黄河水电顾斌：水光风储综合智慧能源系统技术研究——2019年智慧电厂论坛（一期）

在践行新发展理念，打造清洁能源产业链，以价值创造为核心，突出绿色发展和创新引领方面走在前列的国家电投黄河上游水电开发有限责任公司，已经瞄准新能源技术发展方向，积极开展水光风储综合智慧能源系统术研究，青海黄河智慧能源有限责任公司副总经理顾斌在2019年智慧电厂论坛（第一期）从水光风储能源发展的一个趋势，清洁能源互补技术研究，以及对大容量离网型综合智慧能源系统初步的探索和研究三个方面进行主旨发言。北极星电力网、电力头条APP将对大会进行全程直播。

直播地址：2019年智慧电厂论坛（第一期）    

顾斌：尊敬的各位领导，各位嘉宾，还有在座的各位老师，我是黄河水电公司的顾斌。前面各位嘉宾介绍的主要是从智慧电厂的角度，跟大家分享他们所做的一些宝贵的经验。

因为我们是一个能源企业，今天主要从水光风储综合智慧能源系统技术研究这个发言题目来跟大家一起分享一下，多跟大家分享一点技术性的东西，希望大家感兴趣。

首先简单介绍一下黄河公司，黄河水电公司是国家电力投资集团公司控股的大型综合能源性企业，目前总资产是105亿，整个能源的业务范围是水电、光伏、风电、火电和电解铝，水电是17座，一共是1083万千瓦，主要是在青海地区，少量的分布在甘肃、宁夏、陕西。光伏是38座，总装是388万千瓦，风电是16座，总装是94万前，火电是2台机组，是132万千瓦，还有电解铝是年产60万吨和年产碳素30万吨。

主要光伏风电主要是在青海地区，少量的在甘肃、宁夏和陕西。

目前黄河公司已经形成了覆盖全部光伏产业的产业链，从前端的电子级多晶硅，年产2500吨，还有切片年产8000万片，电池是年产800兆瓦，分别在西宁和西安两个厂，组件是年产300兆瓦，这个是2016年习近平总书记到我们电厂进行考察，对我们厂的生产和整个光伏产业发展给予了高度评价。

最后一个是即将开发建设的镍矿，这个矿年产是561万吨，目前正处于基建准备期。

综上所述，整个装机规模是1697万千瓦，清洁能源占比达到92%。

下面进入主题。

我想主要跟大家分享的三个内容，第一个就是水光风储能源发展的一个趋势；第二个是清洁能源互补技术的研究；第三个是对大容量离网型综合智慧能源系统初步的探索和研究。

从这个技术研究背景来讲，总结有几个方面，第一个就是能源安全和环境保护方面，因为目前整个化石能源已经日益枯竭，而且我们也面临着使用能源的安全问题，包括在全球的《巴黎协定》上，中国也许诺在2020年非化石能源占比要达到15%，2030年非化石能源要达到20%。同时常规能源的发展也受到一定的限制，比如说火电机组对我们现在的生态环保要求来说，环保的影响相对比较大。包括水电，因为可开发的资源，现在慢慢有限了，资源这一块的可开发资源已经相对较少，同时也受到环保和征地等问题的限制。

从国家大的政策来说，党中央要求发展绿色低碳循环发展的经济体系，推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

推动新能源发展，加快风电、太阳能等新能源开发利用已成为国际社会推动能源转型、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动。

随着新能源技术进步，在经济上也已经进入平价上网阶段，在一些国家和地区已经具备和化石能源竞争的能力。目前光伏的价格已经达到了火电的标杆煤价，和火电在发电成本上已经基本上是持平了。

但是新能源面临的一些先天性的技术问题，比如说出力波动性、随机性，包括光伏白天发电、晚上不发电，它的间歇性，风电的小风达不到启动风速就不发电，它的间歇性，包括整个新能源发电的调节性差。大规模发展需从技术层面解决这些问题。

第一部分，介绍一下水光风储能源发展的趋势。

先看一下水电，水电的发展是统计，截止到2018年10月，全国水电总装机容量达到3亿千瓦，到2020年将达到3.4亿千瓦。从水电的发展趋势来看，根据水电发展十三五规划提出来的，十三五将加快抽水蓄能电站建设，这个是更加适应新能源开发需求，因为目前抽水蓄能电站的成本和技术成熟度远远高于电化学储能和其他的先进储能方式，同时它又能为远距离输电提供一个稳定的电源，如果是远距离输电，整个线路白天输送，晚上不输送，线路肯定是不经济的。这个能解决这个问题，同时又能够保证整个电力系统的安全稳定运行。

再介绍一下光伏的发展趋势，这个其实是黄河公司历年来，从2010年开始发展建设光伏到现在的一个历程，我觉得它能反映我们整个光伏行业发展的技术方向。

先看2010年，2010年的光伏项目建设容量是10兆瓦级的，10兆瓦、20兆瓦，最多可能就是50兆瓦。当时整个支架方式主要是固定式支架，组件是多晶和单晶硅组件，逆变器是500千瓦的集中式逆变器。

再看一下2012年，整个光伏的发展开始部分试用单轴和双轴跟踪支架，组件还是以多晶、单晶组件为主，但是这个时候已经有高倍聚光和低倍聚光组件推到市场上，这时候也是同样试用一些小部分组串逆变器。

到了2014年，这是一个光伏发展的大年，发展最快的一年，这时候全国光伏电站的装机单机规模已经达到了百兆瓦级的水平，一站基本上就是100兆，甚至更大。这时候还是以固定式支架为主，组件也是多晶单晶两个技术类型在使用。当然这个时候主要的一个特点，就是大规模开始应用组串式逆变器。

2014年的一个代表性项目，就是我们开发建设的一个项目，这个项目单体容量是850兆瓦。

到了2016年，主要的一个体现就是在组件上，组件开始试用一些高效的PERC组件，双面、高效组件，开始在各发电企业试用。2016年我们的一个比较代表性的项目，是在青海建设的一个100兆瓦的试验基地项目，这个和常规的光伏电站是不一样的，分别建了五个试验对比区，分别是组件对比区、逆变器对比区、支架对比区等等。

2018年主要是固定式和跟踪式支架开始大幅度使用，这时候的组件已经不全是单晶、多晶单面组件了，开始大范围地使用双面电池组件，提高整个发电效率。还有在光伏电站上配套储能系统，这个也是一个新的趋势。

未来的发展趋势，支架这一块可能不单以固定支架为发展趋势了，技术导向应该是在跟踪支架方面，使用的是双面高效组件，同时采用的逆变器也不再是单一的只能发电的逆变的逆变器了，是逆变和储能一体的逆变器。同时开始规模化配置储能系统，因为只有配置储能系统以后，你的光伏电站才能更好地发挥它的一些发电特性。同时，整个设备，我们想它可能是不是以现场加工，以模块制造为主了，在厂家或者是生产企业就可以把这个集成成模块化，现场直接过来组装、拼装，就可以了，这样可以有效地保证整个安装质量，和提高安装的速度。

这就是光伏发展趋势的一个总结。

再来看一下风电，风电的发展，在2011年之前，风机的功率主要是小功率，0.75到1.5兆瓦的水平。当时开发的风速还是相对资源比较好的，风速达到10米/秒的水平，到了2011年到2016年，开始朝着单机功率很大的，1—2.5兆瓦的水平，叶轮直径是95到121米，风速下降，达到8.5米每秒到11米每秒就能进行开发。

到了2017年到2018年，风机继续开发，达到3兆瓦—5兆瓦，技术类型是直驱到半直驱，大功率风电机组，叶轮是141—181米，风速是6.5米每秒到9米每秒。

未来趋势，5兆瓦以上，风速可以达到5米每秒以下也可以进行开发。

再看一下储能的发展趋势，储能系统，2015年以前主要是配套在新能源汽车和离网型的小型储能系统里面，主要是在分布式光伏项目，还有微网，还有户用系统来配备。这个时候主要是铅酸蓄电池和铅碳电池。

用户侧，起到的作用主要是解决发电高峰和用电高峰不一致，我们要想解决这个能量搬移和削峰填谷，提高供电可靠性，减少变压器投资及容量电价成本。这时候的技术增加到铅酸、磷酸铁锂和三元锂。

到2018年以后，新能源电源侧储能系统，要提供电源点辅助系统，要把储能装置作为一个常规的装备来配置，主要是调峰调平、能量搬移，同时也可以解决弃风弃光的情况。

再就是可以解决日间优化光伏电站的出力特性，因为光伏电站出力特性是一个不规律的曲线，我要想让它是一个规律的可控的，就要在电站侧增加储能系统。可以解决夜间作为支撑用电需求，不光白天可以发电，晚上也可以发电，技术从三元锂到磷酸铁锂，还有液流开始出现。

第二是清洁能源互补技术研究，这作为一个主要内容跟大家分享一下。

我们的研究是要应用的，所以我们十三五规划，整个在青海要开发，水电要开发416万千瓦，主要是羊曲、班多、茨哈峡。光伏是400万千瓦，风电是200万千瓦，目前已经建设100万千瓦。储能，现在已经建设了三座储能示范项目，后续还要配合水光风继续增加储能建设的容量。

整个研究的基础，还是在我们前面介绍的这些水光风储这些实证的数据为依据，因为这些数据是我们研究的基础，来研究整个清洁能源互补技术。

首先看一下光伏特性研究的一个情况。

这几张图都是刚才提到的，在试验基地，一个跟踪支架对比区，研究不同的跟踪支架和不同的组件出力特性的情况。可以看一下平单+双面这种支架类型，它很显著的一个特点，是能提高早晚发电时间，把这个时间可以进一步拉长。第二，中午，可以看一下它有一个小的波谷的状态，但是总的发电量要比单一固定式单面组件的形式要高很多。左下角这张图，可以看一下这是我们去年小范围的用了一下垂直N型PERT双面，出现双波峰特性，中间到了中午出力降低得还是比较明显。

再看一下光伏受天气影响的发电特性。

第一个是晴天的时候，它的发电出力是馒头状的曲线，还是比较平滑的。到了多云和阴天的时候，可以看它的出力就是一个锯齿形的出力特性。

在研究光伏是以年为基础单位，研究它的日发电量情况。左边是一个均值的发电处理情况，右边是研究的季节性的发电情况，可以看到冬季的时候发电量相对低，但是到了夏天和春天的时候，这个发电量是出现高峰。

当然这个是以平单轴系统为例的，如果是固定式支架，这个发电情况和这个又截然不同了。

这个是风电的一个出力特性研究，可以看一下左边是日发电分析情况，右边是研究月度的日均发电量情况，在冬季的发电量相对较高，但是夏季它的发电量出现一个比较明显的降低。所以这两个图如果叠加在一块的话，可以明显看出光伏和风电的互补特性。

这是储能特性的研究，我们研究的是以20兆瓦的一个储能示范站作为研究的数据源，可以看一下左边这张图，红色的那条线是光伏的实际出力，绿色的线是调度给我们下发的出力曲线，可以看到当光伏的出力已经高于调度的出力曲线的时候，储能系统开始工作，把多余的光伏发电量进行储存，储存以后在晚上和早晨，在光伏不发电的时候把它释放出来。这个有一个很好的作用，就是能够减少整个电站弃光的情况，同时又能够减少调度考核的情况，因为跟调度曲线能很好地结合在一块。

这个是我们对整个光伏系统本体互补性的一个研究的结论，不同的支架、不同的组件，不同的匹配方式，不同的跟踪方式，其实是有一定互补性的。可以看下，发电曲线是不一致的，这种不一致性，我们就想利用光伏自身的互补特性，怎么样配置不同的方式，让它的曲线更加平滑，更加出力稳定，这样可以降低整个光伏出力的波动，同时能提高水光风多能互补的稳定性。

这是风电本体互补的研究，截取的是一天的曲线，一个是50兆瓦的风场，一个是350兆瓦的风电站群，从当天来看也有一定的互补效应，是基于你在一个区域，但是一个区域有小气候的影响，有一个自身的互补。

这个是我们在研究光和风具体配多大的容量，多大的比例，互补性体现得比较好。因为在光伏和风电并网调度是有规定的，光伏是一分钟功率变化不能超过10%，风电是33%。这两张图截取了2016年1月1号到2017年4月30号，一个是2017年1月1号到2017年12月31号，在区域建设光风装机容量配比接近2：1的时候，出力的互补性相对是最好的。

这个是风电的大风年和小风年的情况，可以看到大风年和小风年的时候，红色是光伏发电的一个图，绿色的是风电发电的一个图，可以看出互补性还是很不错的。光伏大的时候风电少，但是风电大的时候光伏又小，所以综合起来之间是有一定的互补性。

因为我们想做水光风储多能互补综合能源的项目，左边这张图主要是水和光互补的研究曲线，右边是水光加了风的研究曲线。因为整个研究假定在日三段线电力送出需求的情况下，和日午段线电力送出需求，这是满足就地消纳的两种情景，都能满足互补性。

这张图，是现在正在建设的120万羊曲水电站为例，最后研究结论是如果是在60%，右下角这张图，互补率能保持在60%的这个数上，建议光伏的装机容量为水电装机容量63%，120万的羊曲水电站可以配75兆瓦的光伏发电，它的互补率能达到60%。当然如果想进一步提高的话，装机容量不能太大，应进一步降低。

这张图是刚才提到水光互补项目实际的互补特性的研究，这个项目一共是850兆瓦的光伏和1280兆瓦的龙羊峡水电站，分别截取晴天、阴天、多云三种天气下的互补特性，蓝色的是光伏发电曲线，绿色是水电调节以后的曲线，最后是吻合以后的调度曲线，最后实际的是黄色的曲线，可以看出来它的吻合度还是比较好的。

这个跟前面一样的，是从监控系统截出来的一张图，也是能反映出来水光互补实际发电的情况。

第三个内容，主要是想跟大家探索一下，怎么建设大容量离网型综合智慧能源系统这一块的研究，这个研究我们还没有付诸于实际的项目，是在探索研究的阶段。

怎么建设大容量离网型综合智慧能源系统，因为我们目前整个电源还都是并到网上去的，但是有些用户需求这种，比方说离变电站很远的地方，而且他的用电需求还比较大的地方，我们怎么样给他配电源系统。出于这个考虑，因为这个主要是基于刚才讲的镍矿的开发，是在离格尔木很远的地方，是没有电的，我们想怎么探索给他配一个独立的能源系统。

主要从几个方面，首先要建立他的能源系统的平衡有两方面，第一是电力平衡，第二是热能平衡，因为矿山有生产设备，还有生活供热需求。初步想的，还是以光伏为主，因为当地的光资源非常好，以风电为辅，同时增加少量的电池储能，电池储能主要起到调峰调平调节的作用。大规模地安装一些抽水蓄能电站，因为它是技术和经济性比较好的一个储能的系统。同时，燃气热电联产技术作为备用技术，作为支撑和调节作用。同时，因为有热的需求，可以考虑用电热水锅炉来进行储能，同时它可以解决光伏白天发的电过剩问题，晚上把它储起来进行整个厂区的供热。

总的思路是这样的一个思路，但是具体的研究还是想的从用电端的负载出力特性进行切入点，因为每天的用电特性到底是什么样的，每个小时的出力，用户需要负载出力是多大，同时每天热耗能是多少，年耗能是多少，这些作用一个基础数据进行研究。

总结起来，觉得研究应该从几方面。

第一，就是根据用定负荷的情况，先确定光伏发电的装机规模，因为在这种地区，光伏肯定是作为最大的一个基础电源。同时，要研究光伏和风电匹配多少，怎么匹配，才能和负荷出力需求相适应，我们分别建100%光伏，0的风电地或者反过来的情况，当然我们觉得在上面的曲线需求下，觉得60%的光伏配40%的风电，越接近这个数，它的负载是非常好的。

然后开始进行建立仿真模型，分析光伏和风电发电出力和用电负荷差额。导入不同储能容量，在导入储能以后，会发现虽说储能的容量在不断增加，解决的整个不足的发电缺口那部分相对趋于平缓。这张图可以看到配置50兆瓦储能时和配置950兆瓦储能的时候，最上面黑色的就是发电缺口的部分，可以发现储能容量增加，发电缺口确实在下降。但是可以看到达到一定数值的时候，比如达到650兆瓦的时候，这个发电缺口已经趋于平缓了。趋于平缓的时候，你如果为了满足那一点缺口，再上大容量的储能，肯定经济上是不合适的。所以解决的问题，我们认为可以利用这个燃气煤机等等，来弥补这个缺口，这样保证经济性。当然上燃气煤机的运行成本还是比较高的，所以建立这个模型的时候，运行成本也是一个我们需要考量的因素。

介绍的内容就是这些，各位嘉宾和专家们看看如果有什么问题可以提一些宝贵的意见。

再次感谢大家！谢谢！