国家能源集团“沙戈荒”新能源基地:构网型储能如何破解世界性难题?

咱们普通人可能想不到,茫茫戈壁滩上,那些光伏板不仅能发电,还成了固定沙土的“生态卫士”,而最核心的技术秘密,藏在一套叫做“构网型储能”的系统里。

就在前不久,国家能源集团在宁夏腾格里沙漠的“沙戈荒”能源大基地完成了首台风机吊装,这标志着我国在沙漠、戈壁、荒漠地区的大型新能源基地建设又迈出了坚实一步。

但你知道吗?这类基地面临的最大挑战不是建电站,而是如何让这些电稳定地输送到千里之外的城市。2022年,一次直流闭锁故障就导致陕武直流损失功率232万千瓦,切除了陕西24万千瓦的新能源发电。


01 “沙戈荒”基地的并网难题

“沙戈荒”地区——沙漠、戈壁和荒漠的简称,已成为我国新能源发展的主战场。到2024年,国家能源集团可再生能源总装机量已突破1.4亿千瓦,占电力总装机比重超过40%,提前一年实现了“十四五”发展目标。

但这些地区建设新能源基地面临三大技术痛点:

  • 短路比不足:常规电源稀少,导致电网支撑能力弱
  • 暂态过电压与宽频振荡:直流闭锁故障后,易引发全网频率及电压稳定问题
  • 控制系统耦合严重:现有各控制系统各自为政,难以实现精准控制

宁夏甘塘-沙坡头区块原本计划安装24台调相机来解决这些问题,但核算下来,仅运行费用每年就高达8760万元,经济性差成为棘手问题。

02 构网型储能:超越调相机的技术突破

构网型储能技术之所以成为“沙戈荒”基地的理想解决方案,源于其独特的技术优势。与风电构网存在的多电压源并列运行稳定性问题,以及光伏夜间无法构网的局限性相比,储能可基本实现全容量SOC下的构网控制

构网型储能系统在“沙戈荒”基地建设中展现出三大突出优势:

  1. 瞬间释放能量能力:储能容量大,可提供瞬时功率支撑
  2. 全容量构网控制:在不同荷电状态下均能保持稳定构网能力
  3. 多时间尺度协调:可实现从百毫秒到秒级的全覆盖惯量响应

这一技术不仅在额济纳旗成功实现了广域大网架纯新能源黑启动,还验证了全域离网中长期运行和人工短路故障穿越能力,为新能源大规模消纳奠定了核心技术基础。

03 创新亮点:四项技术突破

系统设计与控制技术

项目提出了适用于“沙戈荒”新能源基地的构网型储能系统设计与控制技术,兼顾了同步惯量支撑、一次调频和快速调压等功能,明确了涉网控制保护特性参数要求。

这一技术使得构网储能暂态过流能力达到额定电流3倍,系统稳态与暂态均实现电压源特性,暂态电压响应时间达到十毫秒级,无功调节能力不低于系统容量的150%。

稳定与协调控制技术

针对新能源基地内风光储多种电源的协调问题,项目开发了基于构网型储能的稳定控制技术和协调控制技术,能够充分协调多类型电源,实现并网/离网稳定高效运行,显著提高了新能源基地运行灵活性和电能利用率。

暂态电压频率支撑能力评估

项目创新性地提出了基于构网型储能的新能源基地快速支撑电网暂态频率电压能力评估方法,明确了量化评估指标,为系统配置提供了科学依据。

设备与参数优化方法

针对现有控制参数优化方法在暂态电压频率快速支撑场景下适应性不足的问题,项目提出了面向电网暂态电压频率快速支撑的构网型储能控制参数优化方法。

04 项目实施方案与目标

国家能源集团这一示范项目计划建设10万千瓦构网型储能电站,通过分阶段实施完成建模、控制策略研究、平台搭建、工程建设与示范运行。

项目的关键技术指标包括:

  • 将新能源场站并网点短路比提升至2.0,机端短路比至1.5
  • 系统频率响应较传统跟网型控制频率变化率降低20%以上
  • 故障情况下新能源发电单元机端工频过电压水平不超过1.3标幺值

为确保项目顺利实施,国家能源集团采用了自主研发与委托研发结合的方式,联合多方主体共同推进,并明确了各年度关键节点与经费预算。

05 多重效益分析

经济效益

构网型储能技术的应用带来了显著的经济效益。相比传统的调相机方案,它不仅可减少调相机投资与运维费用,还能通过提升并网电量、延长设备寿命和获得辅助服务收益实现多重经济回报。

以甘塘-沙坡头区块为例,构网型储能方案可部分或全部替代原计划安装的24台调相机,节省投资成本约10.8亿元,每年减少运行费用8760万元。

生态与社会效益

在生态效益方面,国家能源集团在“沙戈荒”地区创新实践了 “板上发电、板下修复” 的模式。在宁夏腾格里沙漠,龙源电力用新能源开发为沙漠锁边,使一期100万千瓦光伏场区植被覆盖率从建设前的0.5%增加至20%。

这种“光伏+生态治理”模式让光伏板既发电又护沙,为耐旱植物生长创造条件,实现了生态修复与能源生产的双赢。

06 未来前景与应用拓展

构网型储能技术在“沙戈荒”新能源基地的成功示范,为后续大规模新能源基地建设提供了可复制的经验。国家能源集团正在推动这一技术向更多应用场景拓展。

截至2024年底,国家能源集团已建成投运新型储能项目100个,总装机规模达333万千瓦/595万千瓦时,较2023年底增长超过140.29%。

未来,随着更多“沙戈荒”基地的建成,构网型储能技术还可在以下领域发挥更大作用:

  • 虚拟电厂:广东、湖北、江西、浙江等多个地区的虚拟电厂项目已有效聚合分布式电源、储能系统等需求侧资源
  • 可再生能源制氢:河北赤城制氢厂利用可再生能源电解水制出的绿氢,已为多种氢燃料车型提供绿色动能
  • 分布式能源系统:在西藏那曲市聂荣县尼玛乡铜龙村,帮助牧民建成屋顶户用光伏系统,配置化学储能和智能微电网,形成电力“自发自用”+“供热供暖”运行模式

宁夏腾格里沙漠基地里,那块印有“国家能源集团”标志的构网型储能设备,表面看是几个集装箱大小的柜子,背后却是全国首个源侧新型电力系统综合能源基地示范工程的核心技术。不远处,光伏板下的植被已从零星点点连成绿毯,植被覆盖率从0.5%增至20%。

未来几年,你会发现“沙戈荒”基地的电不仅更稳定,价格也可能更便宜。构网型储能技术正让这些不毛之地变成“能源粮仓”,而国家能源集团的探索,只是中国能源转型浪潮中的一个缩影。

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