焦点访谈:登攀 水光互补 创新能源路

焦点访谈:登攀 水光互补 创新能源路
2023-11-27 10:02 央视网 编辑:李彤

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央视网消息(焦点访谈):青海省海南州共和县有一个神奇的地方叫作塔拉滩,这里一度是沙尘肆虐、寸草不生,如今却是青草茵茵、羊群遍野,而且这里的羊还有个奇怪的名字,叫光伏羊。羊和光伏是怎么扯到一起去的呢?因为这里有一个全球装机规模最大的光伏产业园,而且这个产业园还有一个特别之处,它创造性地实现了水光互补。

七月初的青海,海南州的塔拉滩上绿草盈盈。上午八点多钟,牧民正赶着自家的羊去放牧。奇怪的是,这些羊群去吃草的地方并不是草原草场,而是一个工业区。

国家电投黄河公司海南州分公司产业园项目部站长助理杨军:“光伏板下面这些羊,就是我们请过来帮忙除草的。因为每年一到夏天,园区电池组件下面草就特别高,长高了以后会遮挡电池组件,一个是影响发电效率,再一个秋冬季有火灾隐患。”

青海省海南州塔拉滩太阳能发电园区,目前已建成345平方公里,装机容量15600兆瓦。数千万片光伏发电板形成一片蓝色的海洋。这么大面积的光伏发电站内除草的工作量相当繁重,能不能找到一个两全其美的解决办法呢?这上万只正在光伏园里休闲吃草的羊,就是被选作承担这项工作的“特殊员工”。

上万只羊淹没在上千万块光伏发电板中安静地吃草,谁能想到,在这安静之下,在这片蓝色海洋之下,巨大的能量以电力的形式源源不断产生,能量之大,年发电量足够满足340万个家庭全年用电。

青海共和塔拉滩光伏发电园区是全球装机规模最大的光伏发电园区。“塔拉滩”蒙古语的意思就是荒滩。世界最大的光伏电站为什么能出现在这里?这么大的光伏发电量能不能顺利、便捷地输送出去呢?这些问题在十年前都是不可想象的。

2012年,当第一批建设者来到塔拉滩时,眼前一片苦寒之地,几乎没有生命的迹象。这片看似连草都不长的高原荒漠日照强而且时间长,有着丰富的太阳能资源,当地政府计划利用光伏发电技术在塔拉滩开发一个大型新能源园区,带动当地经济发展。这个大规模开发光伏的想法很美,但对于当时我国的光伏发电技术水平来说,这似乎更像是一个梦想。

刚刚起步的光伏发电因为受白天、黑夜、阴天、晴天光照波动影响导致发电量的不稳定,对电网造成负载冲击的负担,严重时甚至导致运行事故,所以很不受欢迎。加之起步阶段相关技术还不成熟,建设光伏电站投入成本很高,这个行业普遍不被看好,光伏发电站的前途一片迷茫。

能不能把光伏电的不稳定、不可控变成可控、对电网友好的电,成为光伏这种新能源生死存亡的一个关键,也成为业界攻关的难题。

国家电投黄河公司新能源建设分公司党委书记、副总经理王伦:“怎么解决这个问题呢?我们有多年水电开发建设运行的经验,是不是可以依靠水电这个老大哥,它本领强、能力大,把新能源小弟带一带?后来就猜想是不是可以实现‘水光互补’,通过优质的水电带动相对能力比较差、波动性、间歇性比较强的新能源,一块共同健康发展。”

跟塔拉滩相距仅50公里的龙羊峡水电站是黄河上游库容最大、调节能力最强的水电站,所谓“水光互补”猜想的试验目标就选定了龙羊峡水电站。把临近的塔拉滩光电输送到龙羊峡,用可控的水电来补充、调节不稳定的光电,待调节成稳定优质电能之后,再统一输送给电网。这个能源互补的概念一经提出,在业内可谓是石破天惊。

牵一发而动全身,这个前所未有的猜想能不能变成现实?黄河公司把“水光互补”当作自己做优做强新能源、开发新能源的一个契机,派出最有实力的专家和最年轻有活力的大学毕业生组成攻关团队,进行技术方案研究和论证。他们把如何通过控制水电输出实现互补运行,协同达到总量平衡做了一个形象的比喻。

国家电投黄河公司龙羊峡发电分公司副总经理朱纲:“一个水池有两个进水管,一个水管没有阀门不能控制,另外一个水管有阀门可以进行控制。这时候控制能调节、有阀门的水管来进行调节,使得总入水池里的水始终是恒定的。”

水光互补就是说白天光电发电量大的时候,优先光伏发电,水电就少发些,等晚间光伏不发电的时候,水电就全力发电,保证实现能源的最大化利用。难就难在天气随时都会发生变化,受之影响的光伏发电也是瞬息变化。水光互补要求水电站随着光伏发电的变化快速作出反应,按照方案设计,这个反应速度必须精确到毫秒级——这实际上是一个如何打通新旧两种能源体系的大难题。

王伦:“既不影响水电机组的安全稳定运行,同时又能实现水电对光伏电的快速调节响应。首先看一下单体设备有多大潜力,系统组合有多大潜力,包括通讯,最后实现快速协调。”

国家电投黄河公司新能源生产部高级主管宦兴胜:“最难的是水光互补模拟模型的建立,这个模型做不出来,就是一个空想法。”

既然要创新,就得披荆斩棘。攻关团队把系统性难题分解成一个一个的具体技术问题,专题研讨会一个接一个地开。

近两年时间,30多场研讨会,攻关团队最终建立起凝聚多项创新技术的水光互补控制理论系统,猜想距离现实近了一步。

这个研究性的成果究竟行不行?要拿到实战中进行检验。随即320兆瓦级龙羊峡水光互补光伏电站在塔拉滩马不停蹄地开了工,2013年进入试运行的调试阶段。

创新的路上每一步都走得异常艰难。工程师刘育强至今对试运行阶段经历的一次故障印象深刻。

国家电投黄河公司龙羊峡发电分公司生产部电器主管刘育强:“给系统指令以后它不去执行,像死机了不动作,以前没有发现这样的问题。”

原本以为几分钟就能解决的问题,整整耗费一天时间检查,仍然没有找到故障的原因。此时上上下下人们的心全都揪了起来。水电站所有领导和黄河公司专家团队都来到现场一起想办法。

找不出症结,只能把控制系统退出来,分析控制策略,检查配置,进行整体的大检查。系统大检查的两天多时间里,很多人没有回去睡觉,只在办公室眯了几个小时。

经过全力调试和优化,故障出现的第三天,水光互补系统重新恢复正常工作。2015年这套全新的能源互补系统经受住了多重考验,当年6月份水光互补光伏电站正式并网发电。至今这套控制系统都在稳定运行。

水光互补技术把光电调节成电网可接受的优质电,增加了电网的总电量。龙羊峡水光互补电站运行后,电站可调度出力比原来增加了85万千瓦,国家电网利用增加的发电量从青海给河南省建了一条绿电输送专线。

王伦:“水光互补成功实践以后,实现了很大一个认识上的突破,新能源并不是垃圾电,新能源也是优质电,也可以提供稳定的电力,这是最大最强的信心。我们国家从顶层设计上发生了变化,提出来多能互补,比如说现在水风光、水风火,这些都能互补,带动了新能源的快速发展。”

这一天,记者在龙羊峡水电站见到了水电光伏互补的实时情况。12点20分开始,50公里外塔拉滩光伏现场拍摄的影像显示,有一大片云经过光伏电站,光伏发电输出立即发生了变化。这个数据变化实时传到水电站的水光互补系统。

水光互补技术的成熟,开启了大规模光伏发电的序幕,有着丰富光照资源的荒漠无人区成为新能源开发的宝藏之地。塔拉滩光伏园区从一期扩展到二期,进而扩展到三期,成为全球集中发电规模最大的光伏电站群。

这里不仅规模大,而且技术最新。走进这片像是整齐排列千军万马的巨大方阵,能发现有一片队列不那么整齐的特殊区域,原来这里是园区的另一个宝藏之地:百兆瓦级光伏发电实证基地。

在过去的7年时间,这个实证基地一方面给国际国内光伏产品提供了规模巨大的检测数据,也为光伏研究学术界提供大量理论实证数据,为我国光伏行业占据世界领先地位发挥了基础性数据支撑作用。

能源是碳达峰碳中和工作的主战场,而多能互补则为实现双碳目标开辟了一条新的技术路径,能够有效提升清洁能源、低碳能源、可再生能源的应用比率。作为全球首个大规模水光互补示范电站,龙羊峡电站既是开拓者也是先行者,为我国开展水电和光伏的多能互补奠定了技术基础。而多能互补的方式还有多种。风光水火储多种能源有机整合、集成互补,传统能源和新能源之间的互补融合,将有力推进能源革命,推动构建新型智慧能源体系。

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