——記國家科學技術進步獎二等獎項目“電制熱提升電網(wǎng)消納風電能力的關鍵技術與規(guī)?；瘧谩?
張愛萍 李家玨
1月10日，國網(wǎng)遼寧省電力有限公司牽頭完成的“電制熱提升電網(wǎng)消納風電能力的關鍵技術與規(guī)?；瘧谩表椖?，以及作為第三完成單位完成的“鋁合金節(jié)能輸電導線及多場景應用”項目雙雙榮獲國家科學技術進步獎二等獎。
國網(wǎng)遼寧電力積極響應國家重大戰(zhàn)略需要，結合北方地區(qū)風電資源的實際情況，與6家產學研用單位歷時8年攻克關鍵技術，完成“電制熱提升電網(wǎng)消納風電能力的關鍵技術與規(guī)模化應用”項目，提升了電網(wǎng)大規(guī)模消納風電的能力。
結合實際：
提出以風電制熱供暖
多年來，發(fā)展新能源和清潔供暖一直是我國能源與環(huán)境領域發(fā)展面臨的兩項重點任務，也是重要的研究課題。2010年左右，電網(wǎng)大規(guī)模消納風電能力有限。同時，熱電聯(lián)產機組作為清潔供暖的重要方式之一，出力下限在供暖期提高了10%以上，大幅壓縮了電網(wǎng)的風電消納空間，限制了我國北方地區(qū)供暖期風電資源利用率。
依托2011年國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）課題成果，項目第一完成人、國網(wǎng)遼寧電力教授級高工葛維春帶領項目團隊，以“風電—電制熱—儲熱—供暖”為工作思路，創(chuàng)新研發(fā)了電制熱儲熱提升電網(wǎng)消納風電能力的基礎理論和關鍵技術。
該項目既能提升電網(wǎng)大規(guī)模消納風電能力，又能將富余風電運用在清潔供暖，為北方地區(qū)冬季風電找到了一條適合的消納途徑，為清潔能源消納、低成本清潔供暖開辟了新道路。
核心關鍵：
研發(fā)一套完整的技術和裝置
2011年，由國網(wǎng)遼寧電力牽頭，沈陽世杰電器有限公司、沈陽工業(yè)大學、東北電力大學、清華大學、北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司、國網(wǎng)吉林省電力有限公司等多家單位參與攻關，開始研發(fā)一套完整的技術體系。
“如何大規(guī)模消納風電是當時攻關的第一個難點。”葛維春說。當時，受風電資源、電熱負荷、網(wǎng)架等特性的共性影響，風電發(fā)生和消納沒有可遵循的規(guī)律。要解決第一個難點，首先就是要建立一個多維的風電評估體系。項目團隊開發(fā)評估軟件，精確解析歷史數(shù)據(jù)，在此基礎上提出全過程多量級、多時長、多約束的評估方法，揭示了北方地區(qū)風電消納低谷發(fā)生的時段和頻次規(guī)律；還創(chuàng)建了富余風電和供暖負荷的時序相關性評價模型，成功研發(fā)基于電制熱儲熱的清潔供暖技術，打下大規(guī)模消納富余風電的基礎。
“第二個問題是需要通過什么方式，或者什么設備，才能消納大規(guī)模富余風電?！备鹁S春說?；陔妶?、流場、熱場以及應力場之間的相互耦合以及多場時變均勻性原則，他和團隊經(jīng)過無數(shù)次的研究和測試，提出了加熱元件表面負荷、換熱結構及蓄熱體分布的分層協(xié)同設計方法，并研制出了世界上首臺最大容量、最低成本的電制熱固態(tài)儲熱裝置，發(fā)明了大溫差下的高壓（66千伏）絕緣穿墻套管，實現(xiàn)在高溫、高壓環(huán)境下，大容量電制熱儲熱裝置可靠并網(wǎng)運行。
光有評估體系、消納裝置還遠遠不夠，項目團隊構建了電熱統(tǒng)一模型，為統(tǒng)一分析電熱系統(tǒng)提供了技術支撐。該項目最核心、最關鍵的部分，就是大規(guī)?？煽刎摵膳c多源協(xié)調調控方法。“電制熱儲熱裝置要消納風電，就需要電網(wǎng)調度實現(xiàn)電制熱儲熱與電網(wǎng)、風電協(xié)調運行。”葛維春介紹說。通過研究，項目團隊實現(xiàn)了大規(guī)模電制熱負荷與熱電機組出力的“離散-連續(xù)”實時調控，確保高比例利用富余風電來運行電制熱儲熱裝置。
目前，該項目先后獲得了60余項國內、國際專利，發(fā)表專業(yè)論文100余篇，榮獲2018年國家電網(wǎng)有限公司科技進步一等獎、中國電力科技進步一等獎、遼寧省科技進步一等獎等多項榮譽。
運行推廣：
實現(xiàn)富余風電供能清潔供暖
2013年，由葛維春牽頭的團隊經(jīng)過不斷探索、攻關、測試，終于構建了富余風電評估與電熱協(xié)同調控一體化的理論體系，以及可控負荷與多源協(xié)調調控方法，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提下，開始試運行，通過電網(wǎng)調度實現(xiàn)大規(guī)模富余風電進行制熱儲熱以及大規(guī)模清潔供暖。
經(jīng)過3年多的試運行，2016年，該項技術和應用已經(jīng)成熟。目前，該項目已在北方地區(qū)14省市推廣應用，并取得顯著成效。2016~2018年，通過這項技術，電網(wǎng)累計消納風電27.84億千瓦時，實現(xiàn)產值18.35億元，間接效益34.27億元，共減少煤耗40.94萬噸，減排二氧化碳114.63萬噸。這也扭轉了風電電量無法利用，供暖期燃煤污染物排放集中的局面。
對于未來的研究方向，葛維春說：“除了研究消納富余風電的技術體系，還要研究源網(wǎng)荷協(xié)調發(fā)展問題。在大量開發(fā)可再生能源的同時，也要拓寬思路，研究可再生能源的有效利用，運用在電動汽車充電、海水淡化用能等方面?！?
