“大型高效節(jié)能環(huán)保型儲熱系統(tǒng)”遠程控制指揮中心。

 
  應(yīng)用固體儲能技術(shù)供熱的赤峰市克什克騰旗大光頂子旅游小鎮(zhèn)。

  習近平總書記強調(diào)，要加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，把促進新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置，增加新能源供給消納能力。內(nèi)蒙古是“風光”大區(qū)，是國家重要能源基地，近年來隨著風光大基地的陸續(xù)并網(wǎng)投產(chǎn)，電網(wǎng)消納和調(diào)度運行承受的壓力隨之陡增。面向內(nèi)蒙古新能源“兩率先”“兩超過”發(fā)展目標，“不能把雞蛋放在一個籃子里”成為普遍共識，對此，剛剛出臺的《內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)國家重要能源和戰(zhàn)略資源基地促進條例》明確提出，推進新能源多元化場景應(yīng)用，通過市場化消納新能源方式，提升新能源就地消納能力。
  自治區(qū)科技廳認真落實中央和自治區(qū)決策部署，以“科技興蒙”行動為統(tǒng)領(lǐng)，聚焦市場化新能源高效消納路徑與關(guān)鍵技術(shù)難題，持續(xù)加大產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新，一批重點科技示范項目相繼取得階段性進展，為內(nèi)蒙古探索新能源消納新路徑提供科技支撐。
  飛輪儲能 特定場景保供應(yīng)
  不久前，由中海油新能源二連浩特風電有限公司牽頭，聯(lián)合中國科學院、清華大學、武漢大學等單位共同實施的自治區(qū)科技重大專項“MW級飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)研究”項目傳來好消息，該項目示范工程“‘飛輪儲能+鋰電混合儲能’新能源場站調(diào)頻應(yīng)用”在二連浩特市成功并網(wǎng)，3臺1MW級飛輪陣列協(xié)同控制與3MW鋰電組成混合儲能系統(tǒng)，為二連浩特市99MW的風電場提供調(diào)頻輔助服務(wù)支持。
  項目負責人魏曉鋼介紹說：“飛輪儲能是利用低摩擦環(huán)境中高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來存儲能量，其工作原理是：利用電能加速飛輪，將電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存起來。當需要用電時，飛輪帶動發(fā)電機組，再將機械能轉(zhuǎn)化為電能�！�
  據(jù)介紹，飛輪儲能功率密度比較高，啟動速度比較快，對于一些特定場景非常實用。如遇數(shù)據(jù)中心突然斷電，為避免數(shù)據(jù)丟失，就需要儲能系統(tǒng)快速響應(yīng)啟動。
  2020年以來，技術(shù)團隊針對飛輪儲能涉及的力學、電磁學、熱學、電力系統(tǒng)和控制等多學科交叉問題進行了深入研究，突破大儲能量高強鋼及復(fù)合材料轉(zhuǎn)子設(shè)計制造、大容量高速永磁電動發(fā)電機低損耗設(shè)計、高效率大容量變流器及其充放電控制、高可靠大承載磁軸承及其控制、飛輪儲能磁——電——熱——機多子系統(tǒng)集成、飛輪儲能陣列協(xié)調(diào)控制、飛輪儲能陣列參與電網(wǎng)高頻次一次調(diào)頻控制等關(guān)鍵技術(shù)。其中，真空中大功率高速電動發(fā)電機、飛輪儲能高頻次充放電控制達到國際領(lǐng)先水平。
  專家表示，新能源發(fā)電的間歇性和波動特性給電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性和供電可靠性帶來了極大挑戰(zhàn)，飛輪儲能在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用可解決電化學儲能面臨的影響環(huán)境問題和充放電次數(shù)限制難題，大大提高電網(wǎng)運行的安全性及新能源消納比例。
  固體儲能 高效儲熱促減排
  供暖季來臨，在赤峰市黨政綜合樓，7.5萬平米的辦公場所已完成供熱改造，今年全部采用自治區(qū)“科技興蒙”專項研發(fā)的“大型高效節(jié)能環(huán)保型儲熱系統(tǒng)”進行供暖。該系統(tǒng)的核心是高壓固體儲能技術(shù)，就是將光伏、風電等新能源發(fā)電量轉(zhuǎn)化成熱能高密度存儲起來，以熱水、熱風、蒸汽及導熱油等形式輸出，用于建筑供暖、工業(yè)蒸汽、產(chǎn)品烘干、移動熱源、電網(wǎng)調(diào)峰等領(lǐng)域。
  當前，我國北方主要的供熱方式依賴以燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)為主的大中型集中供熱系統(tǒng)，存在化石能源熱源占比高、管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模大、熱力平衡調(diào)節(jié)困難以及供熱過量等問題。在雙碳戰(zhàn)略背景下，必須創(chuàng)新供熱用能方式，構(gòu)建安全、低碳、清潔、高效、智慧、經(jīng)濟的供熱系統(tǒng)。為此，2020年自治區(qū)科技廳設(shè)立“科技興蒙”專項，支持赤峰暖捷新型建材有限責任公司聯(lián)合中國科學院過程工程研究所開展以新能源電力消納為路徑的高壓固體儲能供熱系統(tǒng)研發(fā)。
  項目實施以來，研究團隊先后突破了“高效儲熱材料制備”“遠端云控智能系統(tǒng)”“新型相變儲熱材料及清潔供暖”等關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上建成谷電固體儲能技術(shù)研發(fā)中心和遠程控制指揮中心，形成新型儲熱材料設(shè)備與智能控制系統(tǒng)的集成與示范，其標志性成果“大型高效節(jié)能環(huán)保型儲熱系統(tǒng)”實現(xiàn)了10KV及以上電壓直接接入、電熱轉(zhuǎn)換率達到97.5%、24小時靜態(tài)熱損不超過2%。
  “通過固體儲能儲熱技術(shù)，我們將夜間100%新能源配比的谷電直接轉(zhuǎn)化成熱能，通過熱量存儲進行集中或分布式供熱�！表椖肯嚓P(guān)負責人介紹，目前項目成果已在冬奧會媒體轉(zhuǎn)播中心成功運用，并推廣到赤峰市有關(guān)公共機構(gòu)、大型廠礦企業(yè)，以及二連浩特市等地區(qū)。赤峰市黨政綜合樓項目采用高壓固體儲能供暖機組供暖、制冷雙系統(tǒng)運行，年消納新能源電量約1500萬千瓦，預(yù)計采暖期內(nèi)能夠節(jié)省標煤2653.6噸，有效減排二氧化碳7058噸。赤峰市紅山花卉市場5萬平米場地采用此供熱系統(tǒng)供暖，并采用供熱系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控、恒溫供暖、精準用能，預(yù)計每年可消納新能源電量約532.98萬千瓦，減少燃煤1776.6噸，減少二氧化碳排放4725.76噸。此外，針對大型風力發(fā)電場剩余電量難以上網(wǎng)的特點，項目在赤峰市克什克騰旗大光頂子旅游小鎮(zhèn)進行了成果應(yīng)用示范，將附近匯風新能源電廠過剩的電量進行存儲，用于旅游小鎮(zhèn)供暖，風、光電力年消納約1077萬千瓦，平均每年減少燃煤3590噸，減少碳排放9549.4噸。
  車網(wǎng)互動 能源消納新樣板
  自治區(qū)黨政辦公區(qū)內(nèi)，一排排光伏組件搭建的電動汽車充放電停車場格外吸睛。這是自治區(qū)首批“雙碳”科技創(chuàng)新重大示范工程“規(guī)�；�電動汽車充放電與電網(wǎng)多層級互動技術(shù)研究和應(yīng)用示范”項目打造的光儲充放示范場景。
  該項目由內(nèi)蒙古電力集團牽頭“揭榜”，特來電新能源股份有限公司、上海交通大學、華北電力大學、內(nèi)蒙古工業(yè)大學等8家單位聯(lián)合實施，聚焦規(guī)�；�電動汽車充放電與電網(wǎng)多層級互動這一關(guān)鍵科學問題，沿“機理揭示——系統(tǒng)建�！�—優(yōu)化調(diào)控——平臺示范”主線開展科研攻關(guān)，積極構(gòu)建規(guī)模化電動汽車充放電與電網(wǎng)多層級互動集成技術(shù)體系，并以內(nèi)蒙古地區(qū)為依托，實現(xiàn)示范工程驗證核心難題，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支撐。
  光儲充放示范場站融合了變電、配電、光伏、儲能、V2G充放電以及整套能量管理系統(tǒng)，其中，光伏系統(tǒng)由120塊575瓦的高效單晶硅單面發(fā)電組件組成，總裝機量達到69千瓦，依照呼和浩特地區(qū)的光照條件，實現(xiàn)平均日發(fā)電量300度左右，年發(fā)電量可達10.9萬度，相當于年節(jié)約標準煤35噸，減排二氧化碳92噸、二氧化硫3噸、氮氧化物1噸，節(jié)油（汽油）4.36萬升。
  儲能系統(tǒng)由22個電池模組串聯(lián)而成，儲能容量202千瓦時，可以起到降低用能成本的作用。用電高峰時儲能放電讓企業(yè)使用儲能存電，減少高峰時段在電網(wǎng)取電，用電低谷時使用電網(wǎng)低電價對儲能進行充電，實現(xiàn)周期循環(huán)。
  微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是一套智能化程度高、安全性高、擴展性強的微電網(wǎng)運行監(jiān)控與優(yōu)化分析管理系統(tǒng)，既能滿足分布式新能源微網(wǎng)就地電力安全生產(chǎn)與消費的需求，又能滿足多能源經(jīng)濟運行的要求。通過對微網(wǎng)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化分析、監(jiān)視控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、異常報警，保證微網(wǎng)安全平穩(wěn)運行。同時結(jié)合發(fā)電和用電預(yù)測功能，實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)發(fā)用電的優(yōu)化調(diào)度，通過優(yōu)化運行與變壓器需量控制等策略，提高微網(wǎng)系統(tǒng)收益。
  場站采取分體式群充技術(shù)，新能源汽車通過超大功率液冷充電終端、快充終端、V2G雙向充放電終端、小功率直流慢充終端、7kW交流單樁等各種充電產(chǎn)品進行充電，滿足市面上大多數(shù)新能源車型的充電需求。
  整個場站的光儲充放系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)充電站的低碳、智能以及多能互補。光伏大發(fā)時，系統(tǒng)既可以提供充電使用，又可以把余電存儲到儲能系統(tǒng)中；光伏發(fā)電小于用電量時，由電網(wǎng)補充電力或由儲能及電動汽車V2G技術(shù)進行放電；區(qū)域電網(wǎng)出現(xiàn)負荷壓力時，系統(tǒng)可以通過充電調(diào)度、儲能管理實現(xiàn)最大程度降負荷運行，或反補電網(wǎng)形成虛擬電廠，并從電網(wǎng)獲取服務(wù)收益，對于提高新能源消納水平，促進交通減排、能源減排，實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義。
  當前，內(nèi)蒙古正全面貫徹落實習近平總書記考察內(nèi)蒙古時的重要指示和重要講話精神，聚焦全面建設(shè)好國家重要能源基地，舉全區(qū)之力推進新能源倍增行動。以此為引領(lǐng)，內(nèi)蒙古科技工作將進一步提高政治站位，聚焦“兩個率先”“兩個超過”發(fā)展目標，堅持以“科技興蒙”行動為統(tǒng)領(lǐng)，做好“新能源+”這篇大文章，著力解決新能源高效、穩(wěn)定和低成本利用的瓶頸問題，以先進技術(shù)成果拓展新能源應(yīng)用場景，擴大新能源消納空間，為推動國家重要能源與戰(zhàn)略資源基地向高端化、智能化、綠色化加速轉(zhuǎn)型提供科技支撐。