金风微网：一次多样化探索

本刊记者／赵靓 薛辰

金风微网：一次多样化探索

本刊记者／赵靓 薛辰

多样化的储能设备，多样化的供应商合作，多样化的示范目的，以及多样化的发展战略。这样的一次多样化探索能够为金风微网带来些什么？

“当智能微网内的电源出力小于负荷需求时，如果在电价低谷时段，优先考虑利用电网电力，减少对储能系统的放电控制；如果电价处于尖峰时段，则优先考虑对储能进行放电控制。当微网内电源出力大于负荷需求时，会优先考虑对储能进行充电控制，提高微网内可再生能源的利用率。”金风科技可再生能源智能微网（简称金风微网）项目主管谷延辉，在位于金风科技二期工厂的控制室为记者解释金风微网项目的核心控制理念。

虽然寥寥数语，但已经能够说明智能微网在能源管理方面所应扮演的角色。这里的核心词语是“电价”及“可再生能源利用率”。显然，这个项目孜孜以求的是如何在电价与可再生能源利用之间找到最佳的效益和必要的平衡。而调节这平衡机制的手段，则是在一定的控制策略下，系统地利用微网内部的发电设备与储能设备，甚至是负载。

抛去别国另谈，仅我国在开展智能微网实验项目的机构就已经不少，因项目背景、资金支持、科研能力、项目参与方的不同，其研究方向各不相同。作为一个由风电整机商承担的微网项目，金风科技对该智能微网项目投入非常重视，从而使其能够容纳更多样化的发电、储能和控制技术，同时为参与该项目的设备供应商们搭建了不可多得的试验平台。

除了发电系统外，金风微网项目另一特点是对储能系统的不断完善。

发电与储能

乘轻轨亦庄线向南行驶时，你很容易将窗外一台高大的风电机组当成亦庄的“标志性建筑”，而这台机组正是金风微网项目中的发电单元之一。

据介绍，这台风电机组距离金风科技二期基地的直线距离不到2公里。如果从地铁站打个黑车到二期，八成会从这台机组旁路过。

事实上，正是由于2.5MW风电机组的存在，金风科技的这个项目比多数智能微网项目显得更侧重于风电与大电网、微网之间的配合；又由于500千瓦光伏的存在，金风微网在与电科院张北微网项目相比，具有了更靠近分布式电源的科研侧重点。

据悉，金风微网的500千瓦的光伏发电设备被安装于金风2期的1号楼、2号楼乃至金风大学的楼顶上，从而成为了这个项目的第二种发电单元。这些电池板的满负荷发电能力虽然并没有一台2.5MW的风电机组强，但其显然更适合风能资源一般的亦庄。

这是记者第二次到金风了解该项目的进展，在时隔10个月后，这些电池板的运行已经从之前的限功率状态提高到标准运行状态。而那台2.5MW风电机组在这段时间里成功并网，并帮助整个项目在2013年3月份创造了该项目启动以来最高的供电记录——单日供电量超过3.6万千瓦时，占整个厂区当日消耗电量的92%。

除了发电系统外，金风微网项目另一特点是对储能系统的不断完善。

在金风科技二期的一栋办公楼的一层，为这个项目的储能、监控等系统安排了430平方米的面积，其中就包括锂电池室和钒液流室，里面的设备主要用于能量储能。

目前，锂电池技术已相当成熟，价格也比较低，但由于金风微网所采用的锂电池是由单个电池通过串并联而成的“成堆”系统，对供应商的技术能力也提出了不小的挑战。

与锂电池相比，钒液流则更像是一种新型储能技术，而且最近“很火”。

在钒液流室中记者可以看到，4个被放置在地上的大罐占据了房间的一半面积，一些管道与泵相连，通向一台高大的设施——电堆。罐子里的液体是能量的存储体——钒的溶液，该设备的原理是通过钒离子的价态变化来实现电子的吸收或释放。要想增加电池的容量，也就是放电时间，可以直接增加钒溶液。在这个过程中，钒溶液可以循环使用，而设备的输出功率则是由电堆的能力所决定的。

据谷延辉介绍，金风微网项目的钒液流电池功率为200千瓦，能在该功率条件下释放4个小时的电力。这样算来，它就相当于一个能够存储800千瓦时电的大电池。

据了解，虽然以上两种储能方式都通过了24小时和72小时实验，可仍有不少需要改进的空间。锂电池在于其成堆后的均衡和安全技术，钒液流在于如何减少占地面积、成本，提高运行效率。这些改进是这两种储能系统，乃至整个微网实现商业化的必经之路。

因此，目前该项目的储能电池还没有实现无限制地充放运行，“在锂电池成堆之后，安全风险是值得认真对待的。我们必须明确了解运行会出什么异常，检测系统、安防系统等的情况。”谷延辉介绍说。

事实上，钒液流电池也仍然处于技术探索阶段，国内掌握该技术的公司不是很多，与锂电池相比，它也并不是毫无缺点。首先其能量密度并不高，从而需占据更大的空间，其次是由于商业化程度不够，价格昂贵。

除了锂电池与钒液流电池这两种主要运用于减少弃风损失的能量型储能设备外，金风微网还引入超级电容和飞轮。这是两种功率型储能设备，虽然技术大相径庭，但使用它们的结果是一样的：短时提高电能质量，以及平滑高频的波动。

据记者实地了解，目前该项目的飞轮还未到位，这与我国还没有生产出满足微网需求的产品有关。而不少厂家能够生产的超级电容，早在2012年便已经在金风微网中开始了相关测试。据谷延辉介绍，安装于金风微网项目中的超级电容共有8组，每组拥有48个单体为2500法拉的电容。该超级电容的功率为200千瓦，放电时间能够持续10秒，循环寿命能够超过50万次。

控制和策略

“红色的代表回路合上，绿色的是没合上。因此，现在风电机组和光伏发电都是开着的，但因为风速只有2.4米／秒，所以风电机组没有发电。”谷延辉指着控制室中的电脑屏幕为记者演示。

眼前的屏幕上显示着监控系统的主界面，包括每一个发电或储能设备的连接关系，以及这些设备运行状态，发电量有多少。主界面所链接的分页面可以分层显示各功能单元及这些单元每一个部分的运行数据。

在光伏发电界面中记者可以看到，被分为6组的光伏发电模块，正分别产生15千瓦、15千瓦、14千瓦、10千瓦、5千瓦、3千瓦的实时功率，截至上午10点，当天共发电65千瓦时。显然，此时的发电效率只有15%，原因是正好下着小雨。

“虽然我们能够看到监控所需的所有信息，但有些数据还是存在数据库里而不显示出来。这些内容成为我们下一步改进控制系统、了解各功能模块的重要数据支持。”谷延辉一边演示一边介绍。

显然，金风微网具有的功能模块是丰富且多样的，从两种发电设备到三种储能设备，虽然这些模块自己都拥有一套控制系统，但其供应商和控制技术、控制策略之间“风马牛不相及”。而微网控制系统的任务是将这五种功能模块有机结合，使他们在不同种类之间进行任意地配合运行，从而成为了智能微网的核心技术。

“智能微网所有的技术和最后的应用推广，都会体现在这个控制系统。因为这些设备都是可以单独存在的，真正把它集成一个智能微网，需要调控和整个调度，所以它是项目的核心。”谷延辉说。

话虽简单，但实际去开发这类集成控制系统并非一件易事。金风科技内部组成跨子公司的项目组，与各功能模块的供应商们通过充分的沟通来解决问题。

然而，在控制系统搭建之初，最令研发人员费尽心机的并不是硬件设施或软件开发，而是控制系统的灵魂——控制策略。

由于控制系统要能够使多样的功能模块之间随意搭配组合，在制定控制策略时就需要考虑得非常周详。但总的来说，金风微网的控制策略主要体现在两个方面，一是经济性约束的并网运行控制，另一是孤岛运行。

据了解，金风微网的运行控制是基于电网并网政策、实时电价、微网可再生能源出力和负荷需求变化、储能系统荷电状态等综合考虑的定制策略。储能系统的充放电控制主要基于电价变化，实现峰谷分时电价下的套利，并配合电源进行其他目标的综合控制。

简单地说，智能微网的控制原则首先是尽量使用可再生能源所发的电，其次是可再生能源发电过多的时候储能系统怎样调度系统充放电，如果当时电价很高，那么就没有必要这个时候把储能设备充满，应该把电量尽量卖出去。如果电价处于比较低的状态，则应该把储能设备充满，没有必要反送到网上。

通过基于大量的运行数据分析，制定控制策略根据运行设定的指标，控制系统对整个微网进行自动调节。因此，控制系统的能力体现在最短的时间内作出最为准确的判断与控制。

“整个系统可以实现智能调控。风电机组、储能、光伏都是执行单元，最终怎么运用好，需要控制系统对它们的每一个状态进行感知，设定目标后对每一个发号施令，然后共同达到我们所期望的指标。”谷延辉谈到。

“这套系统的一个价值在于风能应用，包括为可再生能源互补，与传统能源的竞争提供了一个探索的渠道。”

贡献与价值

初步了解金风微网后，记者不得不感到疑惑，作为风电整机供应商的金风试验智能微网的意义到底何在，它能够对电力行业产生多大影响？

在一位业内专家看来，金风科技的智能微网具有几方面特点，可以明确体现出它的价值。首先，该项目在研究综合利用可再生能源及储能设备的同时，着重研究微网如何为风力发电服务。其次，作为国家级的微网项目，其搭建起来的平台能够为设备供应商提供多样化的微网实验环境。另外，就是在可以实现市场化后，为弱电网或者孤岛地区提供一体化的能源解决、管理方式。

“这套系统的一个价值在于风能应用，包括为可再生能源互补，与传统能源的竞争提供了一个探索的渠道。”谷延辉说。

在此项目建设之初，风电并网难的问题就已经出现，并愈演愈烈。因此该项目将主要科研方向设定为通过储能手段提高风电并网能力和电网通道利用率。

“飞轮和超级电容的功能是对电能质量瞬时的调节，可以帮助维持电网稳定的功能。”谷延辉说。

但难以逾越的一点是关于经济性的。

有专家据此分析，整机产品如果能够提供更强的并网能力，在短期内可以使竞争力增强，可一旦电网公司将储能设备认定为并网机组必装设备，将对制造商产生大量成本负担。

“因为解决并网问题的关键并非技术，而是利益及观念不同。”上述专家说。

因此，整机厂商通过提高自身产品技术达到电网要求固然能够赢得一定的市场欢迎，但或许只是治标不治本的无奈选择。

另外，通过对锂电池和钒液流电池的运用，能够在一定程度上减少弃风，并提高电网通道的利用率。但推广这样的理念，也同样存在成本太高的问题，而且大功率应用技术还不成熟。以金风微网所使用的钒液流电池为例，市场价格达到了400万元至500万元。

因此，如果寄希望于储能系统解决风电的并网、通道问题，就目前看来还难以实现，但无论如何，作为一次多样化的探索，金风微网正在为整机商摆脱并网、通道问题提供一些主动的尝试，丰富了风电机组或可具备的功能。

据了解，虽然投资巨大，但金风微网部分储能设备是供应商免费提供的。他们之所以这样做，正是看中了该项目作为具有一定应用前景的智能微网技术和风电技术，可以说是储能行业进入大电力系统最合适的切入点。这个切入点不但对储能系统具有一定的现实需求，而且极具绿色属性，对于储能技术获得更多的国家支持有很大的帮助。

另外，由于金风微网具有的开放性，通过这个项目提供的平台，供应商与金风科技之间进行了数据共享，一起发现问题、解决问题，从而可以不断地利用这个项目对自己的产品加以改进，使这些产品更加适应未来电力系统的需要。

但是，由于智能微网项目所强调的技术指标与这些供应商生产其他产品所追求的技术指标有一定差别，且项目各方分属不同行业，从而使得这些供应商在参与项目的初期也遇到了一些困难。

例如，锂电池主要应用于电动汽车，抗震动和过倍率很重要，但用在智能微网上，抗震动和过倍率都不是主要指标，这个项目更看重的是其循环次数和成堆控制能力。

同时，由于各方分属风能、电力和储能三个行业，虽然各自在业内还比较熟悉，但真正在交叉一起时互相了解很少。因此，供应商必须重新考虑如何适应这个项目，并不断地改进实验设备。

“我们这些实验追求的目标就是要在商业运行前进行一些技术储备，了解这些单元怎么选型、定量、维护和控制。”谷延辉说。

例如，建设一个需要配备储能能力的风电场，配什么设备和容量是值得深入研究的问题，因为这需要充分考虑到场地、运输、经济、控制目标等多个方面。

事实上，金风之所以承担智能微网项目，也与这家公司未来的发展战略有一定的关系。因为除了风电开发可以作为智能微网的应用方向外，还有很多地方可以利用智能微网技术。

金风科技董事长武钢曾经对下属说过：“金风的发展除了需要技术创新，还需要有业务模式和管理方式的创新。”也曾说过：“金风要做绿色产业价值的发现者和探索者、创造者。”

“我们是以风能为轴心，向新能源扩散。”曾负责金风微网前期建设的倪波在几个月前对记者说。

虽然也在生产光伏逆变器，但金风科技短期内不会生产太阳能电池板、提炼多晶硅。由于金风科技的主业仍立足于风电技术，因此其向新能源扩张的一种方式，是通过整体解决方案来进行的。而微网正是其中的重要一环。比如，智能微网与海水淡化相结合，与制氢、煤化工产业相结合，或是直接将智能微网应用于孤岛及远离大电网的的偏僻乡镇，以及大电网的负荷中心。

“整体推出是我们的目的。这要基于有很充分的研究，也就是拿出去便可以用。但从实验室出去有一个过程，有一个产业化的过程。”倪波说。

而在这个过程之前，金风微网项目还需解决不少问题。除了技术问题外，眼前谷延辉最关心的是这个项目何时能够发电上网。

目前，金风微网的主要运行方式并非是孤岛运行，而是处于并网但不上网的情况下。也就是说，金风微网发出的电主要用于金风科技工厂，并且还很难满足该工厂的全部耗电需求，因此，智能微网目前与大电网之间的关系，相当于“只进不出”。

目前，金风微网项目的参与者已经向当地供电局提交并网申请，积极推动并网手续的办理工作。

“我们当然希望将电送上去，除了卖电，示范意义也更强了，在政策上也是一个破冰行为，后面市场化推广的工作就好多了。”谷延辉说。