揭秘新能源與儲能運行控制國家重點實驗室 預(yù)測發(fā)電

　新能源與儲能運行控制實驗室建設(shè)給社會帶來很大的福利，尤其是在發(fā)電方面，利用“風(fēng)”“云”的瞬息萬變決定是否正常電源的運行。而讓新能源發(fā)電并且將多余的電力儲存起來，需要時再釋放出來，是實驗室需要攻克的一大難題。
　　
　新能源與儲能運行控制實驗室建于2006年，2015年9月成為國家重點實驗室。目前，包含張北試驗基地、電池儲能技術(shù)實驗室等試驗研究基礎(chǔ)。實驗室主要圍繞新能源這種波動性電源現(xiàn)在和未來能發(fā)多少電，新能源發(fā)電單元如何能夠穩(wěn)定地并網(wǎng)發(fā)電，以及新能源發(fā)出的綠色清潔電如何能最大限度得到利用等方面開展技術(shù)攻關(guān)。這些研究在未來將會讓每個人獲益?！　?br />
　預(yù)測準(zhǔn)
　
　知道新能源能發(fā)多少電
　　
　電力系統(tǒng)是一個實時平衡的系統(tǒng)，用戶用多少電，電力調(diào)度部門才能指揮發(fā)電廠發(fā)多少電。電網(wǎng)中的電流就像河中的水流一樣，流入電網(wǎng)的功率和電網(wǎng)流出到負(fù)荷的功率每時每刻都是一樣的，猶如天平的兩端，在用電量不變的情況下，當(dāng)風(fēng)電來臨時，只有調(diào)減火電、水電等常規(guī)電源的發(fā)電，才能保證電力系統(tǒng)的平衡和安全運行。
　　
　常規(guī)電源比如火電可實時調(diào)節(jié)功率，滿足正常波動負(fù)荷的供電需求，但新能源發(fā)出的電是波動的，要想讓新能源發(fā)出的電接入電網(wǎng)，必須提前預(yù)知新能源出力。
　　
　俗話說“天有不測風(fēng)云”，正是“風(fēng)”“云”的瞬息萬變導(dǎo)致新能源出力具有很強的隨機(jī)性和波動性。風(fēng)電功率預(yù)測是否準(zhǔn)確決定了常規(guī)電源的運行，進(jìn)而決定了調(diào)度支持系統(tǒng)可以預(yù)留給風(fēng)電的運行空間。
　　
　2008年11月，實驗室研發(fā)的我國首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)WPFS在吉林省電力調(diào)度中心投入運行。該系統(tǒng)對復(fù)雜地形風(fēng)電場的預(yù)測精度明顯優(yōu)于國外，在歷史數(shù)據(jù)少的條件下，對平原地形風(fēng)電場的預(yù)測精度與國外相當(dāng)。實驗室還開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新能源調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，相比歐美風(fēng)電大國僅依靠電力市場制定日前日內(nèi)發(fā)電計劃，該系統(tǒng)還具備周、日前和日內(nèi)時序遞進(jìn)風(fēng)水火發(fā)電計劃滾動協(xié)調(diào)優(yōu)化、新能源接納能力在線評估、新能源運行特性在線評價等功能，最大限度地挖掘了電力系統(tǒng)消納新能源的潛力。
　　
　目前，新能源優(yōu)化調(diào)度支持系統(tǒng)已應(yīng)用于新疆、吉林、黑龍江等16個省級電力調(diào)控中心，覆蓋全部我國新能源發(fā)展大省，根據(jù)吉林等多個電力調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，系統(tǒng)應(yīng)用后，新能源富集區(qū)的新能源利用率提升了10%以上。
　　
　實驗室建立了電力系統(tǒng)內(nèi)首個數(shù)值天氣預(yù)報中心，并與國際上最權(quán)威的美國國家大氣研究中心等合作，成功生產(chǎn)了精度較高的數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，為“預(yù)測準(zhǔn)”提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　
　如何將氣象信息與新能源出力建立映射關(guān)系，實驗室使出渾身解數(shù)，見招拆招。對于歷史數(shù)據(jù)充分的新能源電站，將天氣信息與出力數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計關(guān)系；對于沒有歷史數(shù)據(jù)的新建新能源電站或者歷史數(shù)據(jù)質(zhì)量差的新能源電站，從發(fā)電原理出發(fā)，根據(jù)新能源機(jī)組自身特性將天氣信息直接轉(zhuǎn)換為出力。
　　
　根據(jù)新能源發(fā)電功率預(yù)測結(jié)果，電網(wǎng)調(diào)度可以合理安排發(fā)電計劃，從而提高電網(wǎng)接納新能源的能力。預(yù)測結(jié)果也可以用于指導(dǎo)新能源電站的計劃檢修，提高運行經(jīng)濟(jì)性。目前，實驗室研發(fā)的新能源發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)已在國內(nèi)20多個省級電力調(diào)度機(jī)構(gòu)運行，覆蓋我國約80%的新能源電站，預(yù)測規(guī)模居世界首位，預(yù)測精度達(dá)到國際先進(jìn)水平。
　　
　用得上
　　
　風(fēng)電不會因為風(fēng)吹草動
　　
　就跑掉
　　
　對于果農(nóng)來說，果樹上的果實長得不結(jié)實，刮陣小風(fēng)就掉落一地，可謂損失慘重。新能源并網(wǎng)亦是如此，2008年以來因為風(fēng)電機(jī)組性能問題，導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生微小擾動就導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，對電網(wǎng)造成巨大沖擊。
　　
　自2006年我國《可再生能源法》正式實施以來，我國新能源發(fā)展迅猛，已成為全球風(fēng)電、光伏規(guī)模最大的國家，但由于風(fēng)能、太陽能資源的波動性和間歇性等多種因素，新能源安全穩(wěn)定運行和有效消納問題非常突出，表現(xiàn)之一是新能源大規(guī)模脫網(wǎng)事故頻發(fā)。為破解這一難題，實驗室開展風(fēng)電試驗技術(shù)研究，加快風(fēng)電試驗試驗基地建設(shè)，建成了世界上規(guī)模最大的兆瓦級風(fēng)光儲聯(lián)合試驗與實證研究基地——張北試驗基地。這里同時具備電能質(zhì)量、功率控制、低電壓穿越、電網(wǎng)適應(yīng)性、防孤島等全部風(fēng)電機(jī)組整機(jī)并網(wǎng)性能試驗研發(fā)條件。也就是說，風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的全部性能試驗在張北試驗基地一個地方就可以全部完成。
　　
　試驗基地?fù)碛?0臺測試機(jī)位，風(fēng)電機(jī)組制造商可借用基地的試驗機(jī)位，在試驗內(nèi)模擬各種電網(wǎng)的運行工況。實驗室技術(shù)人員幫助機(jī)組制造商共同分析機(jī)組脫網(wǎng)事故發(fā)生的原因，解析數(shù)據(jù)異常點，和機(jī)組制造商共同研討提出改進(jìn)機(jī)組的運行控制策略，經(jīng)過上百次改進(jìn)然后試驗的反復(fù)過程，幫助風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)不斷改進(jìn)設(shè)計，最終幫助風(fēng)電機(jī)組通過并網(wǎng)性能試驗。
　　
　目前，實驗室已為國內(nèi)所有量產(chǎn)50臺以上的150余個型號的風(fēng)電機(jī)組提供了技術(shù)研發(fā)與試驗研究服務(wù)。先后完成了全國20個省(區(qū))、7個千萬千瓦級風(fēng)電基地的風(fēng)電接納能力分析，開展了300余個風(fēng)電場、光伏電站的接入系統(tǒng)專題研究，為100余個風(fēng)電場、光伏電站提供了并網(wǎng)性能與安全改造試驗服務(wù)，大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故從2011年的8起（5447臺次），到目前基本消除，有效地遏制了大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故發(fā)生，保障了新能源電站和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
　
　2014年9月，實驗室風(fēng)電試驗檢測獲得國際風(fēng)電測試組織（MESNET）資質(zhì)，成為除歐美國家外唯一成員單位，標(biāo)志著風(fēng)電試驗檢測能力全面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
　　
　不浪費
　　
　富余綠電存儲到電池中
　　
　除了通過電網(wǎng)輸送讓新能源發(fā)電得到直接利用外，將電能存儲起來，實現(xiàn)富余電能存儲到電池中，需要時再釋放出來，也是實驗室需要攻克的一大難題。
　　
　如果說飄忽不定的風(fēng)和瞬息萬變的光是難以駕馭的野馬，儲能就好比一個能夠讓他們馴服的馬圈，能夠讓經(jīng)過儲能平抑后的新能源溫順地匯入電網(wǎng)的能量洪流之中。實驗室以電池為主要研究對象，建立了針對電池內(nèi)部特性和外部特性測試與分析的兩個實驗區(qū)，由內(nèi)而外地深入認(rèn)識電池的本質(zhì)，進(jìn)而指導(dǎo)電池改進(jìn)。
　　
　說起電池的研究，還真有點像人的體檢，研究人員通過測試電池外在的電壓、電流、溫度等，就像測試人在體檢中需要測量體溫、血壓。外部體檢是為了掌握電池外在表觀特性，隨后再利用各種X射線光譜、各類能譜、色譜等對電池進(jìn)行內(nèi)部分析，有時還需要通過解剖電池測量元素的方法來掌握電池內(nèi)部的真實情況。最終目的是了解電池的性能特點，找到它適合的應(yīng)用場合和使用方式，并根據(jù)新能源儲存的實際需要對電池性能進(jìn)行不斷改進(jìn)。與此同時，研究人員也可以從各類檢測技術(shù)中發(fā)現(xiàn)更先進(jìn)、更無損化的電池體檢方法，通過發(fā)掘各種新型的電池測試手段，促進(jìn)儲能電池的技術(shù)提升。未來，這些技術(shù)還可以應(yīng)用在電網(wǎng)無損化、智能化和在線巡檢中。