國家電網積極推動儲能產業發展——“超級充電寶”助建新型能源體係
清晨,大別山深處,國網安徽金寨抽水蓄能電站上水庫波光蕩漾,水流湧動。伴著水庫水位逐漸升高,電站機組靜靜地等候用電高峰的到來,蓄能待發。
“如果4台機組滿抽,6個(ge) 小時就能蓄滿上水庫,給金寨電站這個(ge) ‘超級充電寶’充進700多萬(wan) 度電。”國網安徽金寨抽水蓄能有限公司董事長朱安平介紹,在用電高峰時,電站會(hui) 根據電網調度指令啟動機組,從(cong) 上水庫向下水庫放水發電,保障電力供應、維護電網平衡。
在用電低穀時將電力儲(chu) 存起來,等到用電高峰再釋放——大批近似於(yu) “超級充電寶”的儲(chu) 能項目,正通過削峰填穀避免電力係統“忙閑不均”,保障電力係統安全穩定運行,支撐清潔能源大規模發展。
儲(chu) 能作為(wei) 能源轉換的關(guan) 鍵環節,是建設新型能源體(ti) 係的重要一環。國家電網如何推動儲(chu) 能產(chan) 業(ye) 發展?攻克了哪些技術難題?拓展了哪些應用場景?一起去看看——
規模擴大
儲(chu) 能技術“百花齊放”
目前,儲(chu) 能主要包括抽水蓄能和新型儲(chu) 能兩(liang) 類方式。其中,抽水蓄能是目前技術最成熟、經濟性最優(you) 的儲(chu) 能技術,適合規模化開發建設。新型儲(chu) 能則是指除抽水蓄能外,以電力為(wei) 主要輸出形式的各類儲(chu) 能技術,包含鋰離子電池、壓縮空氣儲(chu) 能、機械儲(chu) 能等。
“新型儲(chu) 能響應速度快、調節精度高,且布局靈活、建設周期較短,但受到成本、安全性等因素製約。”中國電力科學研究院首席技術專(zhuan) 家惠東(dong) 介紹,抽水蓄能具有容量大、可靠性高、經濟性好、應用技術成熟等優(you) 勢,在保障大電網安全、促進新能源消納中發揮重要作用,但也受選址條件高、建設周期長等因素限製。
不同儲(chu) 能技術路線利弊兼有,卻不影響其“百花齊放”。隨著“雙碳”目標的提出,中國儲(chu) 能產(chan) 業(ye) 進入快速發展期,成為(wei) 構建新型電力係統、建設新型能源體(ti) 係的重要支撐。
前不久,河北省承德市大山深處,國網河北豐(feng) 寧抽水蓄能電站6號機組正式投產(chan) 發電。據介紹,該電站在裝機容量、儲(chu) 能能力、地下廠房規模、地下洞室群規模方麵創下4個(ge) “世界第一”,書(shu) 寫(xie) 了中國抽水蓄能發展史上的多個(ge) 紀錄,創造了抽蓄建設的奇跡。
長400多米、寬25米、內(nei) 高50多米的地下廠房建於(yu) 6條雙向水道上方,在廠房中央,12台發電機組一字排開,連接地下輸水係統。“抽水時用電驅動水泵,發電時則由勢能推動水輪機發電,一台機組兼具抽水和發電功能。機組可以在5分鍾內(nei) 由滿負荷抽水轉變為(wei) 滿負荷發電。”國網河北豐(feng) 寧抽水蓄能有限公司副總經理吳培枝說,2021年12月,電站首批機組投產(chan) 發電,接入張北柔性直流電網,在源頭上降低了新能源發電的波動性。這不但開創了抽水蓄能發展史上的先河,也為(wei) 破解新能源大規模開發利用提供了寶貴的“中國方案”。截至目前,豐(feng) 寧電站已累計投產(chan) 機組10台,裝機容量達300萬(wan) 千瓦。
國網新源集團基建部主任張學清介紹,中國抽水蓄能在水庫防滲、高水頭壓力管道、複雜地質地下洞室群等方麵達到了國際先進或領先水平,機組朝著大容量、高水頭、高轉速、可變速方向發展。中國電力企業(ye) 聯合會(hui) 提供的數據顯示,截至2022年底,中國抽水蓄能總裝機規模達4579萬(wan) 千瓦,是2012年底的2.2倍以上,規模居世界首位。
與(yu) 此同時,新型儲(chu) 能在示範項目建設、商業(ye) 模式探索、政策體(ti) 係構建等方麵也取得積極進展,市場應用規模穩步擴大。
張北草原上,國家風光儲(chu) 輸示範工程是世界上規模最大的集風力發電、光伏發電、儲(chu) 能係統、智能輸電於(yu) 一體(ti) 的新能源示範電站工程。依托該示範工程,國家電網成功完成國內(nei) 外首個(ge) 高比例新能源係統的涉網性能試驗。在這裏,無限“風、光”化為(wei) 綠色電能,源源不斷向外輸出。該工程助力北京冬奧會(hui) 全部場館實現100%綠電供應,“張北的風點亮北京的燈”成為(wei) 綠色冬奧的閃亮名片。
國家能源局能源節約和科技裝備司副司長劉亞(ya) 芳介紹,截至2022年底,全國已投運新型儲(chu) 能項目裝機規模達870萬(wan) 千瓦,平均儲(chu) 能時長約2.1小時,比2021年底增長110%以上。
國網能源研究院能源戰略與(yu) 規劃研究所所長魯剛指出,當前正處於(yu) 能源綠色低碳轉型發展的關(guan) 鍵時期,“超級充電寶”作為(wei) 儲(chu) 能新方式,對滿足電力係統調節需求、保障電力係統安全、促進新能源大規模開發和消納利用有著重要意義(yi) 。
攻克難題
實現多項技術突破
我們(men) 常把抽水蓄能電站比作一個(ge) “超級充電寶”,但想在山水間順利地安置抽水蓄能電站這個(ge) “超級充電寶”,可不容易。除了建設難之外,機組的整體(ti) 調試也麵臨(lin) 種種挑戰。下廠房、做統籌、盯進度、解難題……對於(yu) 眾(zhong) 多儲(chu) 能項目建設者來說,這早已成為(wei) “家常便飯”。
“3號主變壓器受電一次性通過!”近日,在工作人員的陣陣歡呼聲中,位於(yu) 河南省南陽市南召縣的國網天池抽水蓄能電站3號主變壓器順利投運。筆者了解到,天池抽水蓄能電站主變器位於(yu) 地下廠房,因主變壓器單件運輸最重、安裝工藝要求高、安裝時受空間限製大,被認為(wei) 是整個(ge) 地下廠房機電設備安裝技術難度最大的設備之一。
“必須嚴(yan) 格執行3號主變衝(chong) 擊試驗方案。”國網天池抽水蓄能電站運維檢修部專(zhuan) 責徐誌壯說,3號主變送電衝(chong) 擊前,天池電站嚴(yan) 格執行送電衝(chong) 擊試驗作業(ye) 二級風險管控措施,抽調各方參建人員按照試驗方案配置人員,指派中控室人員匯總信息並現場調度、調試人員現場指揮,確保各區域人員做好設備檢查、保護檢測、狀態巡視等協調配合。經過連續120分鍾的衝(chong) 擊試驗,3號主變差動保護躲過勵磁湧流的性能最終得到驗證。
比起抽水蓄能電站的建設,新型儲(chu) 能項目的建設者則將更多精力集中在技術創新突破上。
在安徽省六安市全國首座兆瓦級氫能綜合利用示範站,一台台質子交換膜純水製氫設備,正源源不斷地生產(chan) 氫氣,通過管道輸送到先進的氫燃料電池中進行發電利用。
“研發、設計等難題一度讓我們(men) 的研究止步不前。”國網安徽電力氫能綜合利用示範站技術負責人滕越說,好在這些難題都通過技術創新得到了解決(jue) 。“我們(men) 首創了大功率低能耗氫電轉換核心裝備技術,開發了整站安全預警與(yu) 防護技術,實現了對氫氣泄漏的早期預警與(yu) 事故預防,還在國內(nei) 首次開創了兆瓦級‘製氫—儲(chu) 氫—氫能發電’的全鏈條技術貫通和滿功率運行。”
如今,該站突破了20餘(yu) 項技術瓶頸,年製氫可達70餘(yu) 萬(wan) 標立方,氫發電70餘(yu) 萬(wan) 千瓦時,所製氫氣可在氫燃料電池車、氫能煉鋼、綠氫化工等領域應用,真正將“零碳循環”書(shu) 寫(xie) 在江淮大地上。
《中國新型儲(chu) 能發展報告2023》顯示,目前新型儲(chu) 能仍處於(yu) 發展初期,在核心材料、係統集成、調度運用、安全防護等方麵還有大量技術難題有待解決(jue) 。未來應充分調動各方積極性,加大新型儲(chu) 能技術創新力度,通過打造一批原創性技術,帶動產(chan) 業(ye) 升級。
“充放”自如
滿足多元應用場景
因具備削峰填穀、調頻調相和“充放”自如等功能特征,儲(chu) 能項目又被視為(wei) 電網安全運行的“穩定器”“調節器”,在多種應用場景下投入使用。
在江蘇省揚中市新壩鎮電氣工業(ye) 品城內(nei) ,國網鎮江供電公司投運了一套光儲(chu) 充直柔的微電網。“用屋頂光伏麵板發的電給汽車充電,充電時間比用電網電快了1倍。”5月16日,市民王先生在用微電網給自己的電動汽車充電時說。
據了解,微電網分布靈活、高效應用。相較於(yu) 傳(chuan) 統電網單向接受能源的形式,其不僅(jin) 能自給自足,實現光伏電在區域內(nei) 的自發自用,還能根據外部環境靈活調整運行模式,以直流電向相鄰台區進行柔性互聯,可在“互聯”和“孤島”兩(liang) 個(ge) 模式中切換。
“光伏發電產(chan) 生的電量被存儲(chu) 在儲(chu) 能裝置中,既可以給電動汽車充電,也可就近向相鄰線路輸送,在臨(lin) 近線路故障的情況下,它還可承擔故障線路的負荷,向用戶供電。”國網鎮江揚中市供電公司副總經理包磊介紹。據測算,經過靈活切換,微電網內(nei) 的整體(ti) 能效提升6%以上,每年可節省二氧化碳排放3.62噸。
這隻是儲(chu) 能多種應用場景之一。在新能源產(chan) 業(ye) 蓬勃發展的大潮下,儲(chu) 能產(chan) 業(ye) 發展潛力巨大,不僅(jin) 有利於(yu) 激發經濟高質量發展新動能,對促進經濟社會(hui) 發展全麵綠色轉型也有重要意義(yi) 。
位於(yu) 湖南省長沙市的晟通科技集團是全球規模領先的鋁箔、鋁膜板生產(chan) 企業(ye) 。作為(wei) 中國節能減排突出貢獻企業(ye) ,該公司在自身園區、現有停車位建設光儲(chu) 充一體(ti) 化項目,儲(chu) 能總容量為(wei) 16.5兆瓦/40兆瓦時。該項目於(yu) 去年10月投產(chan) 並網,首日發電量為(wei) 3.4萬(wan) 千瓦時,儲(chu) 能兩(liang) 充兩(liang) 放,每天最高可提供約8萬(wan) 千瓦時錯峰電量。晟通集團有關(guan) 負責人表示:“光伏儲(chu) 能項目建設後,大大削減了公司用能成本,預計未來每年可為(wei) 公司節約開支超360萬(wan) 元。”
據悉,為(wei) 做好儲(chu) 能項目並網工作,國網湖南電力主動對接項目建設開發主體(ti) ,確保早並網、早投產(chan) 。預計到6月底,湖南將新增各類新型儲(chu) 能裝機1000兆瓦,有效保障今夏湖南電網平穩運行。
業(ye) 內(nei) 人士指出,從(cong) 電力係統來看,儲(chu) 能應用可以分為(wei) 電源側(ce) 儲(chu) 能、電網側(ce) 儲(chu) 能和用戶側(ce) 儲(chu) 能三大場景。
滕越介紹,電源側(ce) 儲(chu) 能,主要配置在電源端,可以匹配風、光等新能源,促進新能源高效並網與(yu) 消納;電網側(ce) 儲(chu) 能,分布在電網關(guan) 鍵節點,可提供調峰、調頻等多種服務,提升係統抵禦突發事件和故障後恢複能力;用戶側(ce) 儲(chu) 能,則安裝在用戶負荷端,可提升用戶靈活調節能力。
不同的儲(chu) 能技術因其性能特點不同,適用不同的應用場景。國網能源研究院新能源與(yu) 統計研究所副所長黃碧斌分析,抽水蓄能電站容量效益強、單站規模大,適宜電網側(ce) 大規模、係統級應用;新型儲(chu) 能單站體(ti) 量可大可小,環境適應性強,能夠靈活部署於(yu) 電源、電網和用戶側(ce) 等各類應用場景,可以作為(wei) 抽水蓄能的有益增量補充。
專(zhuan) 家預測,在傳(chuan) 統的應用場景基礎上,未來水風光儲(chu) 一體(ti) 化、風光儲(chu) 一體(ti) 化等應用場景將不斷湧現,儲(chu) 能項目在西南水電基地等大型新能源基地開發中作用凸顯,中小微儲(chu) 能項目的建設應用將更加廣泛。多類型、多場景的儲(chu) 能應用格局將逐步顯現。
效益顯著
惠及人民美好生活
在推動能源綠色低碳轉型之外,許多儲(chu) 能項目不忘將生態優(you) 先融入建設,生態效益已成為(wei) 蘊含在建設過程中的重要內(nei) 核。
在國網浙江寧海抽水蓄能電站施工現場,目光所及,綠意盎然。“複綠可是我們(men) 建設‘超級充電寶’最重要的工作之一。”國網浙江寧海抽水蓄能有限公司工程部副主任夏萬(wan) 求指著周圍一個(ge) 又一個(ge) 山頭說道,“那邊有寬葉草、高羊茅、紫花苜蓿,這邊還有刺槐、多花木蘭(lan) 、車桑子等。”
據現場工作人員介紹,工程施工開挖出來的多是岩石麵,坡度近90度。複綠時,他們(men) 要像蜘蛛人一樣,懸掛著去給岩石釘上鐵絲(si) 網,再一遍一遍噴上特殊配方的混凝土,既可固定植物種子,也能進一步保土護坡固沙。2018年項目開工以來,邊施工邊複綠,複綠麵積已超過25萬(wan) 平方米。
“超級充電寶”建設帶來的不僅(jin) 是綠水青山的重現,還通過拆遷安置、完善基礎設施等舉(ju) 措惠及居民生活,實現經濟效益與(yu) 社會(hui) 效益的最大化,帶動投資和相關(guan) 產(chan) 業(ye) 發展。
明淨的鄉(xiang) 村小道,靚麗(li) 的綠化帶,成排的兩(liang) 層小樓……走進河南省洛陽市洛寧縣澗口鄉(xiang) 鰾池村,藍天白雲(yun) 掩映下的村鎮顯得格外秀美。然而,曾經的鰾池村卻隱藏在熊耳山深處,多年來僅(jin) 有一條羊腸小道通向外界。
隨著國網河南洛寧抽水蓄能電站的建設,鰾池村村民進行了移民搬遷。工程建設中,電站建設方主動修建周邊外延道路,吸收鰾池村村民就業(ye) ,盡可能地讓搬遷群眾(zhong) 多得實惠。
“抽水蓄能電站項目給我們(men) 村帶來了翻天覆地的變化,不僅(jin) 家家戶戶都住進了新房子,村裏還建起了衛生室,老人就醫更方便了。”鰾池村黨(dang) 支部書(shu) 記吉軍(jun) 委介紹,如今村子已成為(wei) 洛寧縣新農(nong) 村建設示範和鄉(xiang) 村振興(xing) 的典型。
加快發展抽水蓄能和新型儲(chu) 能是建設新型能源體(ti) 係的迫切需求,是保障電力係統安全穩定的重要支撐,也是新能源大規模發展的重要保障。國家電網公司表示,將堅持開放發展的理念,加強與(yu) 社會(hui) 各方合作,加快抽水蓄能電站建設,力爭(zheng) 2025年、2030年公司經營區抽水蓄能裝機分別達到5000萬(wan) 千瓦、1億(yi) 千瓦;支持新型儲(chu) 能規模化應用,預計2030年公司經營區新型儲(chu) 能裝機達到1億(yi) 千瓦。(劉樂(le) 藝 王聖嬰)
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