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一座座亭亭玉立的風力發電機，一排排熠熠生輝的太陽能光伏電池板，構成塞北高原一道奇異的風景。記者 杜躍進/攝 |
9月的北京暑熱未消，可位于京北僅200多公里外的河北省張北縣，早晚已是寒氣逼人。當我們驅車北進，駛上海拔比北京高出約兩倍的張北塞上高原，藍天白云下，一座座亭亭玉立的風力發電機，一排排熠熠生輝的太陽能光伏電池板，構成了“新能源之都”的獨特風景。車行不遠，一座四層樓高的現代建筑映入眼簾，這便是國家風光儲輸示范電站。
當以風能和太陽能為代表的新能源被賦予“第三次工業革命核心”的重任時，如何克服這兩種“最清潔能源”與生俱來的隨機性、波動性和間歇性，進而實現規�；⒕W，便成為一道橫亙在新能源開發利用之路上的難題。眼前這個全球最大的風光儲輸項目，便是為破解這一世界性難題而展開的前沿性探索。
落戶張北有“姻緣”
登上國家風光儲輸示范電站四層主樓樓頂，一陣陣寒風襲來，工作人員給《經濟參考報》記者披上了厚厚的棉大衣。電站總經理高明杰指著遠處的風機和近處光伏板，給我們介紹這個剛剛落成半年多的新能源開發利用“試驗田”。
2009年4月29日，由科技部、財政部、能源局在國家電網公司召開了“金太陽工程”協調會。會議確定，由國家電網公司牽頭，規劃建設1至2個100兆瓦級標志性示范項目，探索解決風電和光電的并網問題。國家風光儲輸示范電站工程由此啟動。
工程落戶張北，則緣于張北這片神奇土地的獨特資源稟賦。800年前，一代天驕成吉思汗在這里以8萬鐵騎打敗了大金國40萬雄兵，由此拉開蒙古帝國征戰并稱霸歐亞大陸的序幕。當歷史的塵埃散去后，這里除了成吉思汗子孫們留下的元中都的斷壁殘垣，就是無盡的風沙與陽光。
“壩上一場風，從春刮到冬”這句描述惡劣自然環境的民諺，卻從一個側面道出當地風能資源的豐富。據測算，這里年平均有效風速時間在6000小時以上。同時，這里的太陽能資源也極為豐富，年平均日照時間將近3000小時。
近年來，隨著新能源產業的快速崛起，張北的風能和陽光吸引了大批新能源開發商。今日以張北為重點的冀北地區，不僅成為國家批復的首批千萬千瓦級風電基地之一，同時還涌現了一批太陽能光伏電站，以至被譽為“新能源之都”。
可另一方面，由于當地人口少，經濟基礎薄弱，用電量有限，大量的風電和光伏發電必須通過高電壓、遠距離輸送至京津唐電網負荷中心消納。而風電和光伏發電因天氣變化等原因，出力忽大忽小，時有時無，在沒有足夠數量的其他電源匹配調峰的情況下，并網時往往會導致電網運行不穩定。這也是當前一些地方“棄風”與“棄光”現象嚴重的原因之一。
“種種因素的匯集，使張北成為最具備新能源開發利用特征的地區，在破解電網接納大規模新能源技術難題上具有典型性和代表性。”冀北電力公司總經理尹積軍告訴記者，“正因如此，國家風光儲輸示范工程最終選址和落戶張北。”
破解“世界級難題”
如何科學合理解決以風電、光伏發電為代表的新能源大規模集中并網、集成應用，這是一道世界級難題。國內外的科技人員開展了多種嘗試，至今未形成一條公認的“捷徑”。
專家介紹，目前影響新能源大規模并網的技術瓶頸主要有三點，一是調峰問題，需建設大量的備用容量和調峰電源；二是電力安全問題，風電和光電出力多變和瞬間沖擊，影響電網的暫態穩定性及頻率穩定性；三是電能質量問題，風電和光電大規模并網常常會引起電壓水平降低，風機中的電子設備會帶來諧波污染，影響電能質量。
為此，國家電網公司科研團隊經過長時間前期調研后，最終確定了風光儲輸聯合優化的技術路線，即“風光互補、儲能調節、智能輸電、平穩可控”�！�
2010年春，張北高原上的冰雪尚未消融，國家風光儲輸示范工程建設便熱火朝天地拉開了序幕。工程一期建設規模為風電98.5兆瓦、光伏發電40兆瓦、儲能20兆瓦，并配套建設220千伏智能變電站一座，總投資約33億元。
“風光儲輸聯合優化的技術路線屬世界首創，沒有先例可循�！痹陔娬究刂浦行�，高明杰告訴《經濟參考報》記者，工程建設期間，國家電網公司給予高度重視，組建了以中國電力科學研究院、國網電力科學研究院等單位在內的科研團隊，開展聯合技術攻關。經過一年多的緊張施工，2011年12月中旬，工程進入系統聯調階段；12月25日，世界上第一個集“風力發電、光伏發電、儲能系統、智能輸電”于一體的國家風光儲輸示范工程竣工投運。
在電站控制中心中央大屏幕上，可以直觀地看到，波動較大的藍色曲線(代表風電出力)和黃色曲線(代表光伏發電出力)，經橙色曲線(代表儲能即蓄電池電量變化)“填平補齊”后，變成了平滑的綠色曲線(代表電站實際發電出力)。
電站生產部主任劉漢民博士解釋說：“當風電、光伏發電出力足夠時，可將多余的發電出力儲存到電池中；一旦風光出力不夠時，儲能系統就可以放出電量。而這一切，是通過聯合發電智能全景優化控制系統實現的。它是整個風光儲電站的‘大腦’，可改善風電、光伏出力的波動性和間歇性，使之安全穩定地并入電網運行�！�
電站一期工程的建成投產，標志著包括聯合發電智能全景優化控制系統在內的一系列成果研發成功，風光儲輸技術路線從理論變為現實。
“試驗田”的豐碩成果
截至目前，國家風光儲輸示范工程已平穩運行9個多月，累計發電2.2億千瓦時。然而，在專家們看來，這個電站的意義并不在于發了多少電，而在于在無任何工程實例可參考的條件下，探索出一條世界首創的風光儲輸聯合發電運行模式，即通過風、光、儲的七種組合發電方式，與平滑出力、跟蹤計劃、系統調頻、削峰填谷四種功能的結合，實現多組態、多功能、可調節、可調度的聯合發電運行方式。
《經濟參考報》記者在采訪中了解到，隨著這一全新的聯合發電運行模式的實驗與探索，科技人員實現了風光儲互補機制及系統集成、全景監測與協調控制、功率預測、源網協調、大規模儲能技術等5大技術突破，完成了聯合發電智能全景優化控制等10項以上自主設備研發，并獲得了儲能控制策略等20多項技術創新。
事實上，這個示范電站已成為我國新能源發電和儲能技術的試驗場�！ �
在電站一期工程現場我們看到了金風科技、比亞迪、中航鋰電等一大批我國知名新能源裝備企業的產品。其中，風電設備有2兆瓦雙饋變速型風機、2.5兆瓦和3兆瓦永磁直驅風機、1兆瓦垂直軸風機；光伏發電設備有多晶硅組件、單晶硅組件、非晶薄膜組件及背接觸式和高倍聚光電池組件；儲能裝置目前是磷酸鐵鋰電池，還將投產液流電池等。
“國家風光儲輸示范電站的投產運行，讓昔日‘風吹白草天無際，曬著太陽牧牛羊’的塞上高原變身為新能源領域展示國家形象的一張名片�！备呙鹘苷f，“我們幾乎每天都會接待關注新能源與智能電網發展的國內外各界人士。”
今年2月，國際電工委員會智能電網戰略工作組主席Richard Schomberg來到張北，這位國際電工領域的專家對國家風光儲輸示范工程的建設成果“深感震撼”。他認為，該電站的投運將對國家電網公司加快推動智能電網建設、提升新能源綜合利用水平意義重大。
前不久，全國政協副主席、科技部部長萬鋼視察風光儲輸示范電站。他說，國家風光儲輸示范工程不僅是我國新能源綜合利用成果的集中展示，也為我國未來新能源的發展提供了技術示范平臺，對未來我國新能源的規模化應用具有重要的示范和借鑒意義。