青藏地區(qū)地廣人稀，部分州、縣距離大電網(wǎng)近1000千米，是我國電力供應中難度最大的“最后一公里”。
為解決這一難題，2007年，中國電力科學研究院牽頭，充分利用青藏地區(qū)光伏發(fā)電、風電、小水電及混合儲能，克服了一系列關鍵技術挑戰(zhàn)，構建了“供電質(zhì)量好、抗擾能力強、自動程度高、建設調(diào)試易”的可再生能源供電系統(tǒng)，有效解決了項目應用地區(qū)的供電問題。1月10日，“青藏地區(qū)可再生能源獨立供電系統(tǒng)關鍵技術及工程應用”獲國家科學技術進步獎二等獎。
克服技術環(huán)境雙重考驗
青藏地區(qū)地廣人稀、生態(tài)脆弱，全部依靠大電網(wǎng)供電難度極大。一些無電缺電地區(qū)主要依靠小水電、柴油發(fā)電或小型獨立光儲電站供電。然而，受高海拔環(huán)境與長達半年的枯水期影響，供電效率低、成本高，供電可靠性和電能質(zhì)量低，年供電小時數(shù)不足3000小時。州、縣政府所在地只能按照負荷重要程度定時分片供電，嚴重影響了這些地方居民的日常生活和經(jīng)濟社會發(fā)展。
采用大電網(wǎng)延伸建設的方式難度大、投資高。那么，是否可以借鑒樓宇、園區(qū)等微電網(wǎng)經(jīng)驗，利用青藏地區(qū)豐富的太陽能、風能和小水電資源構建可再生能源獨立供電系統(tǒng)，實現(xiàn)無電缺電地區(qū)自給自足？
“青藏地區(qū)可再生能源獨立供電系統(tǒng)是以高比例波動性電源長距離供電為場景、以高度電力電子化為特征的特殊弱電網(wǎng)，與樓宇、園區(qū)、村鎮(zhèn)等并網(wǎng)型微電網(wǎng)和海島獨立型微電網(wǎng)有顯著差異。控制、保護、自主運行與施工調(diào)試難度大，常規(guī)微電網(wǎng)技術無法滿足要求。”項目第二完成人、中國電科院首席專家劉純介紹。在海拔4000多米的青藏高原建設可再生能源獨立供電系統(tǒng)面臨著技術與環(huán)境的雙重挑戰(zhàn)。
2007年11月，在國家自然科學基金重點項目“分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)運行控制與保護關鍵技術研究”、863計劃“多能互補微型電網(wǎng)的并網(wǎng)、控制和能量管理技術”、國家電網(wǎng)公司科技項目“可再生能源多能互補供電系統(tǒng)關鍵技術研究”等項目的支持下，由中國電科院、合肥工業(yè)大學、國電南瑞、北京科諾偉業(yè)、陽光電源、國網(wǎng)西藏電力等單位組成的項目團隊開始了可再生能源獨立供電系統(tǒng)整體方案設計、運行控制保護、自主化運行維護等技術的研究。
項目成果應用推廣效果顯著
2015年11月，項目團隊歷時8年，攻克了可再生能源獨立供電系統(tǒng)寬頻帶控制、故障隔離與穿越、自主協(xié)同運行等關鍵技術，研發(fā)了光伏儲能變流器、控制保護裝置、能量管理系統(tǒng)、遠程運維平臺，形成了具有自主知識產(chǎn)權的可再生能源獨立供電核心技術及系列產(chǎn)品。“電能質(zhì)量好、抗擾能力高、自主運行強、施工調(diào)試快”的獨立供電系統(tǒng)落地青藏高原。
項目共建成4個獨立供電系統(tǒng)，解決了噶爾、日土、扎達、革吉、措勤、尼瑪、玉樹7個州、縣，近50萬平方千米50多萬人的用電問題。項目應用地區(qū)年供電小時數(shù)從不足3000小時提升到8700小時以上，供電可靠性達到藏中電網(wǎng)同等水平。
“項目建設前，由于電力短缺，措勤縣居民主要靠燒牛糞取暖。有了這個供電系統(tǒng)后，他們可以用電采暖、做飯，還能看上電視，用上更多的家用電器，極大地提高了生活質(zhì)量。”項目第一完成人、中國電科院新能源研究中心主任、新能源與儲能運行控制國家重點實驗室主任王偉勝說。
2018年5月，中國電機工程學會在拉薩組織召開了項目技術鑒定會，專家組評價：“項目研究、開發(fā)、構建了廣域高海拔可再生能源供電系統(tǒng)，在多電壓源頻率協(xié)調(diào)控制、多源穩(wěn)定域分析方法、故障穿越與快速恢復控制、全景可視化運維等方面處于國際領先水平。”
目前，項目主要成果推廣至新疆榮和獨立供電系統(tǒng)、青海祁連縣光儲獨立供電系統(tǒng)等全國35個大容量可再生能源微電網(wǎng)工程，為未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的構建和運行提供了寶貴經(jīng)驗。同時，項目研發(fā)的關鍵裝置和系統(tǒng)出口至印度、巴基斯坦等國家，為解決“一帶一路”沿線無電缺地區(qū)供電問題提供了參考。
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