当以风能和太阳能为代表的新能源被赋予“第三次工业革命核心”的重任时，如何克服这两种“最清洁能源”与生俱来的随机性、波动性和间歇性，进而实现规模化并网，便成为一道横亘在新能源开发利用之路上的难题。国家电网公司始终致力于破解清洁能源发展瓶颈，不辱使命，不负重托，采用世界首创的“风光储输联合发电”技术路线，在智能电网技术框架下，建成目前世界规模最大的集风力发电、光伏发电、储能及输电工程“四位一体”的可再生能源项目——风光储输示范工程，为破解清洁能源大规模并网这一世界性难题展开了前沿性探索，取得丰硕成果。
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工作人员运维光伏电站
吊装风机叶片
示范电站大门
12月11日，我国工业领域的最高奖项——第四届中国工业大奖在北京人民大会堂隆重揭晓，国家风光储输示范工程荣获中国工业大奖。
7种输出模式联合应用
探索清洁能源发展新路径
如何科学合理解决以风电、光伏发电为代表的新能源大规模集中并网、集成应用，是一道世界级难题。面对影响新能源大规模并网的技术瓶颈，公司科研团队经过长时间前期调研后，最终确定了风光储输联合优化的技术路线，即“风光互补、储能调节、智能输电、平稳可控”。
2010年春，张北高原上的冰雪尚未消融，国家风光储输示范工程建设便热火朝天地拉开序幕。国网冀北电力有限公司作为示范工程建设运营单位，不畏严寒、攻坚克难，高质量完成工程建设任务。该工程是世界上第一个集“风力发电、光伏发电、储能系统、智能输电”于一体的风光储输示范工程。“风光储输联合优化的技术路线属世界首创，没有先例可循。我们要用实际行动开辟一条‘清洁中国、领跑世界’的崭新路径。”国网冀北电力风光储公司总经理马力说。
公司高度重视示范工程建设，组建了以中国电力科学研究院、国网电力科学研究院等单位牵头的科研团队，开展联合技术攻关。示范工程分为两期，按照风电场500兆瓦，光伏电站100兆瓦和储能装置70兆瓦设计规划，以“风光互补、储能调节、智能输电、平稳可控”为攻坚目标，投资近100亿元。
由公司自主研发的风光储输联合发电全景检测与综合控制系统，是智能电网调度技术支持系统基础平台在新能源场站监控系统首次应用，能够实时优化协调风、光、储各系统运行状态，减小风电和光伏发电功率大幅度、高频率波动，提高电网接纳风电和光伏电源能力，实现风光储联合发电系统的全景监测与综合控制。
在示范工程工作多年的国网冀北电力风光储公司副总工程师刘汉民博士解释说：“当风电、光伏发电出力足够时，可将多余的发电出力储存到电池中；一旦风光出力不够时，储能系统就可以放出电量。而这一切，都是通过联合发电智能全景优化控制系统实现的。它是整个风光储电站的‘大脑’，可改善风电、光伏出力的波动性和间歇性，使之安全稳定地并入电网运行。”
在控制中心中央大屏幕上，记者直观地看到，代表风电出力、波动较大的蓝色曲线和代表光伏发电出力的黄色曲线，经代表储能变化的橙色曲线“填平补齐”后，变成了代表电站实际发电出力的平滑绿色曲线。
国际能源署可再生能源部负责人保罗˙弗兰克尔在控制中心看到这条绿色曲线图后表示：“今天的参观令我印象深刻。国际能源署和中国国家电网公司都在为全球能源清洁化发展做着自己的努力。我相信，今后我们的合作空间将会更大。”在他的心中，早已有了未来合作的路线图。
“风、光、储、风+光、风+储、光+储、风+光+储”，7种组态时序出力优化方法，实现了风储、光储和风光储联合等多种发电运行方式自动组态、智能优化和平滑切换，发电品质接近常规电源，不仅满足了平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷等多样调度需求，更解决了新能源发电精细化运行与控制，为大规模新能源并网及调度提供技术支撑。
积极推动科技成果深度转化
实现清洁能源发展水平提升
目前，工程已安全稳定运行1857天，通过风、光、储多组态联合运行模式，累计输出超过26.24亿千瓦时平稳可控绿色电能，相当于节约标准煤104.96万吨、减排二氧化碳261.6128万吨。
在“低碳奥运院士行”活动中，中科院院士们一致认为，示范工程的意义并不在于发了多少电，而在于在无任何工程实例可参考的条件下，探索出一条世界首创的风光储输联合发电运行模式，即通过风、光、储的7种组合发电方式，与平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷4种功能相结合，实现多组态、多功能、可调节、可调度的联合发电运行方式。
示范工程投运以来，以风光储联合发电互补机制及系统集成为代表的五大关键技术突破已取得87项授权专利，累计获得数项省部级科技成果奖，部分创新成果达国际领先水平。研发的风光储联合发电监控系统自动发电控制等7套软件，并申请软件著作权；已发表论文102篇，其中SCI、EI等国内外期刊上收录论文50篇；编写了风光储联合发电系统优化配比技术研究等15本技术报告，显著增强了我国在国际新能源领域的影响力和话语权。
5年来，风光储输联合发电运行及调度模式历经天气阴晴、风云变幻无常、极寒暑热交替等综合考验，将难预测、难控制、难调度的风、光资源转化为优质可靠的绿色电能输入电网。公司依托示范工程，建立了国内首次风光联合发电功率预测数值天气预报，实现多尺度全天候风光联合功率预测技术；并在国内首次应用云成像技术和装置开展光伏功率预测，大范围捕捉方圆云层数据信息，有效提升光伏电站超短期功率预测能力。
一系列科技创新，为解决大规模新能源集中开发、集成应用的世界性难题提供了我国自己的方案。
示范工程还代表公司参加了“国家十二五创新成就展”，受到了国务院总理李克强、副总理汪洋高度关注，全国人大副委员长沈跃跃等领导也在实地调研中给予高度评价。
如今，示范工程的运营经验、成果已经为外界所认可借鉴，并推广应用于美国及我国宁夏、青海多个新能源联合发电示范工程。在示范工程的应用提升效应下，以比亚迪等多家电池储能制造企业为代表，陆续建成投产了系列储能产品，开启了我国电池储能产业先河，产能较过去扩大约40倍，成本降低了78%；其联合发电控制技术及检测系统，已经成为大规模新能源场站生产运行的关键平台，在江苏如东海上风电场监控、西藏羊八井光伏电站监控、酒嘉风电基地得到广泛应用；涵盖规划设计、调试验收、运行检修和技术监督全过程技术标准体系，已应用于大唐新能源和鲁能集团风电场，为大规模新能源精益化运行提供了强有力的技术支撑。
示范引领效果显著
清洁能源“试验田”建设成果丰硕
走进示范工程，张北坝上草原那高高耸立的白色风机和闪闪发光的光伏板，与蓝天碧野交相辉映，与朔风白云水乳交融。
全国政协副主席、科技部部长万钢视察示范工程时说：“国家风光储输示范工程不仅是我国新能源综合利用成果的集中展示，也为我国未来新能源的发展提供了技术示范平台，对未来我国新能源的规模化应用具有重要的示范和借鉴意义。”
示范工程涵盖7种类别风电机组，选型和建设严格遵循国家相关技术标准、规定，采用统一平台监控，统一远程故障在线监测，实现数据通信友好上传，有功、无功远程可调，在满足低电压穿越性能要求基础上，实现了高电压穿越性能。
紧挨着成片白色风机森林的，是一排排在太阳照射下熠熠生辉的太阳能光伏板。记者了解到，该光伏电站示范应用了最全的光伏组件和跟踪方式，多角度、全方位开展技术经济比较，对比同纬度固定式光伏发电系统，跟踪方式，多角度、全方位开展技术经济比较，对比同纬度固定式光伏发电系统，跟踪发电系统每年能提高约18%的发电量。
记者还实地探访了该示范项目的化学储能电站。刘汉民在现场告诉记者：“该储能电站已经涵盖5种类型的电化学储能电池，包括磷酸铁锂电池、全钒液流电池等，共计近30万节，突破了大规模电池储能协调控制和能量管理关键难题，首次实现同一站内平滑风光功率输出等多种高级应用，解决了风、光发电不确定性引发的电力系统调峰、安全问题。”谈及储能建设后续工作，刘汉民表示，今年将投运电动汽车电池梯次利用项目，同时还要配置先进的空气压缩储能，为电网储能关键技术创新展开大规模试验示范。
随着这一全新的联合发电运行模式的实验与探索，科技人员实现了风光储互补机制及系统集成、全景监测与协调控制、功率预测、源网协调、大规模储能技术等5大技术突破，完成了联合发电智能全景优化控制等10项以上自主设备研发，并获得了储能控制策略等20多项技术创新。事实上，这个示范工程已成为我国新能源发电和储能技术的试验场。
【工程概况】
位于国家八大千万千瓦级风电基地之一的张家口市的张北县、尚义县境内，风资源丰富，日照充足，具备我国新能源开发利用的典型特征。
按照风电场500兆瓦，光伏电站100兆瓦和储能装置70兆瓦设计规划，以“风光互补、储能调节、智能输电、平稳可控”为攻坚目标，投资近100亿元，由国网冀北电力有限公司负责建设运营。
采用全球首创的“风光储输联合发电”技术路线，在智能电网技术框架下，构建新能源发电领域自主创新和试验示范两个平台，带动风电和光伏发电相关产业技术升级，促进风电、光伏并网技术标准和管理规定出台，是提升新能源综合利用水平的重大科技创新工程。
1.国内最大的源网友好型风电场
2.国内最大的功率调节型光伏电站3.世界规模最大多类型电池储能电站4.国内首创风光储输联合发电控制和调度模式
【工程之最】
1.国内最大的源网友好型风电场
示范工程全部选用容量大、效率高、并网友好的国产装备，率先在国内完成高电压穿越技术改造测试，发电特性出力平稳，达到国际领先水平。首创风光储联合发电系统，通过自主研发的风光储联合发电互补机制及系统集成技术，提出容量最优配比方法及设计导则，示范电站10分钟平均波动率低于5%，而常规风电场为30%以上。在新能源发电及源网协调领域，研发具有完全自主知识产权的风光储联合监控系统，提出风光储7种组态时序出力优化方法，实现风储、光储和风光储联合等多种发电运行方式自动组态、智能优化和平滑切换，发电品质接近常规电源，提升了大规模新能源汇集区电网稳定运行水平。
2.国内最大的功率调节型光伏电站
应用最全光伏发电形式，多种设备同台比对、研究，为我国光伏产业发展提供有力技术、数据支持。高精度光伏发电功率预测系统，较常规电站预测精度提高50%。国内首次建立风光联合发电功率预测数值天气预报，实现多尺度全天候风光联合功率预测技术。国内首次应用云成像技术和装置开展光伏功率预测，大范围捕捉方圆云层数据信息，有效提升光伏电站超短期功率预测能力。
3.世界规模最大多类型电池储能电站
突破大规模电池成组以及电池系统级联技术，首创大规模电池储能电站监控系统、管理综合控制系统。研发的储能电池大容量成组以及大规模系统级联技术，提出电池动态大容量成组技术及电池系统级联方法，解决系统集成线性放大难题,实现27.5万只电池单体电池储能系统电站化集成，电站整体能量转换效率大于90%；大规模储能电站监测与控制技术，提出储能电站集中控制与储能单元就地调控相互耦合分层实时控制架构，开发电池储能电站监控系统，实现储能电站全功率响应时间小于900毫秒、出力偏差小于1.5%；全球首家具有“黑启动”功能的大规模新能源联合发电站，填补国内外该领域技术空白，确保新能源涉及的局部微电网在特殊情况下可靠运行。
4.国内首创风光储输联合发电控制和调度模式
220千伏智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测；支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动。风光储输联合发电全景检测与综合控制系统，实现智能电网调度技术支持系统基础平台在新能源场站监控系统首次应用。能够实时优化协调风、光、储各系统运行状态，减小风电和光伏发电功率大幅度、高频率波动，提高电网接纳风电和光伏电源能力，实现风光储联合发电系统的全景监测与综合控制。7种模式架构下的多控制目标跟踪与多源协调控制技术，满足平滑出力、跟踪计划、系统调频、削峰填谷等多样调度需求，解决了新能源发电精细化运行与控制，为大规模新能源并网以及调度提供技术支撑，实现了新能源发电可控制与可调度。
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