揭秘全球规模最大的“源网荷储”一体化示范项目

从项目签约到正式投运，历时近四年。

2024年3月31日，全球储能配置规模最大的单体新能源场站、全球规模最大的“源网荷储”一体化示范项目——三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目通过永久送出工程正式投运。

（来源：微信公众号“IESPlaza综合能源服务网”作者：IESPlaza）

项目介绍

该项目位于全国I级风能资源核心区内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗，该地区风能资源储量4650万千瓦，技术开发量3650万千瓦，年平均日照时间3200小时，属日照高值区，现已规划风光电装机容量3600万千瓦，是发展风、光电产业的理想之地。

项目总装机200万千瓦，其中风电170万千瓦、光伏30万千瓦，配套储能55万千瓦×2小时，能够储存110台5兆瓦风机满发2小时产生的能量，是国内首个储能配置规模达到千兆瓦时的新能源场站。

示范项目充分发挥“源、网、储”整体联动示范作用，通过风光储一体化建设、运行，自主研发和应用智慧联合集控中心，创新性开展电网友好“网-源”协调关键机制，最大程度缓解了电网系统的灵活性调节压力，有效提升了地区清洁能源消纳水平。

同时，该项目大规模投入使用新型电化学储能系统，通过数字储能动态重构电池网络系统，克服传统BMS储能方案的短板效应，大幅提升了储能系统的有效容量和寿命；STATCOM储能系统基于新型自主化IGCT功率器件和链式多电平换流技术，可实现精准的有功无功支撑和系统高级服务，是国内单机容量最大的直挂式储能装置。

技术应用

2020年12月，三峡集团在乌兰察布市投资6亿元，建设集研发、实证、应用为一体，产、学、研、用深度融合的源网荷储技术研发试验基地。瞄准以新能源为主体的新型电力系统亟需研究的规模化储能技术、并网技术、一体化调度技术、商业模式等问题，联合清华大学、华北电力大学、中国科学院、天津大学等20余所国内顶尖科研机构的专家团队开展攻关研究，已取得诸多技术成果。

▌百万千瓦级电网友好型风光储场站群智慧联合集控关键技术

百万千瓦级电网友好型风光储场站群智慧联合集控关键技术，由中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院和华北电力大学共同组建团队完成联合攻关，创新性地开展了“大规模区域的风光功率联合预测”“面向风光储场站协同优化控制与保护”“电网友好型新能源电站‘网-源’协调关键机制”“新能源快速一次调频和虚拟惯量支撑”等技术研究，针对“规模化储能+新能源”开发了多种调控模式及电网友好功能，实现了“场站层”和“站群层”的有机协调。

智慧联合集控系统作为示范项目的“中枢大脑”，承担着新一代电网友好绿色电站与蒙西电网调度交易中心“智能化自主化交互通讯、主动感知和决策分析”等重要功能。通过全场景的运行考验，系统具备的“顶峰供电、功率平滑、一次调频、虚拟惯量”等电网友好功能得到了验证，新能源场站群“集中功率预测、风光储协同调控策略”等关键技术问题均得到了解决，示范电站具备了“一体化智慧控制、电网友好接入及风光储稳定”的运行要求。

“储能规模配置”是电站并网友好的物理基础，“数字化管理”则是解决高配比储能与风光新能源智慧协调运行的手段。项目创新研发的“智慧联合集控系统”主要通过风光储场站群的“智慧控制”和“智能运维”两条途径进行数字化管理创新，实现示范项目电站的“全面可观、精确可测、高度可控”，实现了能源安全可靠供给的“电网友好”目标、从思维、技术、人才、管理、运营等方面走出创新之路。

▌大规模新能源及储能综合仿真与实验平台

该平台包括基于RT-LAB、RTDS、RT-MEET（国产化动矩实时仿真器）的数字仿真系统和场站的控制保护物理设备屏柜；以功率放大器为核心的动模平台，将不同类型储能和PCS组成的储能系统与数字平台进行连接；最后，在数字平台和动模平台上建立一套实验室管控平台，实现数字平台之间互联，数模平台之间互联，可模拟调度中心或大数据中心的调控功能和仿真数据的展示功能。

该平台具备百万千瓦级新能源及储能装备全电磁暂态实时数字仿真和半实物仿真能力，首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、动态模拟的高速实时通信和接口设计技术，可实现电磁暂态数字模型、实际控制保护装置和储能系统的跨平台联合仿真。国内规模最大、类型最丰富的储能系统动态模拟平台，涉及飞轮、全钒液流、超级电容、磷酸铁锂电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系钠离子电池等七种储能形式，可开展多类型控制保护装置和储能系统的硬件在环仿真试验开发了国内首个新能源并网仿真数字孪生系统，可实现大规模新能源及储能系统综合仿真与实验平台全景可观可测可控的管控新模式。

▌国内容量最大功率路由器示范工程

中国三峡集团科学技术研究院联合清华大学、西安西电电力系统有限公司、山东泰开直流技术有限公司，成功研制了国内容量最大的功率路由器设备。功率路由器共3个功率端口：10kV/6MVA交流端口、10kV/3MVA交流端口、±750V/3MW直流端口；主要有两个功能：一是具备丰富的不同电压等级的交直流端口，适用于风、光、储等不同元素的统一、灵活接入，减少电能变换环节，提升系统运行效率；二是主动控制各端口的功率潮流，通过不同供电区域功率优化协调控制，实现新能源发电的高比例消纳。

作为国内容量最大的功率路由器示范工程，本项目研制的功率路由器各端口容量合计12MW，该设备所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均实现了国产化替代，打破了国外在大功率半导体领域的技术壁垒。在直流变压技术方面，本项目研制的IGCT直流变压器中单个DAB功率模块容量达1MW，相比于IGBT/SiC直流变压器DAB模块，容量提升10倍以上，成本和体积减少1/3以上；在直流故障保护方面，本项目基于国产逆阻型IGCT器件研制了新一代全固态故障电流控制器，实现百微秒开断10kA短路电流、额定2kA电流工况下1.3V超低通态压降，并配备了超快速过流自保护控制系统。

该工程可应用于双碳背景下广泛存在的“源网荷储”工业园区或配网，解决分布式新能源、储能、各种类型负荷的统一、高效、灵活的接入，实现“源网荷储”柔性接入和灵活互动，提高能源利用效率并减少占地。

▌高速磁悬浮飞轮储能调频系统

高速磁悬浮飞轮储能调频系统针对电力系统惯量响应、一次调频应用特性进行优化设计，由高速磁悬浮飞轮单元、一体化变流器、飞轮管理系统、飞轮集装箱等构成，以高速磁悬浮飞轮储能特性为手段，实现稳定电网频率，保障电力系统频率安全的目的。

由中国长江三峡集团有限公司联合沈阳微控新能源技术有限公司依托三峡新能源乌兰察布新型储能验证平台工程研制的“适用于新能源电站惯量和调频支撑的兆瓦级飞轮储能系统”是惯量响应及调频领域唯一一项入选的重大技术。

在2021年12月底，飞轮储能系统运抵乌兰察布项目现场，并于2022年3月通过动模仿真平台试验测试。应用于新型储能技术验证平台的5台200kW高速磁悬浮储能飞轮及配套PCS等设备，构成1MW/15MJ集装箱式飞轮储能系统。其中4台200kW高速磁悬浮储能飞轮及配套PCS等设备组成的0.8MW/12MJ集装箱式飞轮储能系统，主要由飞轮储能阵列、飞轮管理系统(FMS)、储能变流器(PCS)组成，应用于新型储能技术验证平台；另外1台0.2MW/3MJ飞轮储能单体应用于动模仿真平台，其PCS由动模平台侧统一配置。

飞轮储能对解决新能源并网一次调频及惯量响应具有现实意义，也对整个储能产业市场的多元化具有创新意义，可改善电网对可再生能源的接纳能力，提升电网对功率突变事件的调节能力和抗干扰能力。未来，随着电力辅助服务市场的不断完善以及储能技术的不断升级，将为储能打开更多的应用机会和价值收益，也将开启飞轮储能的应用新时代。

▌兆瓦级直流耦合接入的锂离子电池/超级电容器混合储能系统

该项目中混合储能系统采用锂离子电池和超级电容器以能量型和功率型储能技术耦合互补的形式进行应用，整套系统由3个预制舱体组成，分别为0.5MW/1MWh锂离子电池储能系统舱、1MW/0.1MWh超级电容器储能系统舱、1.5MW储能变流器舱。其中锂离子电池和超级电容器储能系统预制舱内分别配有直流汇流柜、电池/电容管理系统、本地能量管理系统、自动消防系统、空调等设备。各储能系统通过直流汇流柜接入相应的储能变流器，再分别接入功率路由器±750V直流母线，响应园区能量管理系统下发的削峰填谷或调频调度指令。

锂离子电池具有能量密度高、储/释能时间长等特点，可用于实现削峰填谷；超级电容器具有功率密度高、响应速度快、寿命长等特点，可参与电力系统一次调频，同时延长电池使用寿命。通过两种储能技术耦合及协调控制策略优化，锂离子电池/超级电容器混合储能系统能够充分发挥性能互补优势，满足电网不同层次需求，最大限度发挥储能的作用。

针对乌兰察布源网荷储试验基地中的交直流混合电网架构，该项目首次实现了将锂离子电池/超级电容器混合储能系统通过DC/DC设备直接在750V直流母线侧进行功率耦合，该接入方式可提高AC/DC并网逆变器的利用率，此外，混合储能系统既可以对交流电网进行功率支撑，又可以解决直流电网的功率突变和谐波问题。

▌兆瓦时级固态锂离子电池储能关键技术及工程应用

项目由1MW/2MWh的能量型固态锂离子电池储能系统与一套用于动模仿真研究的30kW/56kWh的小型固态电池储能系统组成，共同集成于1台40尺的标准集装箱内，通过DC/DC转换器输出750V直流电压并网。

项目通过电芯生产工艺创新以及模组和系统集成创新，对固态锂离子电池储能技术进行优化，研发应用于规模储能的固态锂离子电池，并通过储能示范项目，验证该技术在“源网荷储”场景中运行的安全性及稳定性，实现储能型固态锂离子电池在全球的首次示范应用。

该项目基于氧化物固态电解质体系的原位固化固态电池技术，结合原子级键合技术、离子导电膜技术并配合新型电池装备，提升了界面接触及稳定性、循环稳定性，有效抑制了循环过程中电池的体积膨胀及SEI膜热稳定性。研发的本质安全、长寿命固态锂离子电池，以期从根本上降低电池在失控后发生的起火、爆炸风险，同时将电池的能量密度较传统铅酸电池提升4~5倍，电池使用寿命达到6000次以上，并通过电安全、机械安全、热安全、环境安全等四个维度的极限测试，其安全性能远高于目前常规储能电池。

项目历程

2020年4月6日，三峡集团与内蒙古自治区乌兰察布市签署战略合作协议，就乌兰察布市“源网荷储”一体化综合应用示范项目开发事宜达成一致意见。

2020年9月21日，内蒙古自治区能源局对《乌兰察布源网荷储一体化综合应用示范基地方案》进行复函，表示同意方案的执行，并就“示范目标”“示范内容”等做出了具体指示。

2020年10月28日，该项目（一、二、三期）取得乌兰察布市发展和改革委会批复。

2020年10月31日，乌兰察布源网荷储示范项目暨三峡现代能源产业园在内蒙古乌兰察布市开工建设。

2021年4月28日，该项目（一期）现场开工。

2021年11月30日，该项目（一期）全部风机吊装完成。

2021年12月29日，该项目首批50万千瓦的机组成功并入内蒙古电网，标志着项目迈出了重要的一步。

2021年12月30日，该项目（一期）全容量并网发电。

2021年12月22日，一期风机吊装完成。

2022年7月16日，该项目（二期）开工。

2022年7月28日，该项目（三期）开工。

2022年9月16日，该项目（一期）顺利通过移交生产验收。

2022年12月9日，该项目（二期、三期）3座升压站的7台主变压器全部就位，该项目主要设备全部就位完成。

2023年3月31日，该项目（一期）专项验收全部完成，已初步具备竣工验收条件。

2023年6月20日，该项目（二期、三期）风机基础全部浇筑完成，该项目风场区主要基础施工全部完成。

2023年9月16日，随着最后一台6.66兆瓦风机成功吊装，绿色电站示范项目二、三期工程198台风机全部顺利吊装完成，标志着该项目1700兆瓦278台风机全部吊装完成。

2023年9月27日，该项目（二期、三期）储能设备首台吊装。

2023年12月23日，该项目（二期、三期）150万千瓦并网，标志着全球单体规模最大的“源网荷储”项目建设任务圆满完成。

2024年3月29日，该项目在配套500千伏输变电永久送出工程投运后，周密部署并网安全措施，在两日内完成了170万千瓦风电、30万千瓦光伏的全容量并网，且一次成功。

2024年3月30日，该项目正式投运。