7月27日凌晨3時(shí)許，位于江蘇省鹽城市射陽鹽場的鹽阜銀寶新能源有限公司射陽風(fēng)電場，三臺(tái)風(fēng)機(jī)佇立在漆黑的夜里，巨大的葉片在一束強(qiáng)光照射下拉出長長的拖影。
“50千瓦，100千瓦，200千瓦，300千瓦！成功！”風(fēng)機(jī)旁，十幾雙眼睛緊緊盯住一臺(tái)錄波器，從細(xì)語低喃到欣喜宣布，國內(nèi)首次風(fēng)電黑啟動(dòng)試驗(yàn)圓滿完成。馭“風(fēng)”點(diǎn)“火”，在這里得到驗(yàn)證。
電網(wǎng)黑啟動(dòng)的新選擇
黑啟動(dòng)，是指電力系統(tǒng)在因重大自然災(zāi)害等突發(fā)情況下全停時(shí)，利用系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動(dòng)能力的電源或系統(tǒng)外電源，逐步恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行和有序供電的過程，是電網(wǎng)遭遇最極端情況時(shí)“重啟”的方式。對電網(wǎng)系統(tǒng)而言，黑啟動(dòng)是“終極大考”。
傳統(tǒng)黑啟動(dòng)電源一般選擇水電機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)，優(yōu)先啟動(dòng)大型燃煤機(jī)組和主電網(wǎng)，然后再逐步恢復(fù)配電網(wǎng)，按電壓等級實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)從上至下恢復(fù)。但在枯水期和水資源匱乏的地區(qū)，調(diào)“水”為“電”難解燃眉之急，而燃?xì)廨啓C(jī)則存在“戰(zhàn)備”維護(hù)費(fèi)用高等問題，對于最高用電負(fù)荷過億千瓦的江蘇電網(wǎng)來說，黑啟動(dòng)電源點(diǎn)和手段都顯薄弱，尤其是蘇北地區(qū)并不具備水電條件。
目前，江蘇電網(wǎng)共有位于蘇南的沙河、宜興兩個(gè)抽水蓄能電站，以及徐州蘇北燃?xì)怆娬救齻€(gè)較為成熟的黑啟動(dòng)電源。而在用電需求持續(xù)旺盛、電網(wǎng)安全壓力增大的形勢下，亟須尋找新的黑啟動(dòng)手段。“江蘇省風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)589萬千瓦，在沿海省份中居首位，這是我們開展風(fēng)電黑啟動(dòng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)條件?！眹W(wǎng)江蘇省電力公司電力調(diào)度控制中心水電及新能源處雷震處長說，“如果能利用風(fēng)電機(jī)組的自啟動(dòng)能力，將蘇北沿海地區(qū)豐富的風(fēng)電資源轉(zhuǎn)化為黑啟動(dòng)的“星星之火”，那么對蘇北電網(wǎng)快速恢復(fù)供電并支援全省尤其是蘇南負(fù)荷中心而言，具有重要意義。”
“本次試驗(yàn)分為外部配置電源帶動(dòng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)、多臺(tái)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)、啟動(dòng)等效燃煤機(jī)組輔機(jī)負(fù)荷三個(gè)階段?！本唧w承擔(dān)試驗(yàn)組織工作的江蘇方天電力技術(shù)有限公司電氣技術(shù)中心副主任李辰龍將這三個(gè)階段比喻成“星火”“助燃”和“火炬”，“最終可以‘燎原’！”
“風(fēng)”“火”互聯(lián)的新方式
7月26日20時(shí)30分，經(jīng)過7個(gè)小時(shí)的耐心等待，風(fēng)電場實(shí)測風(fēng)速達(dá)到6米/秒的試驗(yàn)條件，作為外部配置電源的柴油發(fā)電機(jī)立刻發(fā)出轟鳴聲，經(jīng)零起升壓、線路空充、建立孤網(wǎng)，首臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，葉片開始緩緩旋轉(zhuǎn)。
在“助燃”階段，受現(xiàn)場條件限制，試驗(yàn)遭遇諸多難題?！岸嗯_(tái)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)時(shí)，孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動(dòng)超過±1.5赫茲，電壓變化范圍超過10%，如何維持系統(tǒng)平衡，是此次試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。”李辰龍介紹，試驗(yàn)項(xiàng)目組根據(jù)預(yù)案，通過增大系統(tǒng)容量、調(diào)整負(fù)荷功率因數(shù)等措施，迅速將系統(tǒng)頻率和電壓控制在允許范圍內(nèi)，同時(shí)提高風(fēng)機(jī)功率輸出，有效彌補(bǔ)系統(tǒng)功率缺額，始終保持孤網(wǎng)可控。
試驗(yàn)持續(xù)近3個(gè)小時(shí)，由3臺(tái)風(fēng)機(jī)組成的孤網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無同步電源自平衡，最大輸出功率達(dá)1200千瓦。“這一輸出可帶動(dòng)燃煤機(jī)組的輔機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電企業(yè)廠用電和主設(shè)備，點(diǎn)燃‘火炬’?！崩畛烬埥榻B，按鹽阜銀寶射陽風(fēng)電場裝機(jī)容量100兆瓦計(jì)，該風(fēng)電場可啟動(dòng)1臺(tái)百萬千瓦的燃煤火電機(jī)組。
“如果風(fēng)力等條件理想，風(fēng)電場黑啟動(dòng)數(shù)小時(shí)就能完成。蘇北沿海同等規(guī)模風(fēng)電場有十余座，如均具備黑啟動(dòng)能力，半天內(nèi)即可恢復(fù)局部地區(qū)供電。”江蘇方天電力技術(shù)有限公司副總經(jīng)理、總工程師翟學(xué)鋒說。隨著風(fēng)光儲(chǔ)一體化的發(fā)展，未來還可嘗試在風(fēng)電場就地建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)備代替柴油發(fā)電機(jī)，利用黑啟動(dòng)作為風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電源，進(jìn)一步挖掘清潔能源的發(fā)展和應(yīng)用潛力。
據(jù)研究，風(fēng)電資源和水電資源在我國地理分布上呈現(xiàn)良好的互補(bǔ)特性，風(fēng)電作為黑啟動(dòng)電源，既能作為傳統(tǒng)水電黑啟動(dòng)電源的有益補(bǔ)充，又能在電網(wǎng)遭遇極端情況時(shí)提供新的啟動(dòng)方法。
“本次試驗(yàn)的成功為江蘇電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源點(diǎn)增加了備選方案，也為我國提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平提供了新思路?！睎|南大學(xué)電氣學(xué)院湯奕副教授說，試驗(yàn)中獲取的實(shí)際數(shù)據(jù)還為風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)特性研究提供了基礎(chǔ)資料。
