五大技术创新，揭秘全球最大“源网荷储”一体化项目

2020年10月，三峡能源内蒙古乌兰察布“源网荷储”一体化综合应用示范基地启动。该项目是全国首个“源网荷储”一体化项目，国内首个储能配置规模达到千兆瓦时的新能源场站，也是全球规模最大的“源网荷储”一体化示范项目。项目总装机容量300万千瓦，包括新一代电网友好绿色电站、源网荷储一体化绿色供电示范两个子项目。

其中，新一代电网友好绿色电站示范项目位于内蒙古乌兰察布市四子王旗境内，项目建设规模200万千瓦，含风电170万千瓦，光伏30万千瓦，配套建设55万千瓦×2小时储能，以风光互补保障电力供应。

项目分三期建设，共建设四座升压储能一体化站和一个智慧联合集控中心。目前一期50万千瓦已于2021年12月31日风光全容量并网发电，其中风电42.5万千瓦，光伏7.5万千瓦。一期配置14万千瓦×2小时储能，现在已调试完毕，并网检测结束，等待并网。二三期计划6月开工，年底全容量并网，项目建成后，年发电量将达到近64亿千瓦时。

该项目EPC建设由中国电力建设工程咨询有限公司联合体中标，联合体包括电力规划总院有限公司、上海勘测设计研究院有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，天津电建负责施工建设，中标价格为100亿元。

项目充分就地开发利用优质新能源资源，打造电网友好型电源。投运后可提升高峰供电能力60万千瓦，电力可满足南部大工业负荷供电需要;不占用电网消纳空间，控制弃电率低于5%。同时，该项目是国内甚至全球最大的单体储能配置项目，项目通过优化储能容量设计和运行模式，示范不同技术路线的储能技术，开发适合风光储联合运行的预测预报、调度运行及智能控制技术和策略，实现新能源高效消纳利用，降低公网调峰和容量支撑压力，确保项目的技术优化和经济可行。

源网荷储一体化绿色供电示范项目将在商都县、化德县吉庆区域建设2个50万千瓦风电项目，在负荷侧与电源侧各配套15万千瓦/2小时储能设施，通过专线向化德县工业园区负荷供电。项目建成后可提升高峰供电能力30万千瓦，控制弃电率低于5%, 降低新能源输送通道容量需求。

2022年6月22日，中国电力科学研究院新能源研究中心顺利完成乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目储能系统现场低电压穿越、高电压穿越和电网适应性测试工作。这标志着全球规模最大“源网荷储”一体化示范项目并网性能现场测试工作全面完成，为项目投运后的安全稳定运行保驾护航。

据了解，“源-网-荷-储”项目是一种包含“电源、电网、负荷、储能”整体解决方案的运营模式，可精确控制用电负荷和储能资源，解决清洁能源消纳及其产生的电网波动性等问题。

随着构建新型电力系统步伐加快，以风电、光伏为代表的新能源在能源系统结构中比重不断提升，但其波动性、间歇性和随机性特点也给电网安全稳定运行带来挑战。“源网荷储”一体化模式提出“电源、电网、负荷、储能”整体解决方案，促进供需两侧精准匹配，有效解决清洁能源消纳及其产生的电网波动性等问题，提高电力系统综合效率。

作为三峡集团新能源业务的战略实施主体，三峡能源联合电力规划总院、内蒙古电力公司等单位，推动三峡乌兰察布“源网荷储”一体化示范项目落地，成为行业内首个“吃螃蟹”的企业，创造了可复制可推广的开发新模式。2020年，该项目荣获中国能源创新项目奖。

作为全国最早实施且规模最大的源网荷储一体化项目，三峡能源乌兰察布项目从项目设计方案、运行模式到多种技术融合发展，都将为双碳目标下的我国新能源发展探索源网荷储这一模式提供极具价值的参考意义。

5月的光伏区一派繁忙的“种草”场面

摆脱“靠天吃饭”，配置GWh储能平滑

众所周知，风光发电都是“看天吃饭”。由于风力发电和光伏发电的不稳定性，在风小、没风或阴天时，利用储能技术可以让电网负荷保持稳定，风光出力大时或者用电低谷时充电，风光出力小或者用电高峰时放电。

储能技术既能平滑不稳定的光伏发电和风电，提高可再生能源占比，也能配合常规火电、核电等电源，为电力系统运行提供调峰调频等辅助服务，提高电力系统的灵活性。

乌兰察布“源网荷储”绿色电站项目以储能等新技术为突破口，通过“风光储”联合优化调度运行，可有效解决电力系统综合效率不高、“源网荷储”各环节协调不够、各类电源互补互济不足等问题，是推动实现“碳达峰、碳中和”目标的生动范例。

项目一期工程利用磷酸铁锂电池储能技术，共建设86个储能电池仓，一个仓11簇电池，每簇26个电池组，每组14个电池芯。这些电池仓可以储存电量28万千瓦时，相当于12727辆新能源汽车的储电量。据了解，在二期、三期工程建设中，作为储能领域的深耕者，总承包方中国能建还将示范应用多种非锂电池新型储能技术，全面促进储能产业的科技创新。

此外，为了实现各种新能源资源的科学分配，中国能建开发了智慧集控系统。这一系统通过功率预测、人工智能技术及先进监测控制技术，实现了风、光、储协同优化、智能高效运行，同时通过优化储能容量设计和运行模式，有力保障新能源高效消纳利用，有效降低主网调峰和容量支撑压力。

项目三期工程投运后，将有效提升当地电力系统综合效率，强化源网荷储各环节的协调互动，同时解决新能源就地消纳、地区缺电等问题，对我国不断探索电网侧储能和绿色电力直供等新模式、持续推进“新能源+储能”应用具有重要示范意义。

成立乌兰察布“源网荷储”技术研发试验基地

为了落实碳达峰、碳中和目标任务以及更好的建设乌兰察布“源网荷储”项目。自2020年起，三峡集团投资6亿元联合中国科学院、清华大学、华北电力大学等20余所国内顶尖科研机构和院校，建设集研发、实证、应用为一体，产、学、研、用深度融合的源网荷储技术研发试验基地，为新型电力系统综合效率不高、各类电源互补互济不足等问题带来新的解决方案。

试验基地按照“源网荷储”一体化架构总体设计，以“储”为核，规划建设压缩空气储能、钠离子电池数字储能、水系钠离子电池储能、固态电池储能、飞轮储能、液流电池储能、锂离子电池/超级电容器混合储能等13个重点示范项目以及大规模新能源接入仿真验证实验室、储能检测实验室等2个行业领先实验室。

乌兰察布“源网荷储”试验基地目前已经创造了多个“国内之最”和“行业首次”纪录。包括“源网荷储一体化”功率路由器示范工程、大规模新能源及储能综合仿真与实验平台、兆瓦时级固态锂离子电池储能关键技术及工程应用、兆瓦级直流耦合接入的锂离子电池/超级电容器混合储能系统和飞轮储能系统等。

三峡科研院院长孙长平表示，该试验基地将科研、实证和应用三者结合在一起，旨在验证新一代的储能技术，同时也致力于推动电力系统所需要的规模化储能技术的发展。

试验基地5大技术创新与成果

近日，三峡乌兰察布“源网荷储”技术研发试验基地喜讯频传。以下是关于一系列投运的科研成果：

国内容量最大功率路由器示范工程投运。作为国内容量最大的功率路由器示范工程，本项目研制的功率路由器各端口容量合计12MW，该设备所采用的所有IGBT和IGCT功率器件均实现了国产化替代，打破了国外在大功率半导体领域的技术壁垒。在直流变压技术方面，本项目研制的IGCT直流变压器中单个DAB功率模块容量达1MW，相比于IGBT/SiC直流变压器DAB模块，容量提升10倍以上，成本和体积减少1/3以上;在直流故障保护方面，本项目基于国产逆阻型IGCT器件研制了新一代全固态故障电流控制器，实现百微秒开断10kA短路电流、额定2kA电流工况下1.3V超低通态压降，并配备了超快速过流自保护控制系统。

大规模新能源及储能综合仿真与实验平台初步建成投入运行。该平台具备百万千瓦级新能源及储能装备全电磁暂态实时数字仿真和半实物仿真能力，首次突破RTDS、RT-LAB、RT-MEET、动态模拟的高速实时通信和接口设计技术，可实现电磁暂态数字模型、实际控制保护装置和储能系统的跨平台联合仿真。国内规模最大、类型最丰富的储能系统动态模拟平台，涉及飞轮、全钒液流、超级电容、磷酸铁锂电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系钠离子电池等七种储能形式，可开展多类型控制保护装置和储能系统的硬件在环仿真试验。开发了国内首个新能源并网仿真数字孪生系统，可实现大规模新能源及储能系统综合仿真与实验平台全景可观可测可控的管控新模式。

兆瓦时级固态锂离子电池储能关键技术及工程应用。本项目基于氧化物固态电解质体系的原位固化固态电池技术，结合原子级键合技术、离子导电膜技术并配合新型电池装备，提升了界面接触及稳定性、循环稳定性，有效抑制了循环过程中电池的体积膨胀及SEI膜热稳定性。研发的本质安全、长寿命固态锂离子电池，以期从根本上降低电池在失控后发生的起火、爆炸风险，同时将电池的能量密度较传统铅酸电池提升4~5倍，电池使用寿命达到6000次以上，并通过电安全、机械安全、热安全、环境安全等四个维度的极限测试，其安全性能远高于目前常规储能电池。

兆瓦级直流耦合接入的锂离子电池/超级电容器混合储能系统并网运行。本项目中混合储能系统采用锂离子电池和超级电容器以能量型和功率型储能技术耦合互补的形式进行应用，整套系统由3个预制舱体组成，分别为0.5MW/1MWh锂离子电池储能系统舱、1MW/0.1MWh超级电容器储能系统舱、1.5MW储能变流器舱。其中锂离子电池和超级电容器储能系统预制舱内分别配有直流汇流柜、电池/电容管理系统、本地能量管理系统、自动消防系统、空调等设备。各储能系统通过直流汇流柜接入相应的储能变流器，再分别接入功率路由器±750V直流母线，响应园区能量管理系统下发的削峰填谷或调频调度指令。

锂离子电池具有能量密度高、储/释能时间长等特点，可用于实现削峰填谷;超级电容器具有功率密度高、响应速度快、寿命长等特点，可参与电力系统一次调频，同时延长电池使用寿命。通过两种储能技术耦合及协调控制策略优化，锂离子电池/超级电容器混合储能系统能够充分发挥性能互补优势，满足电网不同层次需求，最大限度发挥储能的作用。针对乌兰察布源网荷储试验基地中的交直流混合电网架构，本项目首次实现了将锂离子电池/超级电容器混合储能系统通过DC/DC设备直接在750V直流母线侧进行功率耦合，该接入方式可提高AC/DC并网逆变器的利用率，此外，混合储能系统既可以对交流电网进行功率支撑，又可以解决直流电网的功率突变和谐波问题。

国家首台(套)重大技术装备—飞轮储能系统完成联调。本飞轮储能系统规模为1MW/15MJ，采取集装箱式布置方式，飞轮储能子系统由5台200kW高速磁悬浮储能飞轮单元及配套PCS等设备构成。飞轮储能单元采用了高速磁悬浮飞轮，该型号飞轮采用全球最先进的五自由度主动磁悬浮轴承体系。磁悬浮飞轮储能装置由永磁同步电机(发电机/电动机)、飞轮转子、磁悬浮轴承、电力电子功率变换器、控制系统及配套附件组成。飞轮在密闭的真空容器中处于无接触的完全磁悬浮状态，以每分钟高达28000转的转速高速旋转，产品充放电循环次数超过100万次，使用寿命长达20年。

依托乌兰察布三峡新能源“源网荷储一体化”项目，采用高速磁悬浮飞轮储能装置，基于智慧能量管理系统，构建“源网荷储一体化”架构下以飞轮储能矩阵构成的MW级飞轮系统为主体，参与新能源电力系统的惯量和调频支撑系统，为国内首次快速响应储能联合新能源提供惯量和调频支撑。本项目对提升以新能源为主体的电力系统的灵活功率控制和平稳运行提供关键技术参数，具有重大战略意义。

之后，三峡能源将持续推动本项目高质量实施，助力缓解供电缺口问题、大幅提升新能源就地开发利用水平、保持电价优势，并带动大数据、新能源、储能、新材料等行业全产业链发展。一方面，缓解供电缺口问题。通过示范区方案实施，预计新增高峰时段供电能力约100万千瓦，可以有效缓解目前乌兰察布市缺电局面。探索示范通过源网荷储一体化、利用地区丰富的新能源来满足电力需求的新模式。

同时进一步提升新能源消纳利用水平。新增新能源项目弃电率控制在5%以内，可增加乌兰察布就地新能源消纳空间310万千瓦左右，增加清洁能源年发电量97亿千瓦时。

此外，还可以保持地区电价洼地。在不需要国家补贴的情况下，各示范项目电价水平均低于现有项目水平，为大数据中心、工业园区等重要产业负荷提供经济、可靠的清洁电能，降低用电成本。将自治区的清洁能源资源优势转化为电价优势和绿色发展优势，推动自治区经济清洁低碳发展。

近几年乌兰察布用电需求增长较快，新增电源相对较少，电力供应存在缺口，“十四五”预计全网电力缺口将达260-730万千瓦。利用乌兰察布当地风光资源，配套先进储能技术，开展本地消纳示范，不仅可以缓解当地电力缺口压力，提升新能源消纳水平，而且对推动储能及新能源相关技术革命，实现新能源产业升级和创新发展具有重要意义。