161种实证实验方案!首个国家级光储实证平台一期一季度成果发布
责任编辑:王多 作者: 2022/6/15 14:36:16 浏览:1037 活动报道

仲夏时节,万物并秀。6月13日,国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)学术委员会第一次会议暨促进平台健康可持续发展研讨会以线上线下相结合的方式召开。


中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃,中国科学院院士、浙江大学材料科学与工程学院教授杨德仁,国家电投集团专家委专家、享受国务院津贴专家、昆仑英才·青海学者谢小平,西北旱区生态水利工程省部共建国家重点实验室培育基地主任周孝德,长江学者、天津大学建筑工程学院水利系教授、天津理工大学校长练继建,水电水利规划设计总院副院长易跃春,中国科学院重大科技任务局副局长、中国科学院工程热物理研究所研究员、中关村储能产业技术联盟理事长陈海生,中国光伏行业协会秘书长王世江,国家电投集团科技与创新部总监章义发,国家电投光伏产业创新中心副总经理庞秀岚等来自国内知名高校、科研院所、系统集成、检测机构、行业标委会、行业协会等单位的20余名专家学者,以及黑龙江省、大庆市发展和改革委员会相关负责人参加会议。会议由谢小平、大庆市发展和改革委员会副主任薛志勋分段主持。


会议审议通过成立国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)学术委员会和学术委员会章程,经平台提名并征求国家能源局意见,聘任学术委员会主任委员1名,副主任委员5名,委员19名。主任委员由谢小平担任;副主任委员由北京师范大学副校长、青海师范大学校长史培军,陈海生、王世江、章义发,国家电投黄河公司副总经理霍兵担任。学术委员会将作为平台技术支撑、技术审查的重要载体,担负审议实验平台建设方案、实证测试方案,实证分析方法的科学性、合理性,评定平台数据分析报告的科学性、准确性,评审“揭榜挂帅”等科研项目的完成质量等任务。


此次会议聚焦一期项目建设取得的良好实践、探讨交流二、三期项目建设方案和原则,并围绕促进平台可持续发展开展研讨,为推动国家光伏、储能产业实现更高质量发展建言献策。


平台一期运行:161种实证方案、六大实证对比区


据介绍,国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)位于黑龙江省大庆市,是国家能源局批准的首个国家级光伏、储能实证实验平台,是贯彻落实中央碳达峰、碳中和的重要举措。平台以推动光伏、储能行业发展为目标,于2021年11月启动试运行,2022年1月正式运行,填补了行业户外实证空白。平台总建设规模105万千瓦,实证实验约640种方案。一期项目实证实验方案161种、产品69种,涉及31个制造厂商,基本涵盖了国家光伏、储能行业的主流产品和具备推广应用的新产品。


按照进度,每年布置不少于100种实证实验方案,对当年新技术、新产品、新材料、新设计方案开展实证、实验、检测。每年根据当年技术进步情况设置6个实证实验对比区,各区采用统一的分区编码原则。


据介绍,该平台重点开展高寒高纬度气候环境下光伏设备、储能产品及系统的户外实证研究。为了确保平台测试方案的科学性、测试条件的一致性、数据分析的准确性,在方案设计、设备选型、数据分析等各阶段,开展技术交流会、方案论证会、专家咨询会。力求客观地反映实证产品、实验方案在高纬度寒温带典型气候区的户外实际运行特性,与实验室数据、理论设计数据相互验证,为光伏行业设计、施工、设备研发及制造、运行维护、标准制定等提供详实的实测数据,促进行业健康可持续发展。


其中,平台一期布置了6个实证实验对比区,实证实验方案161种,包括4个产品实证实验区:光伏组件、逆变器、支架、储能产品,以及2个系统实证实验区:光伏系统、储能系统。每个实证区几乎涵盖了当下国内主流的先进技术类型。以组件实证实验区为例,技术路线从Perc到N型的TOPCon、异质结以及IBC,甚至钙钛矿都被纳入实证范围,还包括了不同的尺寸、封装方式、版型的多种类型组件,可以更好的结合实验室数据给行业提供参考与借鉴。

 

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在实证内容方面,实证平台主要包括设备实证实验采用纵向对比和横向对比相结合、纵向验证设备在户外不同应用场景和运行环境下实证结果是否达到企业承诺的指标及参数以及横向验证对比各设备在不同应用场景和运行环境下实际运行状况。

 

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光伏系统方面则是以系统为对象,测试不同组件、不同支架、不同逆变器组合方案在实际工况下的各种性能;储能系统实证实验区由100%光伏与储能设备组成且实现电力系统调峰调频需求的光储电站系统,通过对光储系统设备的联合控制,改善光伏发电特性,提高电力电子设备主动支撑和调节出力能力,使光储电站自身具备一定可调性、安全性、稳定性,逐渐成为新型电力系统的一种主力电源,降低电力系统旋转备用容量,实现电源侧调峰调频功能。


“为了体现平台的公正性,力求所有被测试设备边界条件的一致性,平台安装了涵盖资源、环境、电性能、机械性能等7大类19种在线测试设备共计515台(套),实现光伏电站全要素、全过程数据实时采集和分析”,谢小平介绍到,平台建立了完整的检测机制、运行机制、数据发布机制和应用机制,确保平台建设、运行和成果使用有章可循、科学规范。


一季度实证成果:光储融合的探索


据介绍,实证平台一期从不同应用场景(不同反射场景、不同温度场景)、不同典型天气(晴天、多云天、阴天)24个维度,结合实证实验对比区分析内容,开展实证数据对比,第一季度共形成百余项对比数据。未来将形成季度、半年度和年度详细实证实验技术成果报告、对外发布实证实验成果报告,同时也可以针对不同用户需求编制专项实证数据分析报告。

 

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从辐射数据来看,第一季度主要为雪地应用场景,背面辐照占比较高,倾斜面平均达到15.85%;1月和2月主要为雪地,背面辐照占比较高,3月份随着积雪融化,应用场景为土地,背面辐照占比下降明显。

 

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从支架的实证数据来看,双轴发电量最高,垂直单轴和全维支架故障较高,发电量偏低,不同类型支架发电量与辐照趋势基本一致。此前,从数据分析可以看到,跟踪支架实测背面辐照增益与理论背面辐照增益差距较大。报告建议,随着跟踪支架的规模化应用,应开发一套用于计算跟踪支架背面发电量的软件。

 


鉴于目前各地区对于光伏复合项目要求中支架高度越来越高,从大庆基地的数据发现,距地1.6m发电量最高,分别较距地1.4m和1.2m高0.05%、0.42%。不同距地高度正面辐照差异较小,但不同距地高度背面辐照差异较大,距地高度越低,背面辐照越小,背面辐照占比越低。

 

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从光伏系统的实证数据来看,现行设计方法采用地理位置、应用场景、气象环境等参数计算,与实际运行过程中实测数据偏差较大,出现不同程度的逆变器限功率、箱变限功率等现象,需长期监测、数据积累,用不同设备匹配探索适用于本地区的光伏电站设计所用的边界条件、计算方法。另外,报告建议,新能源设备种类多,占比面积大,设计阶段需精细化,避免施工错误。


通过大庆基地系统实测数据发现,按照现行计算方法反算变压器低压侧以下光伏电站系统效率,计算结果表明:系统效率随着辐照量变化而变化,此现象与双面组件、跟踪支架对发电量的影响关系密切,需要长期实证监测、积累数据、寻找规律、总结经验,研究适用光伏电站以双面组件、跟踪支架为主的系统效率计算公式。

 

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此外,根据系统实证数据,还发现不同支架类型组合方案的运行出力曲线各不相同,其中,以固定支架为主的组合方案曲线为单峰抛物线型曲线;以平单轴为主的跟踪支架出力曲线为双峰马鞍型曲线,与固定支架峰值出现的时间不同;以双轴为主的跟踪支架出力曲线为扁平抛物线型曲线,与固定支架相比较,发电量高20%左右,最大峰值功率高15%同一子阵集成不同类型支架为扁平单峰抛物线型曲线或扁平双峰马鞍型曲线,与固定支架相比较,发电量高3%左右,最大峰值功率低9%。

 

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针对以上特性,不同支架与双面组件、逆变器组合得出不同功率曲线,目前以固定支架为主的设计方案功率曲线在高辐照下功率最大,需研究通过不同支架、不同逆变器、不同组件等各种组合方式实现光伏电站自身错峰运行。随着并网光伏电站规模越来越大,光伏电站设计过程中要结合当地用电负荷特性,对设备选型、组合方案进行比选,提出适用于当地负荷特性的光伏电站设计方案。


在储能系统实证中,通过储能产品及系统实证实验区的设备安装、调试和联合控制运行,暴露出“光伏+储能”要实现真正融合,达到常规能源出力效果,还需要重点关注和解决以下问题。


一是现有控制策略无法满足稳定运行需求。由光储发电系统构成的光储联合发电站不同于常规储能电站,针对不同工况的适应性要求,现有光储发电系统的拓扑结构和通讯方式,光伏和储能控制的响应时间、响应速率及其同步性,均不能可靠地满足光储联合稳定运行的需求。


二是优化调整控制策略难度大。光储发电系统配套供货厂家较多,运行工况复杂,产品的协同配合难度大,需要不断积累和总结经验,通过数据分析和研究,调整协同配合的控制策略,并与厂家不断沟通,持续优化升级。


三是光储联合需开展大量基础性创新研究。光储联合发电站契合新型电力系统的需求,本次建设的光储联合发电系统是首次实验,没有技术标准和可借鉴学习的经验资料,需开展大量的基础研究和跨行业、多学科的科学研究。


作为双碳目标下的主要能源形式,以光伏、风电为代表的新能源正处于飞速发展的周期。一方面,在追逐装机目标之后,行业转向高质量发展与追求单瓦利润将成为大势所趋;另一方面,作为目前的主流能源储存形式,储能正与新能源一起同步发展,但对于二者的结合,国内经验尚且不足,如何将两种方式更好的融合进而达到支撑电网的目标,也是行业当前面临的挑战之一。大庆基地作为从产品到系统端、从光伏到光储,全面覆盖的实证平台,将为行业精细化发展提供有力的数据支撑。


此外,国家电投光伏产业创新中心副总经理庞秀岚从整体设计方案、设计思路、实时在线测试系统等方面,就平台二期建设方案进行详细通报,并与学委会成员围绕基地未来建设发展等进行交流。


共享成果,推动光储融合发展研究


在交流阶段,“深化与国家权威认证机构的交流,将平台建设成为高可靠性、标准化的国家级认证中心”,郝跃在谈到平台未来发展时指出,建议平台在储能产品和方案的实证试验等方面继续加大工作力度,更好地发挥平台作用。


杨德仁则表示,“平台形成了很好的数据库,后期可以通过白皮书等形式,对相关企业和大专院校开展科技研究提供公共数据服务,推动行业技术进步和高质量发展。”


“平台一期建设取得了非常好的成果,到现场参观时很震撼,具有开辟性、开拓性和示范性的特点,必将有力推动中国光伏产业的发展。”周孝德前往平台一期项目现场实地查看了解了平台建设运行情况,希望继续强化光伏+储能的融合发展研究。


“进一步加强特殊实验环境下的实证实验,打响品牌”“加强对外交流合作,提升平台的权威性,扩大影响力和公信力”“在数据成果应用方面要做到企业共享、行业共享、政府共享,将数据与基础科学研究结合,做好专业人才培养和标准制定”“探索光伏+储能的最优化配置,在储能的电芯控制、储能控制策略等方面开展更多研究”……


学委会成员充分肯定了平台建成运行后在数据实时采集和分析等方面取得的成果,希望未来持续加强融合创新,发挥积累的数据和技术优势,持续优化平台建设、系统运行和实证实验理念和方案创新,保障平台特色化运行,为更好地服务国家及地方行政主管部门、行业协会、行业技术标准主管机构,推动国家光伏、储能产业更高质量发展,助力新型电力系统构建等发挥更大作用、作出更大贡献。


据了解,平台的实证实验方案广泛征集意见,成果对外开放,服务国家主管部门、地方政府、行业协会、设计研究单位、高校及科研院所、电源开发企业、制造企业等。平台编制发布季度、年度实证实验成果,利用平台网站供行业查阅,为企业提供专项数据分析报告,是行业技术交流、高校教学培训的平台。其建成运行,不仅推动了新能源行业创新发展、技术进步,更是加快构建新型电力系统,确保国家能源安全的重要实践。

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