“大型高效节能环保型储热系统”远程控制指挥中心。

 
  应用固体储能技术供热的赤峰市克什克腾旗大光顶子旅游小镇。

  习近平总书记强调，要加快规划建设新型能源体系，把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置，增加新能源供给消纳能力。内蒙古是“风光”大区，是国家重要能源基地，近年来随着风光大基地的陆续并网投产，电网消纳和调度运行承受的压力随之陡增。面向内蒙古新能源“两率先”“两超过”发展目标，“不能把鸡蛋放在一个篮子里”成为普遍共识，对此，刚刚出台的《内蒙古自治区建设国家重要能源和战略资源基地促进条例》明确提出，推进新能源多元化场景应用，通过市场化消纳新能源方式，提升新能源就地消纳能力。
  自治区科技厅认真落实中央和自治区决策部署，以“科技兴蒙”行动为统领，聚焦市场化新能源高效消纳路径与关键技术难题，持续加大产学研协同创新，一批重点科技示范项目相继取得阶段性进展，为内蒙古探索新能源消纳新路径提供科技支撑。
  飞轮储能 特定场景保供应
  不久前，由中海油新能源二连浩特风电有限公司牵头，联合中国科学院、清华大学、武汉大学等单位共同实施的自治区科技重大专项“MW级飞轮储能关键技术研究”项目传来好消息，该项目示范工程“‘飞轮储能+锂电混合储能’新能源场站调频应用”在二连浩特市成功并网，3台1MW级飞轮阵列协同控制与3MW锂电组成混合储能系统，为二连浩特市99MW的风电场提供调频辅助服务支持。
  项目负责人魏晓钢介绍说：“飞轮储能是利用低摩擦环境中高速旋转的转子来存储能量，其工作原理是：利用电能加速飞轮，将电能转化为机械能储存起来。当需要用电时，飞轮带动发电机组，再将机械能转化为电能。”
  据介绍，飞轮储能功率密度比较高，启动速度比较快，对于一些特定场景非常实用。如遇数据中心突然断电，为避免数据丢失，就需要储能系统快速响应启动。
  2020年以来，技术团队针对飞轮储能涉及的力学、电磁学、热学、电力系统和控制等多学科交叉问题进行了深入研究，突破大储能量高强钢及复合材料转子设计制造、大容量高速永磁电动发电机低损耗设计、高效率大容量变流器及其充放电控制、高可靠大承载磁轴承及其控制、飞轮储能磁——电——热——机多子系统集成、飞轮储能阵列协调控制、飞轮储能阵列参与电网高频次一次调频控制等关键技术。其中，真空中大功率高速电动发电机、飞轮储能高频次充放电控制达到国际领先水平。
  专家表示，新能源发电的间歇性和波动特性给电网的频率稳定性和供电可靠性带来了极大挑战，飞轮储能在电网中的广泛应用可解决电化学储能面临的影响环境问题和充放电次数限制难题，大大提高电网运行的安全性及新能源消纳比例。
  固体储能 高效储热促减排
  供暖季来临，在赤峰市党政综合楼，7.5万平米的办公场所已完成供热改造，今年全部采用自治区“科技兴蒙”专项研发的“大型高效节能环保型储热系统”进行供暖。该系统的核心是高压固体储能技术，就是将光伏、风电等新能源发电量转化成热能高密度存储起来，以热水、热风、蒸汽及导热油等形式输出，用于建筑供暖、工业蒸汽、产品烘干、移动热源、电网调峰等领域。
  当前，我国北方主要的供热方式依赖以燃煤热电联产为主的大中型集中供热系统，存在化石能源热源占比高、管网系统规模大、热力平衡调节困难以及供热过量等问题。在双碳战略背景下，必须创新供热用能方式，构建安全、低碳、清洁、高效、智慧、经济的供热系统。为此，2020年自治区科技厅设立“科技兴蒙”专项，支持赤峰暖捷新型建材有限责任公司联合中国科学院过程工程研究所开展以新能源电力消纳为路径的高压固体储能供热系统研发。
  项目实施以来，研究团队先后突破了“高效储热材料制备”“远端云控智能系统”“新型相变储热材料及清洁供暖”等关键技术，在此基础上建成谷电固体储能技术研发中心和远程控制指挥中心，形成新型储热材料设备与智能控制系统的集成与示范，其标志性成果“大型高效节能环保型储热系统”实现了10KV及以上电压直接接入、电热转换率达到97.5%、24小时静态热损不超过2%。
  “通过固体储能储热技术，我们将夜间100%新能源配比的谷电直接转化成热能，通过热量存储进行集中或分布式供热。”项目相关负责人介绍，目前项目成果已在冬奥会媒体转播中心成功运用，并推广到赤峰市有关公共机构、大型厂矿企业，以及二连浩特市等地区。赤峰市党政综合楼项目采用高压固体储能供暖机组供暖、制冷双系统运行，年消纳新能源电量约1500万千瓦，预计采暖期内能够节省标煤2653.6吨，有效减排二氧化碳7058吨。赤峰市红山花卉市场5万平米场地采用此供热系统供暖，并采用供热系统实现远程监控、恒温供暖、精准用能，预计每年可消纳新能源电量约532.98万千瓦，减少燃煤1776.6吨，减少二氧化碳排放4725.76吨。此外，针对大型风力发电场剩余电量难以上网的特点，项目在赤峰市克什克腾旗大光顶子旅游小镇进行了成果应用示范，将附近汇风新能源电厂过剩的电量进行存储，用于旅游小镇供暖，风、光电力年消纳约1077万千瓦，平均每年减少燃煤3590吨，减少碳排放9549.4吨。
  车网互动 能源消纳新样板
  自治区党政办公区内，一排排光伏组件搭建的电动汽车充放电停车场格外吸睛。这是自治区首批“双碳”科技创新重大示范工程“规模化电动汽车充放电与电网多层级互动技术研究和应用示范”项目打造的光储充放示范场景。
  该项目由内蒙古电力集团牵头“揭榜”，特来电新能源股份有限公司、上海交通大学、华北电力大学、内蒙古工业大学等8家单位联合实施，聚焦规模化电动汽车充放电与电网多层级互动这一关键科学问题，沿“机理揭示——系统建模——优化调控——平台示范”主线开展科研攻关，积极构建规模化电动汽车充放电与电网多层级互动集成技术体系，并以内蒙古地区为依托，实现示范工程验证核心难题，为新型电力系统建设提供技术支撑。
  光储充放示范场站融合了变电、配电、光伏、储能、V2G充放电以及整套能量管理系统，其中，光伏系统由120块575瓦的高效单晶硅单面发电组件组成，总装机量达到69千瓦，依照呼和浩特地区的光照条件，实现平均日发电量300度左右，年发电量可达10.9万度，相当于年节约标准煤35吨，减排二氧化碳92吨、二氧化硫3吨、氮氧化物1吨，节油（汽油）4.36万升。
  储能系统由22个电池模组串联而成，储能容量202千瓦时，可以起到降低用能成本的作用。用电高峰时储能放电让企业使用储能存电，减少高峰时段在电网取电，用电低谷时使用电网低电价对储能进行充电，实现周期循环。
  微网能量管理系统是一套智能化程度高、安全性高、扩展性强的微电网运行监控与优化分析管理系统，既能满足分布式新能源微网就地电力安全生产与消费的需求，又能满足多能源经济运行的要求。通过对微网系统进行数据采集、优化分析、监视控制，实现数据存储、异常报警，保证微网安全平稳运行。同时结合发电和用电预测功能，实现微网内发用电的优化调度，通过优化运行与变压器需量控制等策略，提高微网系统收益。
  场站采取分体式群充技术，新能源汽车通过超大功率液冷充电终端、快充终端、V2G双向充放电终端、小功率直流慢充终端、7kW交流单桩等各种充电产品进行充电，满足市面上大多数新能源车型的充电需求。
  整个场站的光储充放系统可以有效实现充电站的低碳、智能以及多能互补。光伏大发时，系统既可以提供充电使用，又可以把余电存储到储能系统中；光伏发电小于用电量时，由电网补充电力或由储能及电动汽车V2G技术进行放电；区域电网出现负荷压力时，系统可以通过充电调度、储能管理实现最大程度降负荷运行，或反补电网形成虚拟电厂，并从电网获取服务收益，对于提高新能源消纳水平，促进交通减排、能源减排，实现“双碳”目标具有重要意义。
  当前，内蒙古正全面贯彻落实习近平总书记考察内蒙古时的重要指示和重要讲话精神，聚焦全面建设好国家重要能源基地，举全区之力推进新能源倍增行动。以此为引领，内蒙古科技工作将进一步提高政治站位，聚焦“两个率先”“两个超过”发展目标，坚持以“科技兴蒙”行动为统领，做好“新能源+”这篇大文章，着力解决新能源高效、稳定和低成本利用的瓶颈问题，以先进技术成果拓展新能源应用场景，扩大新能源消纳空间，为推动国家重要能源与战略资源基地向高端化、智能化、绿色化加速转型提供科技支撑。