揭秘新能源与储能运行控制国家重点实验室

    新能源与储能运行控制实验室建设给社会带来很大的福利，尤其是在发电方面，利用“风”“云”的瞬息万变决定是否正常电源的运行。而让新能源发电并且将多余的电力储存起来，需要时再释放出来，是实验室需要攻克的一大难题。　　

　　新能源与储能运行控制实验室建于2006年，2015年9月成为国家重点实验室。目前，包含张北试验基地、电池储能技术实验室等试验研究基础。实验室主要围绕新能源这种波动性电源现在和未来能发多少电，新能源发电单元如何能够稳定地并网发电，以及新能源发出的绿色清洁电如何能最大限度得到利用等方面开展技术攻关。这些研究在未来将会让每个人获益。　　

　　预测准　　

　　知道新能源能发多少电　

　　电力系统是一个实时平衡的系统，用户用多少电，电力调度部门才能指挥发电厂发多少电。电网中的电流就像河中的水流一样，流入电网的功率和电网流出到负荷的功率每时每刻都是一样的，犹如天平的两端，在用电量不变的情况下，当风电来临时，只有调减火电、水电等常规电源的发电，才能保证电力系统的平衡和安全运行。　　

　　常规电源比如火电可实时调节功率，满足正常波动负荷的供电需求，但新能源发出的电是波动的，要想让新能源发出的电接入电网，必须提前预知新能源出力。　　

　　俗话说“天有不测风云”，正是“风”“云”的瞬息万变导致新能源出力具有很强的随机性和波动性。风电功率预测是否准确决定了常规电源的运行，进而决定了调度支持系统可以预留给风电的运行空间。　

　　2008年11月，实验室研发的我国首套具有自主知识产权的风电功率预测系统WPFS在吉林省电力调度中心投入运行。该系统对复杂地形风电场的预测精度明显优于国外，在历史数据少的条件下，对平原地形风电场的预测精度与国外相当。实验室还开发了具有自主知识产权的新能源调度技术支持系统，相比欧美风电大国仅依靠电力市场制定日前日内发电计划，该系统还具备周、日前和日内时序递进风水火发电计划滚动协调优化、新能源接纳能力在线评估、新能源运行特性在线评价等功能，最大限度地挖掘了电力系统消纳新能源的潜力。　　

　　目前，新能源优化调度支持系统已应用于新疆、吉林、黑龙江等16个省级电力调控中心，覆盖全部我国新能源发展大省，根据吉林等多个电力调度机构统计，系统应用后，新能源富集区的新能源利用率提升了10%以上。　

　　实验室建立了电力系统内首个数值天气预报中心，并与国际上最权威的美国国家大气研究中心等合作，成功生产了精度较高的数值天气预报数据，为“预测准”提供了基础数据。　

　　如何将气象信息与新能源出力建立映射关系，实验室使出浑身解数，见招拆招。对于历史数据充分的新能源电站，将天气信息与出力数据建立统计关系；对于没有历史数据的新建新能源电站或者历史数据质量差的新能源电站，从发电原理出发，根据新能源机组自身特性将天气信息直接转换为出力。　　

　　根据新能源发电功率预测结果，电网调度可以合理安排发电计划，从而提高电网接纳新能源的能力。预测结果也可以用于指导新能源电站的计划检修，提高运行经济性。目前，实验室研发的新能源发电功率预测系统已在国内20多个省级电力调度机构运行，覆盖我国约80%的新能源电站，预测规模居世界首位，预测精度达到国际先进水平。　　

　　用得上　

　　风电不会因为风吹草动　

　　就跑掉　　

　　对于果农来说，果树上的果实长得不结实，刮阵小风就掉落一地，可谓损失惨重。新能源并网亦是如此，2008年以来因为风电机组性能问题，导致电网发生微小扰动就导致风电机组脱网，对电网造成巨大冲击。　

　　自2006年我国《可再生能源法》正式实施以来，我国新能源发展迅猛，已成为全球风电、光伏规模最大的国家，但由于风能、太阳能资源的波动性和间歇性等多种因素，新能源安全稳定运行和有效消纳问题非常突出，表现之一是新能源大规模脱网事故频发。为破解这一难题，实验室开展风电试验技术研究，加快风电试验试验基地建设，建成了世界上规模最大的兆瓦级风光储联合试验与实证研究基地——张北试验基地。这里同时具备电能质量、功率控制、低电压穿越、电网适应性、防孤岛等全部风电机组整机并网性能试验研发条件。也就是说，风电机组整机的全部性能试验在张北试验基地一个地方就可以全部完成。　

　　试验基地拥有30台测试机位，风电机组制造商可借用基地的试验机位，在试验内模拟各种电网的运行工况。实验室技术人员帮助机组制造商共同分析机组脱网事故发生的原因，解析数据异常点，和机组制造商共同研讨提出改进机组的运行控制策略，经过上百次改进然后试验的反复过程，帮助风电机组制造企业不断改进设计，最终帮助风电机组通过并网性能试验。　　

　　目前，实验室已为国内所有量产50台以上的150余个型号的风电机组提供了技术研发与试验研究服务。先后完成了全国20个省(区)、7个千万千瓦级风电基地的风电接纳能力分析，开展了300余个风电场、光伏电站的接入系统专题研究，为100余个风电场、光伏电站提供了并网性能与安全改造试验服务，大规模风电脱网事故从2011年的8起（5447台次），到目前基本消除，有效地遏制了大规模风电脱网事故发生，保障了新能源电站和电网的安全稳定运行。　　

　　2014年9月，实验室风电试验检测获得国际风电测试组织（MESNET）资质，成为除欧美国家外唯一成员单位，标志着风电试验检测能力全面达到国际领先水平。　

　　不浪费　　

　　富余绿电存储到电池中　　

　　除了通过电网输送让新能源发电得到直接利用外，将电能存储起来，实现富余电能存储到电池中，需要时再释放出来，也是实验室需要攻克的一大难题。　

　　如果说飘忽不定的风和瞬息万变的光是难以驾驭的野马，储能就好比一个能够让他们驯服的马圈，能够让经过储能平抑后的新能源温顺地汇入电网的能量洪流之中。实验室以电池为主要研究对象，建立了针对电池内部特性和外部特性测试与分析的两个实验区，由内而外地深入认识电池的本质，进而指导电池改进。　

　　说起电池的研究，还真有点像人的体检，研究人员通过测试电池外在的电压、电流、温度等，就像测试人在体检中需要测量体温、血压。外部体检是为了掌握电池外在表观特性，随后再利用各种X射线光谱、各类能谱、色谱等对电池进行内部分析，有时还需要通过解剖电池测量元素的方法来掌握电池内部的真实情况。最终目的是了解电池的性能特点，找到它适合的应用场合和使用方式，并根据新能源储存的实际需要对电池性能进行不断改进。与此同时，研究人员也可以从各类检测技术中发现更先进、更无损化的电池体检方法，通过发掘各种新型的电池测试手段，促进储能电池的技术提升。未来，这些技术还可以应用在电网无损化、智能化和在线巡检中。