今年的政府工作報告提出，“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和”“加快建設(shè)‘沙戈荒’新能源基地，發(fā)展海上風(fēng)電，統(tǒng)籌就地消納和外送通道建設(shè)”。國家電網(wǎng)有限公司認(rèn)真貫徹落實(shí)全國兩會精神，以科技創(chuàng)新為驅(qū)動，加強(qiáng)新能源消納利用與電網(wǎng)穩(wěn)定控制等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，支撐新能源大規(guī)模高比例并網(wǎng)、高水平消納，推動能源清潔低碳轉(zhuǎn)型，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

▲國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地傳動鏈平臺

閩在海之中，海為閩人田。福建省擁有13.6萬平方千米海域、3752千米陸地海岸線、125個海灣和2200多個海島，海洋資源開發(fā)優(yōu)勢明顯。向海圖強(qiáng)，加快科技創(chuàng)新成為福建更好利用海洋資源、激活海洋經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)勁引擎。

3月21日，在福清市江陰產(chǎn)業(yè)園的我國首個國家級海上風(fēng)電研究與試驗(yàn)檢測基地建設(shè)現(xiàn)場，國網(wǎng)福建省電力有限公司員工正在葉片試驗(yàn)車間開展靜載筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑，靜載、動載試驗(yàn)臺鋼筋綁扎，葉片試驗(yàn)車間維護(hù)結(jié)構(gòu)安裝等作業(yè)。

海上風(fēng)電試驗(yàn)基地包括傳動鏈平臺、葉片試驗(yàn)平臺和海上試驗(yàn)風(fēng)場，其中傳動鏈平臺已于2024年12月26日建成投運(yùn)。

海上風(fēng)電試驗(yàn)基地是國家“十四五”規(guī)劃的重大項(xiàng)目，建成后可開展目前世界最大容量風(fēng)電機(jī)組和最長尺寸風(fēng)機(jī)葉片的檢測試驗(yàn)，以及大容量海上風(fēng)機(jī)裝備實(shí)證研究、網(wǎng)源友好型風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)研究等多領(lǐng)域國際前沿技術(shù)研究。

▲福建平潭大練海上風(fēng)電場

近年來，福建海上風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)躍升式發(fā)展。截至2024年年底，福建海上風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)381.8萬千瓦，占總裝機(jī)容量的4.25%，風(fēng)電利用小時數(shù)已連續(xù)12年位居全國第一。預(yù)計(jì)到“十四五”末，福建海上風(fēng)電裝機(jī)容量將超過400萬千瓦。

海上風(fēng)電接入電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)電側(cè)的間歇性和波動性等特性明顯，給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和供需平衡帶來挑戰(zhàn)。如何減輕大規(guī)模高比例風(fēng)電接入對電網(wǎng)的沖擊，幫助海上風(fēng)電與電網(wǎng)友好“牽手”，前置試驗(yàn)檢測環(huán)節(jié)是關(guān)鍵一招。

如果把試驗(yàn)檢測比作風(fēng)機(jī)的“高考”，試驗(yàn)基地就是“考場”。只有過關(guān)的風(fēng)機(jī)才能應(yīng)用于工程實(shí)踐中。“建設(shè)海上風(fēng)電試驗(yàn)基地，就是要規(guī)范開展并網(wǎng)前各項(xiàng)試驗(yàn)檢測，提升風(fēng)電機(jī)組性能質(zhì)量和并網(wǎng)友好水平，為大規(guī)模風(fēng)電接入情況下的電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行提供保障。”國網(wǎng)福建電力科技部副主任王慶華說。

▲福建電科院電網(wǎng)中心員工開展海上風(fēng)電建模測試

要為體型龐大、動輒重幾百噸的風(fēng)電機(jī)組做試驗(yàn)檢測并不輕松。“這是一個‘看天吃飯’的過程，需要把風(fēng)機(jī)運(yùn)到海上去測試，且測試工況受海風(fēng)等客觀因素影響明顯。我國海上風(fēng)電逐漸走向深遠(yuǎn)海，讓海上測試難上加難。”福建電力科學(xué)研究院海上風(fēng)電專班成員林亞濤介紹，海上風(fēng)電試驗(yàn)基地建成后，風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)檢測不再囿于場地，技術(shù)人員可以把原先在海上的測試搬到廠房里，真實(shí)可控地模擬各種天氣的工況。

國網(wǎng)福建電力聚焦海上風(fēng)電行業(yè)發(fā)展需求，加快深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)利用等核心技術(shù)攻關(guān)。組建海上風(fēng)電科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，成立國家風(fēng)電技術(shù)與檢測研究福建分中心，推動建設(shè)福建省海上風(fēng)電前沿技術(shù)工程研究中心，與北京科技大學(xué)聯(lián)合建設(shè)國家材料腐蝕與防護(hù)科學(xué)數(shù)據(jù)中心海上風(fēng)電分中心……一系列科技創(chuàng)新攻關(guān)舉措，為海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)提供了可靠技術(shù)支撐。

想要科學(xué)駕馭海上風(fēng)電資源，既要大規(guī)模開發(fā)，更要高水平消納。作為保障海上風(fēng)電消納的有效手段，儲能被稱為風(fēng)電的“黃金搭檔”，可以彌補(bǔ)風(fēng)電間歇性供電的短板，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2024年11月13日，福建寧德漁洋里儲能電站二期工程建成投運(yùn)，并完成主要涉網(wǎng)試驗(yàn)。電站內(nèi)，594個大小不一的電池柜分區(qū)域整齊排列。

▲福建寧德漁洋里儲能電站

以往，儲能系統(tǒng)普遍采用低壓集中式架構(gòu)技術(shù)路線，由大量電池單體通過串聯(lián)、并聯(lián)結(jié)合的方式，輸出直流電壓，隨后經(jīng)過功率逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，再借助工頻變壓器完成升壓后接入電網(wǎng)。這種方案不僅系統(tǒng)復(fù)雜程度高、增加能量損失，且存在并聯(lián)環(huán)流等風(fēng)險。

為了突破這些限制，福建電科院儲能攻關(guān)團(tuán)隊(duì)與寧德時代新能源科技股份有限公司聯(lián)合創(chuàng)新研發(fā)了高壓直流直掛儲能技術(shù)，省去變壓器，僅通過模塊級聯(lián)便可提升儲能系統(tǒng)電壓，直接“掛網(wǎng)”運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)百毫秒內(nèi)響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，緩解新能源電源并網(wǎng)帶來的功率隨機(jī)波動、間歇沖擊等問題。

“擺脫變壓器的限制后，儲能電站的能量轉(zhuǎn)換效率可從85%提升至90%以上，電能利用率更高。”寧德時代儲能技術(shù)研發(fā)中心主任余東旭介紹。而且，這項(xiàng)工程采用閥廳布置，與低壓儲能的集裝箱布置方式相比，占地面積可減少70%以上。

▲國網(wǎng)福建電科院技術(shù)人員巡檢漁洋里儲能電站電網(wǎng)適應(yīng)性測試現(xiàn)場

福建省島嶼眾多，島上風(fēng)、光資源豐富，如何最大程度利用好海島資源，開展新型電力系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐？國網(wǎng)福建電力積極布局風(fēng)電、儲能等在海島的應(yīng)用場景。如今，這些場景已在西洋島落地實(shí)踐。

從霞浦縣下滸碼頭出發(fā)，船行50分鐘就能到達(dá)西洋島。從西洋島上的山頂放眼望去，能看到島上3臺巨大的白色風(fēng)機(jī)。

西洋島常住人口超過3000人，全島僅通過一條海纜與陸地電網(wǎng)相連。2021年，國網(wǎng)福建電力為島上安裝了3臺2000千瓦風(fēng)機(jī)、1000千瓦/2000千瓦時電化學(xué)儲能裝置和20.74千瓦光伏設(shè)備。它們組成了福建首個具備“零碳”示范運(yùn)行能力的海島微電網(wǎng)。

微電網(wǎng)投運(yùn)后，通常情況下，與大電網(wǎng)互為補(bǔ)充，為島上用電提供雙重保障。但一旦連接大電網(wǎng)的海纜發(fā)生故障，微電網(wǎng)如何平穩(wěn)切換、獨(dú)立安全運(yùn)行？

▲位于西洋島上的微電網(wǎng)風(fēng)機(jī)

西洋島上的儲能容量配置相對小，難以實(shí)施黑啟動來帶動整個島的負(fù)荷，必須科學(xué)設(shè)計(jì)源荷儲的運(yùn)行模式。經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)與策略調(diào)整，黑啟動運(yùn)行策略得以確定：先啟動儲能系統(tǒng)建立電壓，恢復(fù)島上重要負(fù)荷供電，再恢復(fù)風(fēng)機(jī)、光伏設(shè)備發(fā)電，逐步恢復(fù)全島負(fù)荷。2022年5月，西洋島微電網(wǎng)完成黑啟動及孤網(wǎng)100%新能源電源供電3小時試運(yùn)行。

2024年5月，國網(wǎng)福建電力運(yùn)用5G、電力載波通信等技術(shù)對島上的電力設(shè)備實(shí)施自動化升級。如果海纜發(fā)生故障，全島復(fù)電時間將進(jìn)一步縮短至分鐘級。

在海島供電服務(wù)站監(jiān)控室，島上風(fēng)機(jī)、光伏設(shè)備、儲能的運(yùn)行情況一覽無余。“西洋島微電網(wǎng)為眾多離岸的海島供電提供了樣本。”霞浦縣供電公司發(fā)展部副主任楊靈翔說，眼下的工作重點(diǎn)是試點(diǎn)新型儲能裝置和波浪能發(fā)電裝置在西洋島上的應(yīng)用，掌握微電網(wǎng)各種運(yùn)行模式的切換方式，進(jìn)一步提高西洋島的供電可靠性。

從“靠海吃海”到“向海馭風(fēng)”，在福建，更多新型電力系統(tǒng)創(chuàng)新場景正在涌現(xiàn)，更多的技術(shù)創(chuàng)新成果將“乘風(fēng)破浪”。

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