金風微網：一次多樣化探索

本刊記者／趙靚 薛辰

金風微網：一次多樣化探索

本刊記者／趙靚 薛辰

多樣化的儲能設備，多樣化的供應商合作，多樣化的示范目的，以及多樣化的發展戰略。這樣的一次多樣化探索能夠為金風微網帶來些什么？

“當智能微網內的電源出力小于負荷需求時，如果在電價低谷時段，優先考慮利用電網電力，減少對儲能系統的放電控制；如果電價處于尖峰時段，則優先考慮對儲能進行放電控制。當微網內電源出力大于負荷需求時，會優先考慮對儲能進行充電控制，提高微網內可再生能源的利用率。”金風科技可再生能源智能微網（簡稱金風微網）項目主管谷延輝，在位于金風科技二期工廠的控制室為記者解釋金風微網項目的核心控制理念。

雖然寥寥數語，但已經能夠說明智能微網在能源管理方面所應扮演的角色。這里的核心詞語是“電價”及“可再生能源利用率”。顯然，這個項目孜孜以求的是如何在電價與可再生能源利用之間找到最佳的效益和必要的平衡。而調節這平衡機制的手段，則是在一定的控制策略下，系統地利用微網內部的發電設備與儲能設備，甚至是負載。

拋去別國另談，僅我國在開展智能微網實驗項目的機構就已經不少，因項目背景、資金支持、科研能力、項目參與方的不同，其研究方向各不相同。作為一個由風電整機商承擔的微網項目，金風科技對該智能微網項目投入非常重視，從而使其能夠容納更多樣化的發電、儲能和控制技術，同時為參與該項目的設備供應商們搭建了不可多得的試驗平臺。

除了發電系統外，金風微網項目另一特點是對儲能系統的不斷完善。

發電與儲能

乘輕軌亦莊線向南行駛時，你很容易將窗外一臺高大的風電機組當成亦莊的“標志性建筑”，而這臺機組正是金風微網項目中的發電單元之一。

據介紹，這臺風電機組距離金風科技二期基地的直線距離不到2公里。如果從地鐵站打個黑車到二期，八成會從這臺機組旁路過。

事實上，正是由于2.5MW風電機組的存在，金風科技的這個項目比多數智能微網項目顯得更側重于風電與大電網、微網之間的配合；又由于500千瓦光伏的存在，金風微網在與電科院張北微網項目相比，具有了更靠近分布式電源的科研側重點。

據悉，金風微網的500千瓦的光伏發電設備被安裝于金風2期的1號樓、2號樓乃至金風大學的樓頂上，從而成為了這個項目的第二種發電單元。這些電池板的滿負荷發電能力雖然并沒有一臺2.5MW的風電機組強，但其顯然更適合風能資源一般的亦莊。

這是記者第二次到金風了解該項目的進展，在時隔10個月后，這些電池板的運行已經從之前的限功率狀態提高到標準運行狀態。而那臺2.5MW風電機組在這段時間里成功并網，并幫助整個項目在2013年3月份創造了該項目啟動以來最高的供電記錄——單日供電量超過3.6萬千瓦時，占整個廠區當日消耗電量的92%。

除了發電系統外，金風微網項目另一特點是對儲能系統的不斷完善。

在金風科技二期的一棟辦公樓的一層，為這個項目的儲能、監控等系統安排了430平方米的面積，其中就包括鋰電池室和釩液流室，里面的設備主要用于能量儲能。

目前，鋰電池技術已相當成熟，價格也比較低，但由于金風微網所采用的鋰電池是由單個電池通過串并聯而成的“成堆”系統，對供應商的技術能力也提出了不小的挑戰。

與鋰電池相比，釩液流則更像是一種新型儲能技術，而且最近“很火”。

在釩液流室中記者可以看到，4個被放置在地上的大罐占據了房間的一半面積，一些管道與泵相連，通向一臺高大的設施——電堆。罐子里的液體是能量的存儲體——釩的溶液，該設備的原理是通過釩離子的價態變化來實現電子的吸收或釋放。要想增加電池的容量，也就是放電時間，可以直接增加釩溶液。在這個過程中，釩溶液可以循環使用，而設備的輸出功率則是由電堆的能力所決定的。

據谷延輝介紹，金風微網項目的釩液流電池功率為200千瓦，能在該功率條件下釋放4個小時的電力。這樣算來，它就相當于一個能夠存儲800千瓦時電的大電池。

據了解，雖然以上兩種儲能方式都通過了24小時和72小時實驗，可仍有不少需要改進的空間。鋰電池在于其成堆后的均衡和安全技術，釩液流在于如何減少占地面積、成本，提高運行效率。這些改進是這兩種儲能系統，乃至整個微網實現商業化的必經之路。

因此，目前該項目的儲能電池還沒有實現無限制地充放運行，“在鋰電池成堆之后，安全風險是值得認真對待的。我們必須明確了解運行會出什么異常，檢測系統、安防系統等的情況。”谷延輝介紹說。

事實上，釩液流電池也仍然處于技術探索階段，國內掌握該技術的公司不是很多，與鋰電池相比，它也并不是毫無缺點。首先其能量密度并不高，從而需占據更大的空間，其次是由于商業化程度不夠，價格昂貴。

除了鋰電池與釩液流電池這兩種主要運用于減少棄風損失的能量型儲能設備外，金風微網還引入超級電容和飛輪。這是兩種功率型儲能設備，雖然技術大相徑庭，但使用它們的結果是一樣的：短時提高電能質量，以及平滑高頻的波動。

據記者實地了解，目前該項目的飛輪還未到位，這與我國還沒有生產出滿足微網需求的產品有關。而不少廠家能夠生產的超級電容，早在2012年便已經在金風微網中開始了相關測試。據谷延輝介紹，安裝于金風微網項目中的超級電容共有8組，每組擁有48個單體為2500法拉的電容。該超級電容的功率為200千瓦，放電時間能夠持續10秒，循環壽命能夠超過50萬次。

控制和策略

“紅色的代表回路合上，綠色的是沒合上。因此，現在風電機組和光伏發電都是開著的，但因為風速只有2.4米／秒，所以風電機組沒有發電。”谷延輝指著控制室中的電腦屏幕為記者演示。

眼前的屏幕上顯示著監控系統的主界面，包括每一個發電或儲能設備的連接關系，以及這些設備運行狀態，發電量有多少。主界面所鏈接的分頁面可以分層顯示各功能單元及這些單元每一個部分的運行數據。

在光伏發電界面中記者可以看到，被分為6組的光伏發電模塊，正分別產生15千瓦、15千瓦、14千瓦、10千瓦、5千瓦、3千瓦的實時功率，截至上午10點，當天共發電65千瓦時。顯然，此時的發電效率只有15%，原因是正好下著小雨。

“雖然我們能夠看到監控所需的所有信息，但有些數據還是存在數據庫里而不顯示出來。這些內容成為我們下一步改進控制系統、了解各功能模塊的重要數據支持。”谷延輝一邊演示一邊介紹。

顯然，金風微網具有的功能模塊是豐富且多樣的，從兩種發電設備到三種儲能設備，雖然這些模塊自己都擁有一套控制系統，但其供應商和控制技術、控制策略之間“風馬牛不相及”。而微網控制系統的任務是將這五種功能模塊有機結合，使他們在不同種類之間進行任意地配合運行，從而成為了智能微網的核心技術。

“智能微網所有的技術和最后的應用推廣，都會體現在這個控制系統。因為這些設備都是可以單獨存在的，真正把它集成一個智能微網，需要調控和整個調度，所以它是項目的核心。”谷延輝說。

話雖簡單，但實際去開發這類集成控制系統并非一件易事。金風科技內部組成跨子公司的項目組，與各功能模塊的供應商們通過充分的溝通來解決問題。

然而，在控制系統搭建之初，最令研發人員費盡心機的并不是硬件設施或軟件開發，而是控制系統的靈魂——控制策略。

由于控制系統要能夠使多樣的功能模塊之間隨意搭配組合，在制定控制策略時就需要考慮得非常周詳。但總的來說，金風微網的控制策略主要體現在兩個方面，一是經濟性約束的并網運行控制，另一是孤島運行。

據了解，金風微網的運行控制是基于電網并網政策、實時電價、微網可再生能源出力和負荷需求變化、儲能系統荷電狀態等綜合考慮的定制策略。儲能系統的充放電控制主要基于電價變化，實現峰谷分時電價下的套利，并配合電源進行其他目標的綜合控制。

簡單地說，智能微網的控制原則首先是盡量使用可再生能源所發的電，其次是可再生能源發電過多的時候儲能系統怎樣調度系統充放電，如果當時電價很高，那么就沒有必要這個時候把儲能設備充滿，應該把電量盡量賣出去。如果電價處于比較低的狀態，則應該把儲能設備充滿，沒有必要反送到網上。

通過基于大量的運行數據分析，制定控制策略根據運行設定的指標，控制系統對整個微網進行自動調節。因此，控制系統的能力體現在最短的時間內作出最為準確的判斷與控制。

“整個系統可以實現智能調控。風電機組、儲能、光伏都是執行單元，最終怎么運用好，需要控制系統對它們的每一個狀態進行感知，設定目標后對每一個發號施令，然后共同達到我們所期望的指標。”谷延輝談到。

“這套系統的一個價值在于風能應用，包括為可再生能源互補，與傳統能源的競爭提供了一個探索的渠道。”

貢獻與價值

初步了解金風微網后，記者不得不感到疑惑，作為風電整機供應商的金風試驗智能微網的意義到底何在，它能夠對電力行業產生多大影響？

在一位業內專家看來，金風科技的智能微網具有幾方面特點，可以明確體現出它的價值。首先，該項目在研究綜合利用可再生能源及儲能設備的同時，著重研究微網如何為風力發電服務。其次，作為國家級的微網項目，其搭建起來的平臺能夠為設備供應商提供多樣化的微網實驗環境。另外，就是在可以實現市場化后，為弱電網或者孤島地區提供一體化的能源解決、管理方式。

“這套系統的一個價值在于風能應用，包括為可再生能源互補，與傳統能源的競爭提供了一個探索的渠道。”谷延輝說。

在此項目建設之初，風電并網難的問題就已經出現，并愈演愈烈。因此該項目將主要科研方向設定為通過儲能手段提高風電并網能力和電網通道利用率。

“飛輪和超級電容的功能是對電能質量瞬時的調節，可以幫助維持電網穩定的功能。”谷延輝說。

但難以逾越的一點是關于經濟性的。

有專家據此分析，整機產品如果能夠提供更強的并網能力，在短期內可以使競爭力增強，可一旦電網公司將儲能設備認定為并網機組必裝設備，將對制造商產生大量成本負擔。

“因為解決并網問題的關鍵并非技術，而是利益及觀念不同。”上述專家說。

因此，整機廠商通過提高自身產品技術達到電網要求固然能夠贏得一定的市場歡迎，但或許只是治標不治本的無奈選擇。

另外，通過對鋰電池和釩液流電池的運用，能夠在一定程度上減少棄風，并提高電網通道的利用率。但推廣這樣的理念，也同樣存在成本太高的問題，而且大功率應用技術還不成熟。以金風微網所使用的釩液流電池為例，市場價格達到了400萬元至500萬元。

因此，如果寄希望于儲能系統解決風電的并網、通道問題，就目前看來還難以實現，但無論如何，作為一次多樣化的探索，金風微網正在為整機商擺脫并網、通道問題提供一些主動的嘗試，豐富了風電機組或可具備的功能。

據了解，雖然投資巨大，但金風微網部分儲能設備是供應商免費提供的。他們之所以這樣做，正是看中了該項目作為具有一定應用前景的智能微網技術和風電技術，可以說是儲能行業進入大電力系統最合適的切入點。這個切入點不但對儲能系統具有一定的現實需求，而且極具綠色屬性，對于儲能技術獲得更多的國家支持有很大的幫助。

另外，由于金風微網具有的開放性，通過這個項目提供的平臺，供應商與金風科技之間進行了數據共享，一起發現問題、解決問題，從而可以不斷地利用這個項目對自己的產品加以改進，使這些產品更加適應未來電力系統的需要。

但是，由于智能微網項目所強調的技術指標與這些供應商生產其他產品所追求的技術指標有一定差別，且項目各方分屬不同行業，從而使得這些供應商在參與項目的初期也遇到了一些困難。

例如，鋰電池主要應用于電動汽車，抗震動和過倍率很重要，但用在智能微網上，抗震動和過倍率都不是主要指標，這個項目更看重的是其循環次數和成堆控制能力。

同時，由于各方分屬風能、電力和儲能三個行業，雖然各自在業內還比較熟悉，但真正在交叉一起時互相了解很少。因此，供應商必須重新考慮如何適應這個項目，并不斷地改進實驗設備。

“我們這些實驗追求的目標就是要在商業運行前進行一些技術儲備，了解這些單元怎么選型、定量、維護和控制。”谷延輝說。

例如，建設一個需要配備儲能能力的風電場，配什么設備和容量是值得深入研究的問題，因為這需要充分考慮到場地、運輸、經濟、控制目標等多個方面。

事實上，金風之所以承擔智能微網項目，也與這家公司未來的發展戰略有一定的關系。因為除了風電開發可以作為智能微網的應用方向外，還有很多地方可以利用智能微網技術。

金風科技董事長武鋼曾經對下屬說過：“金風的發展除了需要技術創新，還需要有業務模式和管理方式的創新。”也曾說過：“金風要做綠色產業價值的發現者和探索者、創造者。”

“我們是以風能為軸心，向新能源擴散。”曾負責金風微網前期建設的倪波在幾個月前對記者說。

雖然也在生產光伏逆變器，但金風科技短期內不會生產太陽能電池板、提煉多晶硅。由于金風科技的主業仍立足于風電技術，因此其向新能源擴張的一種方式，是通過整體解決方案來進行的。而微網正是其中的重要一環。比如，智能微網與海水淡化相結合，與制氫、煤化工產業相結合，或是直接將智能微網應用于孤島及遠離大電網的的偏僻鄉鎮，以及大電網的負荷中心。

“整體推出是我們的目的。這要基于有很充分的研究，也就是拿出去便可以用。但從實驗室出去有一個過程，有一個產業化的過程。”倪波說。

而在這個過程之前，金風微網項目還需解決不少問題。除了技術問題外，眼前谷延輝最關心的是這個項目何時能夠發電上網。

目前，金風微網的主要運行方式并非是孤島運行，而是處于并網但不上網的情況下。也就是說，金風微網發出的電主要用于金風科技工廠，并且還很難滿足該工廠的全部耗電需求，因此，智能微網目前與大電網之間的關系，相當于“只進不出”。

目前，金風微網項目的參與者已經向當地供電局提交并網申請，積極推動并網手續的辦理工作。

“我們當然希望將電送上去，除了賣電，示范意義也更強了，在政策上也是一個破冰行為，后面市場化推廣的工作就好多了。”谷延輝說。