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科技日报记者 张蕴 通讯员 王国栋

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截至今年10月底,青海电网共享储能电站累计交易4600笔,实现增发新能源电量1.39亿千瓦时,为促进储能产业大规模发展,特别是参与辅助服务市场交易、促进新能源消纳提供了重要借鉴。而在8月,由国网青海省电力公司牵头承担的国家电网有限公司科技项目“面向大型新能源富集地区的储能电站优化调度运行关键技术研究及应用”成果正式通过专家组验收,标志着该公司在大规模储能电站优化调度运行关键技术方面取得重大突破,对促进青海省乃至我国储能产业大规模开发利用、实现“双碳”目标具有重要意义。

科技支撑储能产业高质量发展

青海省海西蒙古族藏族自治州的电化学储能电站。傅国斌 摄

储能产业成为青海省战略性新兴产业之一

高原初冬,天朗气清。11月22日,在青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市东部千万千瓦级可再生能源基地光伏产业园区内,一望无际的光伏电站犹如湛蓝色的海洋镶嵌在戈壁黄沙中,源源不断地将耀眼的阳光转化为清洁的绿电,并通过四通八达的电网传输向远方。

截至10月底,青海电网清洁能源装机规模达到3965.14万千瓦,新能源装机规模达到2703.58万千瓦,占总装机的比重分别为91%和62%。伴随着省内新能源装机规模的快速增长,“双高”电力系统安全稳定压力持续加大。

储能作为一种同时具备有功和无功调节能力、能够全面增强大型新能源富集地区电网调峰、调频、调压能力的新兴产业受到广泛关注。目前,全国已有20多个省(自治区、直辖市)先后出台政策,指导支持储能产业发展。

国网青海电力科学研究院电网技术中心主任宋锐介绍,储能系统可在新能源大发时段将多发的电能储存起来,在用电高峰时段进行释放,从而有效缓解电网调峰压力。同时,储能系统具有快速、精确响应电网调度指令的优点,较传统的火电调频机组具有更好的调频响应特性。此外,储能电站还同时具备有功调节能力和无功调节能力,可以全面增强大型新能源富集地区电网的调峰、调频、调压能力,从而有力保障电网安全稳定运行,大大提高新能源消纳能力。

得益于青海富裕的新能源资源、锂资源及当地政府的高度重视,储能产业在青海发展快速,已成为青海省战略性新兴产业之一。《青海千亿元锂电产业发展规划》显示,预计到2025年,青海锂电产业投资有望达到1600亿元,产值达到1800亿元以上。

国网青海电力科技创新部科技处副处长王海亭说:“当前,国内现有的储能电站基本是以直接接入发电侧或用户侧的形式运行。储能电站只有接入大电网,并由电网对其进行统筹运行和管理,它的作用才能得到充分发挥。”然而,无论是研究层面还是实践层面,国内外对于大规模储能电站与电网协调运行的成功案例仍然很少。

2019年,在国家电网公司的大力支持下,由国网青海电力牵头,联合中国电力科学研究院有限公司、国网电力科学研究院有限公司、许继集团有限公司、国网冀北电力有限公司的科研团队,承接公司科技项目“面向大型新能源富集地区的储能电站优化调度运行关键技术研究及应用”,共同开展科研攻关。

青海电科院原副院长、该项目负责人张海宁说:“项目结合未来储能电站发展形势以及储能电站在电网中的各种应用场景,率先立项并深入研究大规模储能电站调度运行相关技术,包括有功、无功优化运行技术及控制策略,努力为大规模储能电站与电网协调运行提供技术支撑。”

科技支撑储能产业高质量发展

青海海西千万千瓦级可再生能源基地光伏发电产业园区。王国栋 摄

储能与电网协调运行技术难题有了解决方案

当前国内外针对储能电站的研究主要集中在协调控制和能量管理上,而以储能电站为整体开展在线状态监测和综合评价等方面的研究极少,而面向省级电网或更大区域电网的储能电站群的研究尚属空白。

项目开展伊始,项目组首先明确了三大研究课题,即大型新能源富集地区储能电站调度接入技术、送端电网的储能电站优化调度技术、省级电网的储能电站调度模块开发与应用。

项目组根据各参研单位的业务领域和研究优势,对三大课题研究任务及内容进行合理分工,确保项目科学化、规范化实施推进。

研究期间,针对大型新能源富集地区的储能电站调度接入技术研究,研究人员分别从信息建模和调度接入方式两个角度开展研究,提出标准化信息模型和储能电站调度接入模式。在此基础上,研究人员分别分析电网调峰、调频、无功支撑等应用场景对储能电站的性能需求,从而提出合理的性能指标和要求,有效解决了储能电站接入调度的信息建模和接入模式问题。

针对大型新能源富集地区送端电网的储能电站优化调度技术研究,研究人员建立了储能参与调峰控制的调度模型与经济特性模型,研究储能与常规机组等其他灵活性可调节电源协调的优化调度策略;基于储能的运行特性及新能源场站对电网电压影响特性及新能源大量接入后电网电压的分布特性,提出了科学高效的储能电站优化分配策略。

针对大型新能源富集地区省级电网的储能电站调度模块开发与应用,研究人员首先建立了储能电站的综合评价模型,并基于电网调度D5000系统开发了省级电网大规模储能电站调度模块,设计了底层数据结构和上层人机交互界面,研发了基于调度端D5000 的大规模储能电站调度开发系统,为大规模储能调度提供了决策工具。

今年4月,历时三年的“面向大型新能源富集地区的储能电站优化调度运行关键技术研究及应用”项目完成了全部研究。项目形成技术报告3份,发表重要论文5篇,申请发明专利7项,申请软件著作权1项。

优化调度策略支撑储能产业大规模高质量发展

11月23日,在位于海西蒙古族藏族自治州格尔木市东部约10公里处的上海电气格尔木美满闵行储能电站,是国内首个商业化运行的独立储能电站。在该站6个电池仓内,52排、5928块磷酸铁锂电池整齐排列,项目经理申元松和同事正在这里仔细巡视储能电站运行情况。

今年2月28日,青海省人民政府印发《青海省“十四五”能源发展规划》,其中明确到2025年,力争建成电化学等新型储能600万千瓦。青海已成为目前储能规划装机量最高的省份之一。相关支持政策相继出台,为青海储能高质量发展奠定了坚实的基础。

8月,“面向大型新能源富集地区的储能电站优化调度运行关键技术研究及应用”科研成果正式通过专家组验收。专家组认为,该项目成果在储能电站与电网调度的信息交互方式、储能电站调度接入性能要求、储能电站参与电网调峰调频及无功支撑等优化策略、百兆瓦级大型储能电站的综合性能评价等方面取得了丰硕的创新性研究成果。

为检验储能电站调度模块实际应用效果,国网青海电力将该模块部署在该公司调度控制中心D5000系统上,并将多个储能电站接入其中。模块运行后,储能电站的综合性能、运行状态及运行效果分析、能效分析、可靠性分析等功能运行正常高效,运行结果一目了然。

国网青海电力调控中心水电及新能源处处长李延和说:“我们在验证储能电站调度模块应用效果期间,模块能够精准采集储能电站和电网实时数据,并经过综合计算后给出准确评价,为调度人员从全网角度对大规模储能电站进行优化调度提供了有力支撑,检验效果达到了预期目标。”

接下来,国网青海电力将基于大规模储能电站调度模块的基础数据,开展储能电站运行数据分析、支撑能力评估、并网性能评价研究及模块新功能开发,充分掌握储能电站对电网调峰、调频、稳压等实际支撑效果,为实现储能电站的规范化管理和统一考核,推动储能产业大规模开发利用提供更加有力的科技支撑。