深化多能互补协调控制 青海书写能源“百科全书”
发布日期：2019/9/16
能源革命方兴未艾，清洁能源发展正当其时。未来青海的能源电力发展必将是大规模多品种的清洁发电技术市场、大规模的电力外送市场、大规模的储能市场，以及大规模的全民共享清洁能源市场。
6月下旬的一个寻常清晨，从事货运工作的李师傅从床上爬起来，温暖明亮的灯光下，他麻利地着手准备开始当天的工作——接收运往青海海南藏族自治州的光伏板和线缆。
就在五年前，一座光伏产业基地在海南州塔拉滩上破土动工，那些跳跃在蓝色光伏板上的耀眼光斑，总能吸引驾车驶过的他多看几眼。
当时的李师傅并没有想到，忙碌穿梭在公路上的自己，无意中见证了世界上规模最大的水光互补光伏电站的诞生。而如今，说起这个光伏电站，他一脸自豪：“太阳晒着，电就有了，现在我们用的电都是从这里送出去的。”
27年前，由联合国开发计划署支持，在青海湖畔建成了青海省第一座4千瓦光伏电站。如今，距此几十公里的海南藏族自治州共和县塔拉滩上，一排排光伏发电板鳞次栉比，绵延至地平线。光影闪烁间，映射出“电力特区”新能源产业的崛起之路，也折射出“三江源头”对绿色梦想的孜孜追寻。
虽然地处“胡焕庸线”以西，发展不平衡、不充分的矛盾始终困扰着远离负荷中心的母亲河源头，但造物主的公平，也同样给予了青海得天独厚的清洁能源资源和重要的生态地位——这里是长江、黄河、澜沧江的发源地，理论蕴藏量2187万千瓦丰富的水力资源铸造了“中华水塔”；这里光照时间长、辐射强度大，可开发量超过30亿千瓦和7500万千瓦的太阳能、风能资源，在近10万平方公里的荒漠戈壁上孕育了全国清洁能源输出的“聚宝盆”。
2014年6月，习近平总书记提出推进能源消费、供给、技术、体制革命和国际合作的“四个革命、一个合作”战略思想，对能源领域的改革作出了一系列重要论述和指示，开创了我国能源领域发展的新局面；2016年8月，习总书记在青海视察时指出，“青海的生态地位重要而特殊”，“保护好三江源，保护好‘中华水塔’，是青海义不容辞的重大责任，来不得半点闪失”，并作出“要使青海成为国家重要的新型能源产业基地”的重要批示。
如今的青海，依托于百万装机的黄河上游光伏基地和全球最大的龙羊峡水光互补光伏电站，可再生能源装机、发电量占比分别达到86.5%和86.2%，新能源装机达到1229万千瓦，首次超过水电装机，居全国第一；累计总投资164亿元的38项配套送出工程和12条输电通道的建设，推动外送清洁电量超过100亿千瓦时，2019年首次实现电力净输出；电力直接交易规模达214亿千瓦时，降低企业用电成本11.6亿元。
青海，已经实现了从“风生水起”到“风光无限”的飞跃。
曾有外媒在青海实现首次全清洁能源供电实践后这样评价：“一个人口稀少，拥有黄河和长江源头的中国省份，却在铸造着一个又一个清洁能源里程碑。”
如果将“绿电7日”看作全国全清洁能源供电的首次实践，那么，168小时水、光、风多能互补技术的应用，不仅刷新了全清洁能源供电的世界纪录，也鸣响了我国清洁能源利用的“绿色初音”。
如果说“绿电9日”是青海全清洁能源供电的一次自我挑战，那么，216小时全清洁能源供电的实践中，既是深化多能互补协调控制、新能源大数据监测分析两项技术的检验与淬炼，也是运用调峰补偿、负荷参与调峰两项市场机制的初探与突破，在技术与市场间演绎“琴瑟和鸣”。
如果视“绿电15日”为青海践行绿色发展的新坐标，那么，360小时的产、供、用各环节深入参与，不仅展示了政策、经济、环保与市场的需求聚合在同一触发点时映射出清洁能源利用的广阔前景，也在广袤的青海高原上奏响清洁能源生产、传输、消费的“和谐交响”。
翻阅人类能源利用的历史，化石能源在过去数百年中牢牢占据着统治地位。而今，在以100%清洁能源使用为目标，以科技创新为支撑，以智能电网建设为保障，打造清洁能源建设、使用和输出全链条示范的整体思路下，“青海样本”既浓缩了我国在倡导绿色发展和能源转型中，践行清洁低碳、安全高效能源体系建设的每一个片段，也在向世人展现着人类了解自然、驾驭自然、保护自然的能力与底气。
新能源让水电站再次“风光”起来
“龙羊”系藏语，“龙“为沟谷，”羊“为峻崖。从西宁出发，翻过日月山，穿过大草原，南行146公里，便到达崇山峻岭环抱的龙羊峡水电站。
早在新中国成立之初，毛泽东同志就提出“一定要把黄河的事情办好”。从1952年开始，国家燃料工业部水利建设总局和黄河水利委员会勘查队、水电部西北勘测设计院、北京勘测设计研究院，进行了长达20多年的勘察设计研究工作。1976年1月28日，中共中央、国务院批准兴建龙羊峡水电站，2月4日，水电部正式向水电四局下达龙羊峡水电站施工建设任务。从当月起，水电四局职工队伍陆续进入施工现场，开始了轰轰烈烈的工程建设。
龙羊峡水电站作为黄河上游龙青段规划中的第一座大型梯级水电站，是我国自行设计、施工的大型水力枢纽，代表着20世纪80年代中国水电工程的最高水平，当时以大坝最高、水库库容最大、水轮机单机容量最大闻名于世。
碧波荡漾万千，重峦叠嶂千刃。从龙羊峡水电站源源不断送出的每一度电，都在述说着青海电力工业的历史性转折与飞跃。随着4台机组的全部投运，青海省从1986年全省发电装机容量仅33.1万千瓦，一举飞跃到1989年的165.3万千瓦；发电量从14.7亿千瓦时跃升至58亿千瓦时，青海省自此结束了电力输入省的历史，进入了高电压、大机组、大电网的发展阶段；在承担起西北电网第一调峰调频重任的同时，也实现了从全国电力工业最落后的省份之一，向水电基地、能源基地转身的迈进。
在央视“建国70周年巡礼”专题纪录片中，镜头这样讲述着这座见证新中国水电事业发展的龙头电站，在能源转型变革中的价值再造与延伸——大坝巍峨，平湖壮阔，247亿立方米的“龙羊湖”与不远处蓝色的“光伏海”相映生辉。屹立在峡谷尽头的龙羊峡水电站，在践行绿色低碳发展的能源结构转型中，迎来了清洁发展的新搭档，这就是位于电站西侧的塔拉滩光伏园区，两者互为补充，共同构成了世界上最为先进的85万千瓦龙羊峡水光互补光伏电站。
“光伏只在白天发电，晚上出力为零；当光伏电站发电时，电网中其他电源需调整出力，让出负荷由光伏发电供电；当云层飘过时，光伏电站出力迅速下降，其他电源的出力必须迅速增加，补充光伏发电减少造成的电力缺额。”国家电投黄河公司光伏维检公司副总经理李炬介绍。
为解决好光伏发电间歇性、波动性和随机性较大的问题，国家电投集团黄河公司联合相关科研院所，共同研发了水光互补协调运行控制系统，85万千瓦光伏电站被视为“虚拟水电机组”接入龙羊峡水电站，通过水轮机组的快速调节，将原本光伏间歇、波动、随机、功率不稳定的锯齿形光伏电源，调整为均衡、优质、安全，且更加友好的平滑稳定电源，以两个电源组合的电量送入电网。
在电站的监控屏幕上，各色曲线随着时间轴推移各自波动——大片蓝色水电稳稳托底，光伏随着时间线变化画出大片绿色。“龙羊峡水电站只需要几秒钟的时间就能对光伏发电的变化作出反应，调节后的总发电量与调度发电曲线吻合，电网再也不用担心光伏发电的稳定性了。”龙羊峡发电分公司副总经理黄青刚说，“刚开始人们普遍担忧，龙羊峡水电站会因为参与光伏出力的波动调整，而损失调峰调频的性能。但是大量的实验数据表明，龙羊峡水电站的调峰调频的性能并没有受到任何影响，反而得到进一步加强。通过水光互补，水电站送出线路的年利用小时由原来运行的4621小时提高到5019小时，大幅提高了水电站的经济效益，实现了国有资产的保值增值。”
在绿色清洁发展的时代浪潮中，大规模水光互补关键技术的应用，不仅为多能联合控制技术和智能调度系统的应用奠定基础，也重新定义了龙羊峡水电站的绿色内涵与外延，使龙羊峡这座彰显电力人智慧与勇敢的水电站，与风、光资源再次“风光”起来。
同时，互联网技术的应用，在提升大规模光伏电站运维效率，推动国内光伏产业从粗放进入精细化管理时代的同时，也重塑了光伏发电技术在科技时代中价值创造的速度与速率。
李炬表示：“龙羊峡水光互补光伏电站的一个子阵，就有4480块光伏组件，一共有370万块组件，2人每天只能巡检12个子阵。电站的光伏组串出现故障或者遮挡等异常情况时，通过人为来一一排查费时费力，也很难在短时间内找到故障点。在长期运行中还可能会出现热斑、隐裂等现象，靠人工很难排查。”
针对光伏电站规模化发展阶段的建设和运维中存在的一系列问题，国家电投黄河公司将数字信息技术、互联网技术与光伏发电技术相融合，应用4G网络、智能手持终端、手机APP软件、智能巡检无人机等技术，依托“云计算”和“大数据”“物联网”等数据技术及人工智能，改变以往单电站运维模式，构建数据共享、协同联动一体化管控平台，新能源电站实现“集中监控、大数据分析、远程诊断、实时维护”的智能管理模式，减少人力成本支出。大数据分析和人工智能技术，实现了统一生产调度和协调控制、全面运营监测、智能统计分析，更为科学地对光伏发电量进行预测，节省光功率预测成本。
随着国家能源转型战略的推进，大规模新能源基地建设的深入开展，受到用电负荷和现阶段技术手段的制约，更大规模的新能源大规模接入电网，弃风、弃光问题仍是现阶段不可回避的现实隐忧。据了解，目前黄河上游已形成梯级开发格局，其所处的西北地区也是新能源大规模开发及外送地区，迫切需要储能设施配合新能源运行、保障系统安全稳定。
而“多发满发”，是新能源企业一直以来的期盼。
“通过水光风储结合的模式，不仅可以减少新能源弃电，还可以提高流域梯级水能资源利用、增加水电效益。” 国家电投黄河公司党委书记、董事长谢小平说，“近两年来，国家电投黄河公司一直在进行多能互补的核心技术攻关，提前布局‘清洁能源+储能’项目研究，组织开展了水光互补、风水光互补、风水光储互补的实践和电化学储能的研究。”
目前，黄河公司已建成2万千瓦光伏储能项目，开展储能技术对平滑功率输出曲线、增强电网调节能力、减少限电损失等方面的研究；针对利用“储能泵站+常规水电”进行水风光互补的研究；规划建设的海南州千万千瓦级清洁能源示范基地中，100万千瓦光伏和40万千瓦风电项目已于2018年相继投产发电。
“黄河上游干流配备储能进行新能源联合运行，采用大流量、高扬程储能泵站从下一梯级水库抽水至上一梯级水库，将新能源电能以水的势能储存，实现新能源电量搬移。”谢小平说，“目前研究的方向，就是让新能源发电成为火电那样几乎稳定的能源，并且可以响应电网调控要求。”
“吹沙走浪”，绵延5000多公里的黄河泽被着中华大地的每一寸土地；昔日的“茫茫戈壁”在蓝色“光伏海”的滋润下化身“草原牧场”，点缀其中的“光伏羊”让一切充满了生机与希望。在广袤的青海高原上，清洁能源承载着人民对美好生活的向往，将绿电的价值传导至流经的每一处，在“电力特区”的上空渲染着一片片“青海蓝”。
高起点打造清洁能源基地
从第一次工业革命，蒸汽机车代替了马车，能源就成为人类突破空间和时间限制的基础媒介，推动着人类社会的进步和经济、技术的发展。从木材到煤炭、再从煤炭到石油，两次能源革命都伴随着重大的产业革新，创造了人类新的生产生活方式，而其中科技的迭代，也助力着人类肩负起从利用自然到回馈自然的神圣使命。
近年来，我国新能源发展在国家系列产业政策的扶植下，装机容量和产业规模都得到了迅速积累，但相关的技术研究仍稍显逊色。一方面，对于快速发展的新型设备和材料，均采用实验室分析评估，缺乏户外实证测试分析手段和方法；另一方面，我国光伏电站关键设备的在线运行检测、测量，所需的仪器、方法、精度等领域，都与国际先进水平差距较大，对于已建成大型并网光伏发电系统的实际运行性能评估方法、测量设备精度、设备布置方案等仍不成熟，数据对比分析、实际运行性能评估方法单一，无法对已建成光伏电站进行有效评估。
高起点建设清洁能源基地，不单单是规模上的“领跑”。
面对新能源产业高质量发展迫切需要的技术攻坚，2016年3月，被誉为光伏发电“百科全书”的百兆瓦太阳能发电实证基地，在多方的反复调研论证后开工建设，先后开展了基地功能设计、光伏发电设备选型、在线监测及分析系统、气象观测与评估、施测数据对比分析、光功率预测系统等研究。
“百兆瓦太阳能发电实证基地，是全球唯一且最大规模的太阳能发电综合技术实证试验基地，不仅对整个太阳能光伏电站各种技术进行实际考证，甚至为中国乃至全球太阳能领域的发展都将作出重要的贡献。”国务院参事、中国可再生能源学会理事长石定寰在验收“太阳能光伏发电试验基地”时评价道。
翻开这本“百科全书”，不仅可以看到148种光伏主流技术及产品的同台对比，还有国内外光伏知名制造商的组件、逆变器的同台竞技。涵盖了国内外多种最先进的技术，囊括了26 种组件，21种逆变器，17种支架，展示30种设计理念、15种新设备、30种新材料以及4种电池的储能技术。
浏览这本“百科全书”，不仅可以饱览诸多光伏设计理念、设计方案的对比分析，还可以查阅到光伏发电设备在野外进行的专业测试、检验的实证数据。通过在资源和气象环境完全相同的条件下进行的长期试验检测，对各种不同类型产品、设备技术、经济指标进行系统应用对比研究，先后提出适用于青海地区气象条件下的光伏发电设备最佳选型及最优设计方案；百兆瓦光伏电站数据对比分析、性能评估方法；百兆瓦光伏电站在线监测系统方案设计；百兆瓦光伏电站气象系统方案设计方案。
掩卷而思，这本“百科全书”不仅解决了目前百兆瓦光伏电站组件及组串级实时在线监测技术难题，提出了百兆瓦光伏电站大数据分析平台方案设计；还在国内首次应用诸多新型设备的基础上，解决了设备的施工和运维难题，为太阳能光伏发电行业提出优化设计、指导设备选型、提高系统效率、降低投资成本的实测数据支持，促进技术产品的改进提升和市场应用的推广。为光伏行业设计、设备研发、标准制订、生产运行管理、投资效益分析研究等提供实证平台，为全球光伏行业高质量发展提供了技术支撑和理论保障。
国家发展和改革委员会能源研究所研究员王斯成在百兆瓦太阳能发电实证基地实地考察时，曾用“震惊”来形容自己的感受。王斯成说，“这是目前国内乃至国际上最大的一个光伏户外测试对比平台。更重要的是，这里采用的是德国弗劳恩霍夫太阳能研究所负责测试对比分析系统方案，获得的数据非常有研究价值和说服力，可以为下一步的技术创新提供重要参考，也为青海光伏产业与国际开展合作交流搭建了一个平台。”
能源革命方兴未艾，清洁能源发展正当其时。未来青海的能源电力发展必将是大规模多品种的清洁发电技术市场、大规模的电力外送市场、大规模的储能市场，以及大规模的全民共享清洁能源市场。
随着世界首条专门输送清洁能源的“青电入豫”特高压通道加快建设，以及青海海西第二条特高压外送通道的研究论证，年送电量超过400亿千瓦时的绿电将会源源不断送至“中部崛起”省份，届时青海清洁能源外送和内需比例将超过1.2:1，实现“风光天上来、电送全中国、送的是清洁电”目标，为服务全国人民对美好生活的向往提供更多民生福祉。
夏日暖阳，微风和煦。一轮轮红日从东方冉冉升起，一排排光伏板向阳而生。清洁能源重塑着广袤的荒滩戈壁，也赋能了我国能源变革的每一次进步。今天的青海，正依托丰富的风、光、水、热能资源禀赋，探索走出了一条创新引领、网源协同、水光互补、带动产业、协调发展的新路子。
追光逐日，万物生辉。照耀在青海人民脸上，映衬出的是对美好生活的憧憬；闪耀在高原大地上，汇集成绿色的希望，滋润中华大地。
来源：电联新媒 作者:陈敏曦
