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“大型高效節能環保型儲熱系統”遠程控制指揮中心。
應用固體儲能技術供熱的赤峰市克什克騰旗大光頂子旅游小鎮。
習近平總書記強調，要加快規劃建設新型能源體系，把促進新能源和清潔能源發展放在更加突出的位置，增加新能源供給消納能力。內蒙古是“風光”大區，是國家重要能源基地，近年來隨著風光大基地的陸續并網投產，電網消納和調度運行承受的壓力隨之陡增。面向內蒙古新能源“兩率先”“兩超過”發展目標，“不能把雞蛋放在一個籃子里”成為普遍共識，對此，剛剛出臺的《內蒙古自治區建設國家重要能源和戰略資源基地促進條例》明確提出，推進新能源多元化場景應用，通過市場化消納新能源方式，提升新能源就地消納能力。
自治區科技廳認真落實中央和自治區決策部署，以“科技興蒙”行動為統領，聚焦市場化新能源高效消納路徑與關鍵技術難題，持續加大產學研協同創新，一批重點科技示范項目相繼取得階段性進展，為內蒙古探索新能源消納新路徑提供科技支撐。
飛輪儲能 特定場景保供應
不久前，由中海油新能源二連浩特風電有限公司牽頭，聯合中國科學院、清華大學、武漢大學等單位共同實施的自治區科技重大專項“MW級飛輪儲能關鍵技術研究”項目傳來好消息，該項目示范工程“‘飛輪儲能+鋰電混合儲能’新能源場站調頻應用”在二連浩特市成功并網，3臺1MW級飛輪陣列協同控制與3MW鋰電組成混合儲能系統，為二連浩特市99MW的風電場提供調頻輔助服務支持。
項目負責人魏曉鋼介紹說：“飛輪儲能是利用低摩擦環境中高速旋轉的轉子來存儲能量，其工作原理是：利用電能加速飛輪，將電能轉化為機械能儲存起來。當需要用電時，飛輪帶動發電機組，再將機械能轉化為電能。”
據介紹，飛輪儲能功率密度比較高，啟動速度比較快，對于一些特定場景非常實用。如遇數據中心突然斷電，為避免數據丟失，就需要儲能系統快速響應啟動。
2020年以來，技術團隊針對飛輪儲能涉及的力學、電磁學、熱學、電力系統和控制等多學科交叉問題進行了深入研究，突破大儲能量高強鋼及復合材料轉子設計制造、大容量高速永磁電動發電機低損耗設計、高效率大容量變流器及其充放電控制、高可靠大承載磁軸承及其控制、飛輪儲能磁——電——熱——機多子系統集成、飛輪儲能陣列協調控制、飛輪儲能陣列參與電網高頻次一次調頻控制等關鍵技術。其中，真空中大功率高速電動發電機、飛輪儲能高頻次充放電控制達到國際領先水平。
專家表示，新能源發電的間歇性和波動特性給電網的頻率穩定性和供電可靠性帶來了極大挑戰，飛輪儲能在電網中的廣泛應用可解決電化學儲能面臨的影響環境問題和充放電次數限制難題，大大提高電網運行的安全性及新能源消納比例。
固體儲能 高效儲熱促減排
供暖季來臨，在赤峰市黨政綜合樓，7.5萬平米的辦公場所已完成供熱改造，今年全部采用自治區“科技興蒙”專項研發的“大型高效節能環保型儲熱系統”進行供暖。該系統的核心是高壓固體儲能技術，就是將光伏、風電等新能源發電量轉化成熱能高密度存儲起來，以熱水、熱風、蒸汽及導熱油等形式輸出，用于建筑供暖、工業蒸汽、產品烘干、移動熱源、電網調峰等領域。
當前，我國北方主要的供熱方式依賴以燃煤熱電聯產為主的大中型集中供熱系統，存在化石能源熱源占比高、管網系統規模大、熱力平衡調節困難以及供熱過量等問題。在雙碳戰略背景下，必須創新供熱用能方式，構建安全、低碳、清潔、高效、智慧、經濟的供熱系統。為此，2020年自治區科技廳設立“科技興蒙”專項，支持赤峰暖捷新型建材有限責任公司聯合中國科學院過程工程研究所開展以新能源電力消納為路徑的高壓固體儲能供熱系統研發。
項目實施以來，研究團隊先后突破了“高效儲熱材料制備”“遠端云控智能系統”“新型相變儲熱材料及清潔供暖”等關鍵技術，在此基礎上建成谷電固體儲能技術研發中心和遠程控制指揮中心，形成新型儲熱材料設備與智能控制系統的集成與示范，其標志性成果“大型高效節能環保型儲熱系統”實現了10KV及以上電壓直接接入、電熱轉換率達到97.5%、24小時靜態熱損不超過2%。
“通過固體儲能儲熱技術，我們將夜間100%新能源配比的谷電直接轉化成熱能，通過熱量存儲進行集中或分布式供熱。”項目相關負責人介紹，目前項目成果已在冬奧會媒體轉播中心成功運用，并推廣到赤峰市有關公共機構、大型廠礦企業，以及二連浩特市等地區。赤峰市黨政綜合樓項目采用高壓固體儲能供暖機組供暖、制冷雙系統運行，年消納新能源電量約1500萬千瓦，預計采暖期內能夠節省標煤2653.6噸，有效減排二氧化碳7058噸。赤峰市紅山花卉市場5萬平米場地采用此供熱系統供暖，并采用供熱系統實現遠程監控、恒溫供暖、精準用能，預計每年可消納新能源電量約532.98萬千瓦，減少燃煤1776.6噸，減少二氧化碳排放4725.76噸。此外，針對大型風力發電場剩余電量難以上網的特點，項目在赤峰市克什克騰旗大光頂子旅游小鎮進行了成果應用示范，將附近匯風新能源電廠過剩的電量進行存儲，用于旅游小鎮供暖，風、光電力年消納約1077萬千瓦，平均每年減少燃煤3590噸，減少碳排放9549.4噸。
車網互動 能源消納新樣板
自治區黨政辦公區內，一排排光伏組件搭建的電動汽車充放電停車場格外吸睛。這是自治區首批“雙碳”科技創新重大示范工程“規模化電動汽車充放電與電網多層級互動技術研究和應用示范”項目打造的光儲充放示范場景。
該項目由內蒙古電力集團牽頭“揭榜”，特來電新能源股份有限公司、上海交通大學、華北電力大學、內蒙古工業大學等8家單位聯合實施，聚焦規模化電動汽車充放電與電網多層級互動這一關鍵科學問題，沿“機理揭示——系統建模——優化調控——平臺示范”主線開展科研攻關，積極構建規模化電動汽車充放電與電網多層級互動集成技術體系，并以內蒙古地區為依托，實現示范工程驗證核心難題，為新型電力系統建設提供技術支撐。
光儲充放示范場站融合了變電、配電、光伏、儲能、V2G充放電以及整套能量管理系統，其中，光伏系統由120塊575瓦的高效單晶硅單面發電組件組成，總裝機量達到69千瓦，依照呼和浩特地區的光照條件，實現平均日發電量300度左右，年發電量可達10.9萬度，相當于年節約標準煤35噸，減排二氧化碳92噸、二氧化硫3噸、氮氧化物1噸，節油（汽油）4.36萬升。
儲能系統由22個電池模組串聯而成，儲能容量202千瓦時，可以起到降低用能成本的作用。用電高峰時儲能放電讓企業使用儲能存電，減少高峰時段在電網取電，用電低谷時使用電網低電價對儲能進行充電，實現周期循環。
微網能量管理系統是一套智能化程度高、安全性高、擴展性強的微電網運行監控與優化分析管理系統，既能滿足分布式新能源微網就地電力安全生產與消費的需求，又能滿足多能源經濟運行的要求。通過對微網系統進行數據采集、優化分析、監視控制，實現數據存儲、異常報警，保證微網安全平穩運行。同時結合發電和用電預測功能，實現微網內發用電的優化調度，通過優化運行與變壓器需量控制等策略，提高微網系統收益。
場站采取分體式群充技術，新能源汽車通過超大功率液冷充電終端、快充終端、V2G雙向充放電終端、小功率直流慢充終端、7kW交流單樁等各種充電產品進行充電，滿足市面上大多數新能源車型的充電需求。
整個場站的光儲充放系統可以有效實現充電站的低碳、智能以及多能互補。光伏大發時，系統既可以提供充電使用，又可以把余電存儲到儲能系統中；光伏發電小于用電量時，由電網補充電力或由儲能及電動汽車V2G技術進行放電；區域電網出現負荷壓力時，系統可以通過充電調度、儲能管理實現最大程度降負荷運行，或反補電網形成虛擬電廠，并從電網獲取服務收益，對于提高新能源消納水平，促進交通減排、能源減排，實現“雙碳”目標具有重要意義。
當前，內蒙古正全面貫徹落實習近平總書記考察內蒙古時的重要指示和重要講話精神，聚焦全面建設好國家重要能源基地，舉全區之力推進新能源倍增行動。以此為引領，內蒙古科技工作將進一步提高政治站位，聚焦“兩個率先”“兩個超過”發展目標，堅持以“科技興蒙”行動為統領，做好“新能源+”這篇大文章，著力解決新能源高效、穩定和低成本利用的瓶頸問題，以先進技術成果拓展新能源應用場景，擴大新能源消納空間，為推動國家重要能源與戰略資源基地向高端化、智能化、綠色化加速轉型提供科技支撐。
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