张北风光储工程实践：风电场配备储能将大幅降低弃风电量-北极星风力发电网

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日前，冀北电科院新能源所所长刘辉在“中国能源高质量发展”年会的“储能技术创新与热点市场实践交流”论坛中分享了张北风光储示范工程的一些有效的实践。刘辉指出，当前电网在频率波动事件仍然经常出现。新能源占比提高以后，如果新能源机组不能调频的话，系统频率会逐步恶化。在这种情况下，冀北电科院依托张北风光储示范工程做了一些有效实践，并得出结论：对于风电场而言，配置储能是最好的方式，虽然会增加风电3%的成本。但通过统计分析，配置储能可大幅降低弃风电量，数值在20%左右。

以下为刘辉所长演讲实录：

刘辉：各位专家、各位嘉宾大家下午好!

新能源的发展形势是新能源侧要装储能的背景，最近几年新能源的风电和光伏装机都是世界第一位，基本比第二名两倍还要多，马上三倍了。其中有几个省新能源的装机占比超过40%，因为我来自于冀北，冀北有一个特点新能源装机占比是第一个超过50%的省级电力公司。2015年的时候国务院批准了张家口的可再生能源的示范基地建设，冀北的新能源发展后劲还是很足的。新能源发展以后面临的挑战，间歇性和波动性的问题。右边的图是很著名的鸭子曲线，它说明的是光伏装机比例高了以后，电网的调节难度压力变大，等效的电谷差加大。

间歇性和波动性的问题是新能源发展存在的老问题，是近十年行业关注的重点。惯量和一次调频能力缺失是最近两三年学术和工程界热门的问题，虚拟同步机的应用应运而生。我这里澄清一个观点，风电机组转动惯量是物理上存在的，但没有与电网耦合起来，所以从电网角度转动惯量是缺失的，不像火电一样，是与电网刚性联系起来的。风电没有把风电机组转速与电网频率关联起来。

现在电网非常大，但频率波动事件仍然经常出现。新能源占比提高以后，如果新能源机组不能调频的话，系统频率会逐步恶化的。如果新能源不能调频占比20%以后，这个恶化很厉害的，最低频率基本下降3倍。如果新能源也能调频的话，基本跟常规的火电也差不多。

在这种情况下，依托于张北的风光储示范工程做了一个些有效的实践，2009年国家电网准备在在张北建一个风光储联合发电示范工程。一期设计考虑新能源波动和间歇性的问题的问题，那个时候还没有考虑转动惯量支撑和一次调频的问题。工程一期在2011年底投产，二期工程陆陆续续分别在2012年和2013年投产。风电现在规模是50万的风电厂，光伏是10万的电站，储能目前上的一期储能为主，大概2万多MW水平。

风光储建成投运以后，破解新能源并网的难题上做了很多有效的探索。特别是在大规模储能集成上面，这是国内比较早的工程，刚才各位专家汇报的江苏的，包括火电厂的调频，底层集成的技术应该很类似。这个工程比较早，当时国内主流的锂电池厂家的产品在风光储都有应用，从这样来讲，也是示范工程的重要贡献。

张北工程是个示范工程，经济效益不是追求的第一位，在这个里面也示范了很多类型的技术，光伏示范了五种类型，基本世界上有的技术它都有。

风电主要以大容量风电为主，最大的风机是5MW。

今天主要给大家说储能的事，储能总的功率大概2万多，以锂电池为主，锂电池是14MW/63MWh。铅酸电池是12MWh，钛酸锂电池是1MW/0.5MWh，液流电池2MW/8MWh，超级电容储能系统1MW。这个工程建设过程中，从前期的设计、关键技术攻关，今天在坐的来小康所长发挥了重要作用。

从系统层面来看，风光储跟一般的光伏能源不一样，实现了风光储联合储存的问题，控制上来讲研制出风光储联合发电监控系统。功能上，实现了平滑出力、削峰填谷、跟踪计划。我们对风光储的电池经常做试验，投运是2011年，到现在接近五六年时间，在去年10月份跟它的锂电池产品都做了试验。能量保持率大概在90%的水平，转化效率大家的定义方式有很多，我们这个是交流进交流出的效率，大概在90%左右的水平。

铅酸电池做的试验大概是70%多，液流大概是55%。

最后一部分我给大家汇报的重点，去年在风光储做的虚拟同步机的工程，这个工程在整个去年年底投运。刚才许继介绍，许继也参与项目还有一个公司，产品也主要是这两个厂家提供的。我们在光伏、风电都做了尝试。今天给大家汇报的是光伏+分布式储能，还有集中的电站的虚拟同步机。

系统频率之所以稳定，主要是由于火电机组的调频能力。如果新能源机组不具备这个调频能力，它的波动也是比较大的。我们做了很多尝试，也做了各种各样的调整，一天24小时以内，如果和火电设备一样，基本动的频次很高几百次。新能源的调频从另外一个层面是系统稳态运行，我个人认为它也是有必要的。整个逆变器的容量500千瓦，电池的配置是10%，是50千瓦，选了两种电池，一种是锂电池，还有一种是超级电容。

这是实际运行的情况。虚拟同步机功能改造完以后，对新能源机组的发电量没有什么影响。光伏没有完全改，剩下的储能都是用集中式储能解决调频问题。

这是锂电池和超级电容的对比，锂电池在响应时间不如超级电容。但在其他方面，支撑时间、调频备用都比超级电容要好。二者的投资造价差不多，我们从系统的角度来看，更希望一是调频的支撑时间长一些，我们知道火电机组现在的一次调频和二次调频衔接，要想衔接上需要2分钟。如果支撑15s的话，频率下来怎么办?。这是我们做的两个集中式的储能，有一些光伏发电站没有做虚拟机的改造，没有改造的部分，做了两台5兆瓦的集中式，它的功能比较丰富，除了常规做二次调频功能以外，主要有一次调频、惯量支撑的功能、调压的功能、振荡抑制功能、黑启动功能。

配置两台5MV集中式储能，它是10MW，对应的电源的容量应该是100MW水平。虚拟同步机解决了一些集成控制问题，采用总控和模块分层控制结构，主要防止功率单元并联引起环流和振荡的问题。这幅图是黑启动试验波形，整个储能黑启动0起升压，从0到50伏的过程，把这儿放大，这个过程需要1s钟时间电压就起来。

对于风电场，我们觉得要配置储能是最好的方式，虽然配置储能会增加风电厂的投资，估算下来大约是3%的水平。如果不配置储能，每年弃风电量的损失在20%左右，我们做过统计分析。今天由于时间分析，就给大家汇报分享这么多，谢谢大家!

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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