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作者：文_中國電力科學(xué)研究院院長 郭劍波
在廣袤無垠的草原上，無數(shù)高大的白色風(fēng)機(jī)緩慢地旋轉(zhuǎn)著，灰色金屬質(zhì)地太陽能電池板在陽光下熠熠閃爍，將大自然賦與的風(fēng)能、太陽能不斷轉(zhuǎn)化為清潔電能。這些新能源的規(guī)?；l(fā)展，有效促進(jìn)了我國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙贏。10月15日，國家電網(wǎng)公司董事長、黨組書記劉振亞在出席第22屆世界能源大會(huì)時(shí)指出，過去十年，全球風(fēng)電和太陽能發(fā)電裝機(jī)累計(jì)增長了8倍和44倍，中國增長了158倍和183倍。隨著黨的十八屆二中全會(huì)將生態(tài)文明建設(shè)提升到與社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會(huì)建設(shè)同等高度，新能源的發(fā)展也因我國生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)得到飛速增長。
但風(fēng)電、光伏受氣候和天氣條件影響，也給并網(wǎng)工作出了難題。以風(fēng)電為例，據(jù)測算，風(fēng)速變化1米／秒，一個(gè)100兆瓦的大型風(fēng)電場的發(fā)電量變化最大可達(dá)22兆瓦。給電網(wǎng)的發(fā)、供、需實(shí)時(shí)平衡帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。
為更好地服務(wù)我國新能源的開發(fā)和利用，國家電網(wǎng)公司不斷加大新能源技術(shù)的研發(fā)力度。作為公司綜合性科研機(jī)構(gòu)，中國電科院將新能源技術(shù)研究作為重要攻關(guān)方向，努力解決新能源開發(fā)的各類技術(shù)難題。研究成果廣泛應(yīng)用，為公司提供大量卓有成效的技術(shù)支撐，全力助推公司電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。
科技創(chuàng)新
讓新能源并網(wǎng)技術(shù)更成熟
一列電氣化火車高速通過，不遠(yuǎn)處某大型風(fēng)電場的監(jiān)控室內(nèi)，屏幕上的功率曲線驟然降低——場內(nèi)大量風(fēng)機(jī)再一次遭遇了跳閘脫網(wǎng)……在風(fēng)電飛速發(fā)展的2011年，我國遭遇了這樣大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故共8起，酒泉更連續(xù)發(fā)生3次大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故，最嚴(yán)重時(shí)一次脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)達(dá)千余臺(tái)，從一個(gè)側(cè)面反應(yīng)出新能源并網(wǎng)的問題在我國已十分嚴(yán)竣。
與歐洲各國不同，我國風(fēng)電、光伏等新能源集中大規(guī)模開發(fā)，接入電網(wǎng)末端，新能源電源與電網(wǎng)交互影響嚴(yán)重。在國家科技部和國家電網(wǎng)公司的大力支持下，中國電科院組織了數(shù)百人的科研團(tuán)隊(duì)著力突破風(fēng)電功率預(yù)測與調(diào)度運(yùn)行技術(shù)、風(fēng)電機(jī)組抗擾動(dòng)與安全運(yùn)行技術(shù)等難題，在風(fēng)電功率預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度、并網(wǎng)仿真和試驗(yàn)檢測等關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破，項(xiàng)目主要成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。在該研究成果的支撐下，目前我國風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測容量已占2012年并網(wǎng)容量的82%；風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)已應(yīng)用于吉林、新疆和西北等地多個(gè)高風(fēng)電穿透率電網(wǎng)；基于風(fēng)電并網(wǎng)仿真平臺(tái)完成了13個(gè)省(區(qū))、7個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地接納能力，以及251個(gè)風(fēng)電場并網(wǎng)專題研究。經(jīng)測算，項(xiàng)目成果的應(yīng)用有效提高了我國風(fēng)電受限地區(qū)的風(fēng)電利用率10%以上，每年可減少棄風(fēng)電量50多億千瓦時(shí)，凈增發(fā)電效益超過25億元。
與風(fēng)電情況相同，大規(guī)模光伏電站的末端接入同樣對電網(wǎng)的有功功率平衡和優(yōu)化調(diào)度帶來巨大的影響。2010年，中國電科院牽頭開展光伏發(fā)電預(yù)測技術(shù)的研究，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已在三個(gè)?。▍^(qū)）調(diào)投入業(yè)務(wù)化運(yùn)行并在多個(gè)光伏電站推廣應(yīng)用，預(yù)測容量已突破100萬千瓦，預(yù)測規(guī)模居世界首位。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)超短期預(yù)測月均方根誤差僅在10%左右，預(yù)測精度達(dá)到世界領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了一項(xiàng)世界范圍的技術(shù)空白。
近年來，中國電科院在新能源領(lǐng)域共承擔(dān)包括國家級(jí)科技項(xiàng)目在內(nèi)的各類科技項(xiàng)目近百項(xiàng)。在新能源并網(wǎng)分析與評價(jià)技術(shù)、新能源預(yù)測和氣象應(yīng)用技術(shù)、新能源調(diào)度和運(yùn)行控制技術(shù)、新能源發(fā)電關(guān)鍵控制裝備研發(fā)等方面均取得了豐碩成果。
在積極開展新能源科技攻關(guān)的同時(shí)，中國電科院依托具有國際領(lǐng)先水平的新能源設(shè)備并網(wǎng)檢測中心——國家能源大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心和國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，開展新能源設(shè)備的檢測與研發(fā)，2009年以來，累計(jì)完成50余個(gè)制造商150余種型號(hào)風(fēng)電機(jī)組的試驗(yàn)與檢測，覆蓋全部國內(nèi)的量產(chǎn)機(jī)型；完成79座各類光伏電站，共計(jì)311個(gè)測試子項(xiàng)的檢測，有效防止了大型風(fēng)電、光伏電站脫網(wǎng)事故的發(fā)生。
兩個(gè)中心的設(shè)計(jì)能力不僅適用于檢測，還可作為研發(fā)平臺(tái)支持我國新能源設(shè)備技術(shù)的試驗(yàn)研發(fā)，對于提升我國風(fēng)電和光伏制造業(yè)整體水平意義重大。以風(fēng)電行業(yè)為例，在檢測的同時(shí)，中國電科院與國內(nèi)制造廠商充分分享檢測成果，研究改進(jìn)措施，不斷促進(jìn)國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。2010年，我國通過低電壓穿越檢測的機(jī)型，主控系統(tǒng)和變流器均為國外產(chǎn)品或采用國外技術(shù)。三年多來，在各生產(chǎn)廠商與中國電科院的共同努力下，檢測通過機(jī)型的主控系統(tǒng)國產(chǎn)化比例已達(dá)66.7%，變流器國產(chǎn)化比例達(dá)55.1%。一些廠家的主流機(jī)型主控系統(tǒng)和變流器已實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)化。此外，由于兩個(gè)中心的檢測報(bào)告均得到國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)互認(rèn)可，可最大限度地支持國內(nèi)設(shè)備制造商產(chǎn)品打入國際市場。
當(dāng)前，中國電科院在新能源領(lǐng)域的整體技術(shù)水平已獲得了國際業(yè)界的認(rèn)可。2013年3月國際電工委員會(huì)（IEC）成立的“大容量可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)”技術(shù)分委會(huì)秘書處就設(shè)在國家能源大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，這對于我國爭取新能源行業(yè)的國際話語權(quán)具有重要意義。
分布式能源
微電網(wǎng)讓用電不再成問題
嚴(yán)格的測試和周到的服務(wù)讓風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電站等眾多設(shè)備更安全可靠地發(fā)揮作用，也為大規(guī)模新能源基地替代傳統(tǒng)能源提供了保障。然而，在我國西北人煙稀少遼闊地域內(nèi),一些牧民仍然居無定所，遷徙頻繁，這時(shí)候零散的新能源配置就成為了有益補(bǔ)充，滲透至傳統(tǒng)送電方式所不能及的地區(qū)。
分布式能源和微電網(wǎng)技術(shù)可極方便地解決偏遠(yuǎn)或人口稀少地區(qū)能源供應(yīng)問題。近年來，公司已建設(shè)若干分布式電源并網(wǎng)及微電網(wǎng)示范工程。在公司部署下，中國電科院大力開展新能源技術(shù)在分布式能源和微電網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。在2011年開工建設(shè)的呼倫貝爾市陳巴爾虎旗赫爾洪德生態(tài)移民新村建設(shè)智能電網(wǎng)項(xiàng)目——“分布式發(fā)電/儲(chǔ)能及微電網(wǎng)接入控制試點(diǎn)工程”中，中國電科院發(fā)揮了強(qiáng)大的科技支撐作用。通過該工程建設(shè)，取得了在農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)中分布式電源、儲(chǔ)能與微電網(wǎng)接入控制和能量優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，自主研發(fā)了微電網(wǎng)集中控制器、分布式電源/微電網(wǎng)并網(wǎng)控制和能量管理系統(tǒng)等核心軟硬件系統(tǒng)，申請了1項(xiàng)國際專利、5項(xiàng)國內(nèi)專利，形成的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范涵蓋了從試點(diǎn)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、安裝、投運(yùn)、運(yùn)行、維護(hù)、檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)。
此外，在一些偏遠(yuǎn)牧區(qū)和無電地區(qū)，中國電科院還依托公司科技項(xiàng)目“農(nóng)網(wǎng)光伏電站綜合技術(shù)研究及示范”，大力推動(dòng)移動(dòng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。這種新技術(shù)可以解決廣大游牧牧民用電問題，也可用于其他未通電地區(qū)的供電解決方案，同時(shí)還可以作為一種臨時(shí)電源廣泛應(yīng)用于野外作業(yè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等特殊環(huán)境。
依托眾多示范工程，經(jīng)過多年的科技攻關(guān)和工程實(shí)踐，中國電科院目前已在分布式新能源發(fā)電并網(wǎng)及微電網(wǎng)技術(shù)等領(lǐng)域積累了大量技術(shù)儲(chǔ)備，為公司解決分布式電源并網(wǎng)和微電網(wǎng)技術(shù)難題提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
在廣袤無垠的草原上，無數(shù)高大的白色風(fēng)機(jī)緩慢地旋轉(zhuǎn)著，灰色金屬質(zhì)地太陽能電池板在陽光下熠熠閃爍，將大自然賦與的風(fēng)能、太陽能不斷轉(zhuǎn)化為清潔電能。這些新能源的規(guī)?；l(fā)展，有效促進(jìn)了我國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙贏。10月15日，國家電網(wǎng)公司董事長、黨組書記劉振亞在出席第22屆世界能源大會(huì)時(shí)指出，過去十年，全球風(fēng)電和太陽能發(fā)電裝機(jī)累計(jì)增長了8倍和44倍，中國增長了158倍和183倍。隨著黨的十八屆二中全會(huì)將生態(tài)文明建設(shè)提升到與社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會(huì)建設(shè)同等高度，新能源的發(fā)展也因我國生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)得到飛速增長。
但風(fēng)電、光伏受氣候和天氣條件影響，也給并網(wǎng)工作出了難題。以風(fēng)電為例，據(jù)測算，風(fēng)速變化1米／秒，一個(gè)100兆瓦的大型風(fēng)電場的發(fā)電量變化最大可達(dá)22兆瓦。給電網(wǎng)的發(fā)、供、需實(shí)時(shí)平衡帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。
為更好地服務(wù)我國新能源的開發(fā)和利用，國家電網(wǎng)公司不斷加大新能源技術(shù)的研發(fā)力度。作為公司綜合性科研機(jī)構(gòu)，中國電科院將新能源技術(shù)研究作為重要攻關(guān)方向，努力解決新能源開發(fā)的各類技術(shù)難題。研究成果廣泛應(yīng)用，為公司提供大量卓有成效的技術(shù)支撐，全力助推公司電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。
科技創(chuàng)新
讓新能源并網(wǎng)技術(shù)更成熟
一列電氣化火車高速通過，不遠(yuǎn)處某大型風(fēng)電場的監(jiān)控室內(nèi)，屏幕上的功率曲線驟然降低——場內(nèi)大量風(fēng)機(jī)再一次遭遇了跳閘脫網(wǎng)……在風(fēng)電飛速發(fā)展的2011年，我國遭遇了這樣大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故共8起，酒泉更連續(xù)發(fā)生3次大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故，最嚴(yán)重時(shí)一次脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)達(dá)千余臺(tái)，從一個(gè)側(cè)面反應(yīng)出新能源并網(wǎng)的問題在我國已十分嚴(yán)竣。
與歐洲各國不同，我國風(fēng)電、光伏等新能源集中大規(guī)模開發(fā)，接入電網(wǎng)末端，新能源電源與電網(wǎng)交互影響嚴(yán)重。在國家科技部和國家電網(wǎng)公司的大力支持下，中國電科院組織了數(shù)百人的科研團(tuán)隊(duì)著力突破風(fēng)電功率預(yù)測與調(diào)度運(yùn)行技術(shù)、風(fēng)電機(jī)組抗擾動(dòng)與安全運(yùn)行技術(shù)等難題，在風(fēng)電功率預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度、并網(wǎng)仿真和試驗(yàn)檢測等關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破，項(xiàng)目主要成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。在該研究成果的支撐下，目前我國風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測容量已占2012年并網(wǎng)容量的82%；風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)已應(yīng)用于吉林、新疆和西北等地多個(gè)高風(fēng)電穿透率電網(wǎng)；基于風(fēng)電并網(wǎng)仿真平臺(tái)完成了13個(gè)省(區(qū))、7個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地接納能力，以及251個(gè)風(fēng)電場并網(wǎng)專題研究。經(jīng)測算，項(xiàng)目成果的應(yīng)用有效提高了我國風(fēng)電受限地區(qū)的風(fēng)電利用率10%以上，每年可減少棄風(fēng)電量50多億千瓦時(shí)，凈增發(fā)電效益超過25億元。
與風(fēng)電情況相同，大規(guī)模光伏電站的末端接入同樣對電網(wǎng)的有功功率平衡和優(yōu)化調(diào)度帶來巨大的影響。2010年，中國電科院牽頭開展光伏發(fā)電預(yù)測技術(shù)的研究，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已在三個(gè)?。▍^(qū)）調(diào)投入業(yè)務(wù)化運(yùn)行并在多個(gè)光伏電站推廣應(yīng)用，預(yù)測容量已突破100萬千瓦，預(yù)測規(guī)模居世界首位。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)超短期預(yù)測月均方根誤差僅在10%左右，預(yù)測精度達(dá)到世界領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了一項(xiàng)世界范圍的技術(shù)空白。
近年來，中國電科院在新能源領(lǐng)域共承擔(dān)包括國家級(jí)科技項(xiàng)目在內(nèi)的各類科技項(xiàng)目近百項(xiàng)。在新能源并網(wǎng)分析與評價(jià)技術(shù)、新能源預(yù)測和氣象應(yīng)用技術(shù)、新能源調(diào)度和運(yùn)行控制技術(shù)、新能源發(fā)電關(guān)鍵控制裝備研發(fā)等方面均取得了豐碩成果。
在積極開展新能源科技攻關(guān)的同時(shí)，中國電科院依托具有國際領(lǐng)先水平的新能源設(shè)備并網(wǎng)檢測中心——國家能源大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心和國家能源太陽能發(fā)電研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，開展新能源設(shè)備的檢測與研發(fā)，2009年以來，累計(jì)完成50余個(gè)制造商150余種型號(hào)風(fēng)電機(jī)組的試驗(yàn)與檢測，覆蓋全部國內(nèi)的量產(chǎn)機(jī)型；完成79座各類光伏電站，共計(jì)311個(gè)測試子項(xiàng)的檢測，有效防止了大型風(fēng)電、光伏電站脫網(wǎng)事故的發(fā)生。
兩個(gè)中心的設(shè)計(jì)能力不僅適用于檢測，還可作為研發(fā)平臺(tái)支持我國新能源設(shè)備技術(shù)的試驗(yàn)研發(fā)，對于提升我國風(fēng)電和光伏制造業(yè)整體水平意義重大。以風(fēng)電行業(yè)為例，在檢測的同時(shí)，中國電科院與國內(nèi)制造廠商充分分享檢測成果，研究改進(jìn)措施，不斷促進(jìn)國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。2010年，我國通過低電壓穿越檢測的機(jī)型，主控系統(tǒng)和變流器均為國外產(chǎn)品或采用國外技術(shù)。三年多來，在各生產(chǎn)廠商與中國電科院的共同努力下，檢測通過機(jī)型的主控系統(tǒng)國產(chǎn)化比例已達(dá)66.7%，變流器國產(chǎn)化比例達(dá)55.1%。一些廠家的主流機(jī)型主控系統(tǒng)和變流器已實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)化。此外，由于兩個(gè)中心的檢測報(bào)告均得到國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)互認(rèn)可，可最大限度地支持國內(nèi)設(shè)備制造商產(chǎn)品打入國際市場。
當(dāng)前，中國電科院在新能源領(lǐng)域的整體技術(shù)水平已獲得了國際業(yè)界的認(rèn)可。2013年3月國際電工委員會(huì)（IEC）成立的“大容量可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)”技術(shù)分委會(huì)秘書處就設(shè)在國家能源大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，這對于我國爭取新能源行業(yè)的國際話語權(quán)具有重要意義。
分布式能源
微電網(wǎng)讓用電不再成問題
嚴(yán)格的測試和周到的服務(wù)讓風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電站等眾多設(shè)備更安全可靠地發(fā)揮作用，也為大規(guī)模新能源基地替代傳統(tǒng)能源提供了保障。然而，在我國西北人煙稀少遼闊地域內(nèi),一些牧民仍然居無定所，遷徙頻繁，這時(shí)候零散的新能源配置就成為了有益補(bǔ)充，滲透至傳統(tǒng)送電方式所不能及的地區(qū)。
分布式能源和微電網(wǎng)技術(shù)可極方便地解決偏遠(yuǎn)或人口稀少地區(qū)能源供應(yīng)問題。近年來，公司已建設(shè)若干分布式電源并網(wǎng)及微電網(wǎng)示范工程。在公司部署下，中國電科院大力開展新能源技術(shù)在分布式能源和微電網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。在2011年開工建設(shè)的呼倫貝爾市陳巴爾虎旗赫爾洪德生態(tài)移民新村建設(shè)智能電網(wǎng)項(xiàng)目——“分布式發(fā)電/儲(chǔ)能及微電網(wǎng)接入控制試點(diǎn)工程”中，中國電科院發(fā)揮了強(qiáng)大的科技支撐作用。通過該工程建設(shè)，取得了在農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)中分布式電源、儲(chǔ)能與微電網(wǎng)接入控制和能量優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，自主研發(fā)了微電網(wǎng)集中控制器、分布式電源/微電網(wǎng)并網(wǎng)控制和能量管理系統(tǒng)等核心軟硬件系統(tǒng)，申請了1項(xiàng)國際專利、5項(xiàng)國內(nèi)專利，形成的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范涵蓋了從試點(diǎn)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、安裝、投運(yùn)、運(yùn)行、維護(hù)、檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)。
此外，在一些偏遠(yuǎn)牧區(qū)和無電地區(qū)，中國電科院還依托公司科技項(xiàng)目“農(nóng)網(wǎng)光伏電站綜合技術(shù)研究及示范”，大力推動(dòng)移動(dòng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。這種新技術(shù)可以解決廣大游牧牧民用電問題，也可用于其他未通電地區(qū)的供電解決方案，同時(shí)還可以作為一種臨時(shí)電源廣泛應(yīng)用于野外作業(yè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等特殊環(huán)境。
依托眾多示范工程，經(jīng)過多年的科技攻關(guān)和工程實(shí)踐，中國電科院目前已在分布式新能源發(fā)電并網(wǎng)及微電網(wǎng)技術(shù)等領(lǐng)域積累了大量技術(shù)儲(chǔ)備，為公司解決分布式電源并網(wǎng)和微電網(wǎng)技術(shù)難題提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
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