积去生产更多的产品了。另一原因是现在风电现金流非常不好,公司的产品是配合着整机厂在做,现在电厂投资方欠整机厂大量货款,所以公司也在限制这方面的产量,如果一旦政策调整过来,可以大面积供货。
据统计,截至2012年6月底,九洲电气已累计销售的高压电机调速装置的装机总容量达200万千瓦,这些产品每年节约电量24亿度,相当于年节约标准煤90万吨,年减少二氧化碳排放240万吨。
加强市值管理工作
对于投资者关系,九洲电气一向十分看重,作为公司董事长,李寅觉得最大的压力和责任就是向股民负责,“我们的承诺就是力争给广大股民以长期稳定的回报”。
李寅表示,深交所组织这次活动对企业和投资者来说都有很大的收获,公司知道了投资者的关注点和疑惑点,投资者也对企业有个更直观的认识。同时这次的活动,对公司的市值管理,提供了一些理念和方法,完善了公司的弱点和短板。另一方面,交流环节投资者提出的问题很深刻也很尖锐,确实是企业现在面对的一些重要问题。由于公司的主业比较专业,很多投资者没有这方面的专业知识,公司也在努力通过更通俗易懂的方式去把公司的情况介绍给投资者,让他们对九洲电气能有更透彻的了解。

:“风能、太阳能等新能源被称为21世纪的能源,世界各国都将新能源作为支撑未来经济社会发展的主力能源之一。”8月4日,国网能源研究院发布了2012年《中国新能源发电分析报告》,报告开篇即阐述了新能源在我国能源及电力结构调整中的重要作用。
实现新能源大规模开发的主要途径是发电。在我国,经过“十一五”以来的发展,新能源发电成就斐然。在这一过程中,除了政府重视、各方面支持,国家电网公司做了大量卓有成效的工作。国家电网公司认真落实国家能源战略,积极服务新能源发展,总体保障了我国新能源的安全健康发展。
大风电融入大电网
风电是除水电以外技术最成熟、开发成本最低的可再生能源。
我国风能资源主要集中在陆上的“三北”地区及东部沿海地区,总的技术可开发利用量达7亿~12亿千瓦。蒙东、蒙西、新疆哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部、江苏沿海、山东沿海八个地区是我国风能资源最丰富的地区。
“在规划建设的八大千万千瓦级风电基地中,大部分基地所在地区无法实现风电就地消纳,必须依托更高电压等级电网、远距离大规模输送,在全国范围内实现消纳。”国家电网公司总经理刘振亚在《中国电力与能源》一书中说。
2009年以来,国家电网公司逐个研究了八个千万千瓦级风电基地的出力特性,分析每个风电场的同时率、处理概率等,提出了风电消纳的总体思路:“大风电融入大电网”,加快建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网,在全国范围内统筹消纳“三北”地区风电,主要消纳方向为“三华”地区,推动风电“西电东送”“北电南送”,促进风电科学开发利用。
服务这一总体思路,国家电网公司在规划建设“三纵三横”特高压骨干网架的过程中,着重考虑了新能源的消纳问题。其中,“三纵”都和风电有关,东纵起点在内蒙古锡盟,落点在南京,西纵起点在蒙西,落点在长沙,既送煤电,也送风电;中纵起点在内蒙古乌兰察布和河北张家口,以送风电为主。
“国家电网公司通过建设特高压等跨区电网,实现新能源在更大范围内消纳,在国际上也有着一定的依据。”国网能源研究院副总经济师白建华说。
在国际上,丹麦等国家依靠强大的跨国互联电网支撑,有效扩大了风电平衡区,提高了风电利用水平。当丹麦的风电出力大的时候,由丹麦向挪威送电;当丹麦的风电出力小时,挪威的水电就送到丹麦。跨国联网有力推动了丹麦风电大规模接入和高效率利用。
最大限度保障新能源并网消纳
“国家批复的项目,我们绝大多数都可以做到及时并网。”7月24日,国家电网公司新闻发言人、发展策划部副主任张正陵做客新华网访谈时表示。
面对我国风电发展缺乏统一规划、技术标准缺失等挑战,国家电网公司密切跟踪风电项目进展,及时调整配套电网工程建设时序,在设计力量、施工队伍、物资供应、资金落实等方面优先保障,最大限度加快风电送出工程建设,满足风电接入电网的需要。
2006年至2012年5月底,国家电网公司累计投资458亿元,建成风电并网线路2.53万千米,新建风电送出专用汇集变电站25座、变电容量423万千伏安。
为了满足甘肃、新疆风电等新能源发电需要,“十一五”期间,国家电网公司建成新疆哈密—甘肃酒泉经河西走廊的750千伏第一个输电通道;今年5月,新疆—西北主网750千伏第二通道开工建设,为下一步西北新能源发展奠定了基础。
“基于大规模风电并网的电力系统调度运行和市场消纳是世界难题。”业内许多人一提到风电并网管理,都会有着这样的感叹。
但目前,我国部分电网风电运行指标已达到或超过欧美。这与国家电网公司深入分析风电运行规律,科学安排调度运行方式,加大跨省跨区输电有着密切关系。
今年上半年,蒙东和蒙西风电的日发电量创了新高。4月26日,蒙西电网一天风电的发电量占28%,通过蒙西和华北电网的联网,华北电网多消纳蒙西低谷风电100万千瓦。5月14日,蒙东当天的风电发电量占72%,东北电网通过跨省联网接纳了蒙东电网二分之一的风电电量。
“在现有电网状况下,我们利用大电网,充分挖掘电网潜力,尽可能多地消纳风电。”张正陵说。
有人形容新能源产业是“靠天吃饭”,指的就是其间歇性及难预测性。这种特性也给电网安全稳定运行造成一定影响。为了解决这一系列难题,国家电网公司举全系统的科研力量进行科技攻关和相应的研究,提高风电的利用率。
几年下来,国家电网公司在风电并网、控制、调度、预测、储能等方面取得大量成果,开发了具有自主知识产权的风电控制、调度、预测系统,已投入运行。制定了风电接入、运行管理、控制、预测等方面的全套标准,参与风电国家标准和行业标准的编制。建成具有世界先进水平的国家大型风电并网系统研发中心、国家太阳能发电研发中心、国家智能电网研发中心等。
加快电网配套工程建设、研究大规模并网运行方案、提高科技研发水平……国家电网公司几年来的努力,支撑了我国“十一五”以来新能源产业的高速发展。“十一五”以来,国家电网公司累计消纳新能源2100亿千瓦时,节约标煤6930万吨,减排二氧化碳1.73亿吨。今年上半年,国家电网公司经营区域内新能源发展势头更为强劲,新增风电、光伏发电并网容量分别为576万千瓦和10万千瓦,同比分别增长了29.7%和4.7%。


【上一个】 印度计划重组各电力设施企业债券350亿 【下一个】 国家电网投资千亿元解新能源并网难题


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