島嶼綜合能源整體解決方案：多能互補(bǔ) 網(wǎng)源互動(dòng)

福建莆田湄洲島南部深澳底沙灘彩旗飄飄、人頭攢動(dòng)，一年一度的海祭媽祖典禮在這里舉行。在相距媽祖廟不到千米之處，湄洲島儲(chǔ)能電站里，福建電科院狀態(tài)評(píng)價(jià)中心的范元亮博士輕輕點(diǎn)擊電腦鼠標(biāo)，進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)控界面，發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)命令。幾個(gè)簡(jiǎn)單操作后，站內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)、保護(hù)終端等一二次設(shè)備自動(dòng)投入運(yùn)行，服務(wù)海祭媽祖典禮供電保障工作。

給海島接上“充電寶”

全島保電更有底

莆田湄洲島是聞名海內(nèi)外的“媽祖故鄉(xiāng)”，媽祖文化是中國(guó)首個(gè)信俗類世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，每年吸引數(shù)百萬游客和信客到此觀光。長(zhǎng)期以來，湄洲島重要的保供電任務(wù)不斷。島上主要依靠與海岸對(duì)側(cè)忠門變電站相連的雙回10千伏海底電纜供電。

隨著近年來湄州島用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)，海纜供電能力已呈現(xiàn)不足之勢(shì)，海底電纜的安全性也較難保障。為了提升湄洲島供電可靠性，國(guó)網(wǎng)福建電力組織福建電科院牽頭實(shí)施，中國(guó)電科院、許繼集團(tuán)共同承擔(dān)，建設(shè)湄洲島儲(chǔ)能電站。

2014年3月，湄洲島儲(chǔ)能電站建成投運(yùn)，占地400多平方米，主要由1000千瓦/2000千瓦時(shí)的磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、兩臺(tái)500千伏安雙向變流器、系統(tǒng)監(jiān)控及一次接入設(shè)備組成。儲(chǔ)能電站緊鄰湄洲島海底電纜進(jìn)島開閉所，遙望大海對(duì)側(cè)的110千伏忠門變電站，出線接至開閉所10千伏母線，與海底電纜一起為全島供電。

“通俗地說，儲(chǔ)能電站類似于一個(gè)放大版的手機(jī)充電寶，只是容量更大，工作電壓等級(jí)更高，涉及交直流變換。”范元亮介紹說。湄洲島儲(chǔ)能電站額定功率為1000千瓦，可存儲(chǔ)電能2000千瓦時(shí)，在用電低谷時(shí)，通過逆變器，將10千伏電網(wǎng)里的交流電變成直流電，存在鋰電池里;在用電高峰時(shí)，再將存在電池里的直流電轉(zhuǎn)化成交流電，補(bǔ)給至10千伏電網(wǎng)。該電站在用電高峰時(shí)可承擔(dān)全島十分之一的電能供應(yīng)。

建成這樣一個(gè)海島儲(chǔ)能電站并不容易。項(xiàng)目立項(xiàng)之初，國(guó)內(nèi)尚無接入海島中壓電網(wǎng)的兆瓦級(jí)磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站，沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供參考。福建電科院技術(shù)人員查閱國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)資料，對(duì)儲(chǔ)能電站的電池系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)深入攻堅(jiān);莆田供電公司配合做好土地征用、青苗賠償、配電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)收集和接入管理等相關(guān)工作，確保電站順利建成。

“在項(xiàng)目建設(shè)期間，我們要頻繁坐船登島，經(jīng)常遇到大風(fēng)大浪，船搖晃得厲害，很多同事都暈船。就是在這種條件下，我們用兩年的時(shí)間牽頭負(fù)責(zé)完成了整座儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試、運(yùn)維。經(jīng)過大家的共同努力，有了現(xiàn)在面朝大海、與周圍環(huán)境和諧相融的儲(chǔ)能電站站房。”參與電站研發(fā)的福建電科院工程師鄭高感嘆道。

2015年，在第五屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)上，在來自國(guó)內(nèi)及美國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家300多位代表的共同見證下，湄洲島儲(chǔ)能電站獲評(píng)“中國(guó)最美微電網(wǎng)示范項(xiàng)目”。

提升應(yīng)急供電能力

提高配電網(wǎng)末端供電質(zhì)量

“受過往船只和臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的影響，湄洲島海底電纜曾多次發(fā)生外破事故，搶修起來極為不便，難以短時(shí)間恢復(fù)供電?，F(xiàn)在有了儲(chǔ)能電站，我們心里就踏實(shí)多了。”湄洲島供電公司綜合部主任林強(qiáng)高興地說。

2017年3月27日～4月3日，受湄洲島漁港碼頭施工作業(yè)影響，湄洲島海纜Ⅰ路發(fā)生外破故障，全島負(fù)荷轉(zhuǎn)移至海纜Ⅱ路，期間全島最高用電負(fù)荷接近8000千瓦，超過海纜Ⅱ路安全輸送功率。4月2日19時(shí)至21時(shí)期間，全島有功負(fù)荷達(dá)到最高7800千瓦。

“當(dāng)時(shí)，我們緊急啟動(dòng)儲(chǔ)能電站，提供最高880千瓦功率補(bǔ)償，將海纜Ⅱ路輸送功率控制在7270千瓦安全輸送功率以內(nèi)，保障了全島可靠用電。”湄洲島供電公司運(yùn)檢部主任游雋慶介紹說。

實(shí)際上，儲(chǔ)能電站對(duì)于湄洲島的好處是多方面的。當(dāng)單回海纜發(fā)生故障時(shí)，可通過儲(chǔ)能電站的功率補(bǔ)償，滿足全島的用電需求，并將另外一回海纜輸送功率控制在安全范圍內(nèi)，進(jìn)而提高10千伏海島配電網(wǎng)的應(yīng)急供電能力。當(dāng)全島失去雙回海纜電源時(shí)，儲(chǔ)能電站可獨(dú)立承擔(dān)起湄洲島媽祖廟的供電任務(wù)。

為確保供電切換“零閃動(dòng)”，專業(yè)人員還研制了基于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的在線保供電裝置，當(dāng)電網(wǎng)故障停電時(shí)，可平滑切換至裝置獨(dú)立供電，保障重要負(fù)荷的可靠用電。此外，通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能電站的充放電功率和恒頻恒壓控制，還可發(fā)揮其改善配電網(wǎng)末端供電質(zhì)量和削峰填谷的作用。

湄洲島是海峽兩岸文化交流的窗口，在這個(gè)“月月有活動(dòng)，季季有賽事”的海島，幾乎每次活動(dòng)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)、用電服務(wù)以及保電等方面的要求都很高。

以前，每逢海峽論壇、媽祖誕辰等各種重要會(huì)議、活動(dòng)，莆田供電公司都需要臨時(shí)安排發(fā)電車保電，最多的一次調(diào)派了9輛發(fā)電車上島。而儲(chǔ)能電站投運(yùn)以來，已參與湄洲島重大活動(dòng)保電近20次，極大地減輕了重大活動(dòng)的保供電壓力。

“為保證儲(chǔ)能電站設(shè)備安全可靠運(yùn)行，依托福建省高供電可靠性配電技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)網(wǎng)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)環(huán)境抗風(fēng)減災(zāi)實(shí)驗(yàn)室(培育)，我們還建立了生態(tài)海島高供電可靠性試驗(yàn)基地，開展‘高鹽霧、高濕熱’環(huán)境下電網(wǎng)設(shè)備材料腐蝕驗(yàn)證研究，持續(xù)觀測(cè)儲(chǔ)能電站的電力設(shè)備，尤其是儲(chǔ)能元件，在沿海腐蝕環(huán)境下的運(yùn)行工況。”范元亮說。

實(shí)現(xiàn)綜合能源服務(wù)

促進(jìn)生態(tài)海島建設(shè)

今年9月30日，湄洲島綜合能源服務(wù)示范區(qū)特色項(xiàng)目——海景大酒店停車場(chǎng)、游泳池走廊分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目正式并網(wǎng)，光伏裝機(jī)容量103.7千瓦，預(yù)計(jì)年平均發(fā)電量11.6萬千瓦時(shí)。

海景大酒店是國(guó)網(wǎng)福建電力大力推進(jìn)的湄洲島綜合能源服務(wù)示范點(diǎn)之一，目前已采用合同能源管理模式，開展全電廚房改造，建設(shè)分布式光伏等多個(gè)項(xiàng)目。而湄洲島儲(chǔ)能電站，在島內(nèi)綜合能源服務(wù)新業(yè)態(tài)格局中，將發(fā)揮保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、削鋒填谷等重要作用。

“儲(chǔ)能電站投運(yùn)以來，對(duì)我們島的開發(fā)建設(shè)和旅游業(yè)發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。”湄洲島國(guó)家旅游度假區(qū)經(jīng)貿(mào)招商局局長(zhǎng)郭金木說。

湄洲島是莆田第二大島，陸地面積14.35平方公里，包括大小島、嶼、礁30多個(gè)，島上太陽輻射充足、季風(fēng)盛行。通過湄洲島儲(chǔ)能電站，可以充分利用島上的氣候特點(diǎn)，采用風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)，提高配電網(wǎng)末端對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電的消納能力。

國(guó)網(wǎng)福建電力正考慮對(duì)湄洲島儲(chǔ)能電站原有1000千瓦/2000千瓦時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行改造，二期再建設(shè)一套1000千瓦/2000千瓦時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，組成集中式儲(chǔ)能電站，同時(shí)將在酒店、公共建筑等推廣建設(shè)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，與島上的光伏、風(fēng)電組成多能互補(bǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、儲(chǔ)、充一體化。屆時(shí)，儲(chǔ)能電站提高供電可靠性、服務(wù)重大活動(dòng)保電的能力將進(jìn)一步增強(qiáng)。

目前，國(guó)網(wǎng)福建電力正全力推進(jìn)莆田湄洲島綜合能源服務(wù)示范區(qū)建設(shè)，依托湄洲島儲(chǔ)能電站，進(jìn)一步探索島嶼區(qū)域綜合能源整體解決方案。2018年，該公司首批建設(shè)“用能管家”服務(wù)云平臺(tái)、媽祖論壇酒店綜合能源服務(wù)、海絲申遺建筑智能樓宇等項(xiàng)目，計(jì)劃到2020年，實(shí)現(xiàn)“水、電、氣、熱”等綜合能源智能監(jiān)控全覆蓋，以及全島“風(fēng)、光、儲(chǔ)”集中優(yōu)化調(diào)度。屆時(shí)，電能占終端能源消費(fèi)的比重將超過95%，光伏、風(fēng)電等清潔能源裝機(jī)及儲(chǔ)能容量明顯提高，二氧化碳排放量減少50%。

國(guó)網(wǎng)福建電力還將在示范區(qū)建成電動(dòng)汽車“五公里”充電圈，實(shí)現(xiàn)漁港、碼頭岸電設(shè)施全覆蓋以及電力無線通信專用網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，逐步將湄洲島培育成基于多能互補(bǔ)和網(wǎng)源互動(dòng)目標(biāo)的綠色生態(tài)海島。