湄洲島上“藏”電能

7月15日，藍(lán)天碧海相映，福建莆田湄洲島媽祖廟里高大的媽祖雕像佇立山頂，極目遠(yuǎn)眺臺(tái)灣海峽。在相距媽祖廟不到千米之處的湄洲島儲(chǔ)能電站，福建電力科學(xué)研究院的技術(shù)人員正忍受著37攝氏度左右的高溫，密切監(jiān)控著站內(nèi)儲(chǔ)能、通信、保護(hù)等各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

莆田湄洲島儲(chǔ)能電站是國內(nèi)首個(gè)直接接入10千伏海島配電網(wǎng)的兆瓦級(jí)磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能工程項(xiàng)目，于6月19日建成。該電站的儲(chǔ)能功率為1兆瓦，可存儲(chǔ)電能2兆瓦時(shí)，它的投運(yùn)為湄洲島的發(fā)展注入了新活力。

【建設(shè)】

儲(chǔ)能電站接入中壓海島電網(wǎng)

湄州島儲(chǔ)能電站占地400余平方米，主要由1兆瓦/2兆瓦時(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)控及接入系統(tǒng)組成。儲(chǔ)能電站緊鄰湄洲島海底電纜進(jìn)島開關(guān)站，遙望大海對(duì)側(cè)110千伏忠門變電站，儲(chǔ)能電站出線接至開關(guān)站10千伏母線，與海底電纜一起為全島供電。

依托國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目“提高配電網(wǎng)末端供電能力的關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范”，國網(wǎng)福建省電力有限公司將項(xiàng)目成果落地莆田湄洲島。該項(xiàng)目由國網(wǎng)福建電力組織福建電科院牽頭實(shí)施，中國電力科學(xué)研究院、許繼集團(tuán)有限公司配合承擔(dān)，于2013年3月啟動(dòng)建設(shè)。儲(chǔ)能電站最初選址希望盡量鄰近媽祖廟配變，與開關(guān)站10千伏線路一起組成雙回進(jìn)線，為媽祖廟的重大活動(dòng)提供可靠供電服務(wù)。然而島上10千伏饋線沿途多為居民集居之地，土地資源緊張，儲(chǔ)能電站最終選址在緊鄰開關(guān)站的一個(gè)雜草叢生的荒坡。

立項(xiàng)之初，國內(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。在接到任務(wù)后，福建電科院的技術(shù)人員們加班加點(diǎn)，查閱國內(nèi)外大量相關(guān)資料，開展實(shí)地調(diào)研，了解儲(chǔ)能電站的特性，掌握儲(chǔ)能電站發(fā)電技術(shù)，確保湄洲島儲(chǔ)能電站圓滿落地。

“靠著在荒坡上一點(diǎn)一點(diǎn)填土、夯實(shí)、平整、建設(shè)，在不斷摸索中對(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)，才有現(xiàn)在面朝大海、與周圍環(huán)境和諧相融的儲(chǔ)能電站站房。”湄洲島供電公司書記朱存興感嘆道。

【功能】

讓配電網(wǎng)末端電壓變得穩(wěn)定可靠

湄洲島南北長9.6公里，東西寬1.3公里，陸域面積14.35平方公里，包括大小島、嶼、礁30多個(gè)，湄洲島與臺(tái)灣僅一水之隔，素有“東方麥加”之稱，是海峽兩岸文化交流的窗口。湄洲島媽祖文化是中國首個(gè)信俗類世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，每年媽祖誕辰日和媽祖升天日期間，朝圣旅游盛況空前。

鑒于湄洲島特殊的地緣和宗教意義，福建莆田供電公司保供電任務(wù)繁重。每年媽祖誕辰、海峽論壇、中秋晚會(huì)及各種政府和民間的重要活動(dòng)，都需要臨時(shí)安排發(fā)電車用于保供電，最多的一次，莆田供電公司調(diào)派9輛發(fā)電車上島保電。湄洲島儲(chǔ)能電站的建立，可大大減輕該公司每年的保供電壓力。

我國海島供電往往處于供配電網(wǎng)的末端，通過海底電纜送電，甚至部分有人居住的島嶼還未實(shí)現(xiàn)送電。湄洲島目前與海岸對(duì)側(cè)的110千伏忠門變電站通過雙回10千伏海底電纜相連，湄洲I路線路長20公里，湄洲II路長26公里，造成中壓線路偏長，線路末端電壓較低。另外，海底電纜的安全性也較難保障，受臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害和過往船只的影響，2007年到2011年間，湄洲島每年都要發(fā)生大概7起以上的海底電纜破壞事故，而受地形限制，搶修起來極為不便，難以短時(shí)間恢復(fù)供電。

近年來，湄洲島的用電負(fù)荷增長較快，湄洲島供電公司運(yùn)檢部專員介紹，2013年，全島年度最高用電負(fù)荷達(dá)7000千瓦，年用電量2192萬度，而雙回海底電纜的供電能力已呈現(xiàn)不足之勢(shì)。通過控制策略，調(diào)節(jié)湄洲島儲(chǔ)能電站的并網(wǎng)有功與無功功率，不僅可明顯改善配電網(wǎng)末端供電質(zhì)量，還能進(jìn)行削峰，有效緩解雙回海底電纜供電能力不足的狀況。

不過，國網(wǎng)福建電力的技術(shù)人員對(duì)儲(chǔ)能電站應(yīng)用功能的思考并不僅限于此。“湄洲島儲(chǔ)能電站投運(yùn)后，可穩(wěn)定配電網(wǎng)末端電壓，充分利用島上太陽輻射充足、季風(fēng)盛行的特點(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)力發(fā)電、光伏發(fā)電的消納能力。”福建電科院的范元亮博士說，在目前條件下，儲(chǔ)能電站投運(yùn)后，湄州島20%左右的用電可能通過島上的風(fēng)力或光伏發(fā)電供給，屆時(shí)，儲(chǔ)能電站提高供電可靠性、服務(wù)媽祖文化的能力將進(jìn)一步增強(qiáng)。

【未來規(guī)劃】

能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)助力建設(shè)生態(tài)島

利用互聯(lián)網(wǎng)和智能終端技術(shù)，使能量和信息能夠雙向流動(dòng)，能源在全網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分配、交換和共享，就能形成能源互聯(lián)網(wǎng)。

能源互聯(lián)網(wǎng)是建設(shè)媽祖生態(tài)島的一個(gè)重要方面，也是促進(jìn)湄州島能源可持續(xù)發(fā)展的重要手段。能源互聯(lián)網(wǎng)通過儲(chǔ)能、能源收集以及智能控制，將有效解決可再生能源供應(yīng)不持續(xù)、品質(zhì)不穩(wěn)定和難以接入電力主干網(wǎng)等問題，促進(jìn)綠色電力發(fā)展，實(shí)現(xiàn)它們和電網(wǎng)的友好互動(dòng)。

湄州島儲(chǔ)能電站就是湄洲未來能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。以此為依托平臺(tái)，福建電科院已開始制定相關(guān)方案，計(jì)劃建設(shè)一個(gè)覆蓋0.4千伏直流與交流，以及10千伏電壓等級(jí)的交直流混合多能互補(bǔ)微電網(wǎng)。微電網(wǎng)可以作為能源互聯(lián)網(wǎng)的組成要素，也能以一種具體形式存在，通過可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能與用電消納等形成能源局域網(wǎng)。

湄州島初期的交直流混合多能互補(bǔ)微電網(wǎng)將以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電以及儲(chǔ)能電站互補(bǔ)為主提供電能，部分風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)共同匯集至0.4千伏直流母線，為直流充電設(shè)施等提供穩(wěn)定電能，接著通過基于虛擬同步電機(jī)技術(shù)的逆變器接入0.4千伏交流母線，滿足0.4千伏負(fù)荷的用電需求，然后經(jīng)過升壓變互連至10千伏中壓供配電網(wǎng)絡(luò)。“如此分層結(jié)構(gòu)可滿足不同的負(fù)荷需求，減少了不必要的電壓變換環(huán)節(jié)。”福建電科院工程師鄭高細(xì)致地解釋道，如果采用傳統(tǒng)方式，分布式風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電需要經(jīng)過交直流變換系統(tǒng)，經(jīng)過交流供配電網(wǎng)絡(luò)輸送，然后再變換至直流，供直流充電設(shè)施使用;或者這些電能通過升壓變并聯(lián)至10千伏中壓供配電網(wǎng)絡(luò)，再降壓供0.4千伏交流負(fù)荷使用。“這些過程都會(huì)造成可觀的電能損耗。如此比較下，交直流混合多能互補(bǔ)微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了。”鄭高說。

湄洲島儲(chǔ)能電站的投運(yùn)，以及未來能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，將讓?shí)u上居民切實(shí)享受更加智能和清潔的用電方式。用戶側(cè)智能控制終端能與微電網(wǎng)的上層管理系統(tǒng)互聯(lián)，提交用電計(jì)劃，響應(yīng)實(shí)時(shí)電價(jià);還能通過就地采集微電網(wǎng)電壓與頻率，控制負(fù)荷投切，共同參與維持微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。智能用電以及智能家居系統(tǒng)將進(jìn)一步導(dǎo)向用電客戶參與節(jié)能減耗。另外，湄州島面積相對(duì)不大，在主干交通線建立兼具換電和充電的能源補(bǔ)給中心，可為電動(dòng)汽車提供便捷的能源補(bǔ)給。依托湄州島儲(chǔ)能電站打造的交直流混合多能互補(bǔ)微電網(wǎng)，將會(huì)是一個(gè)集發(fā)、配、用于一體的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，助力建設(shè)媽祖生態(tài)島。