——记国家科学技术进步奖二等奖项目“电制热提升电网消纳风电能力的关键技术与规模化应用”

张爱萍 李家珏

1月10日，国网辽宁省电力有限公司牵头完成的“电制热提升电网消纳风电能力的关键技术与规模化应用”项目，以及作为第三完成单位完成的“铝合金节能输电导线及多场景应用”项目双双荣获国家科学技术进步奖二等奖。

国网辽宁电力积极响应国家重大战略需要，结合北方地区风电资源的实际情况，与6家产学研用单位历时8年攻克关键技术，完成“电制热提升电网消纳风电能力的关键技术与规模化应用”项目，提升了电网大规模消纳风电的能力。

结合实际：

提出以风电制热供暖

多年来，发展新能源和清洁供暖一直是我国能源与环境领域发展面临的两项重点任务，也是重要的研究课题。2010年左右，电网大规模消纳风电能力有限。同时，热电联产机组作为清洁供暖的重要方式之一，出力下限在供暖期提高了10%以上，大幅压缩了电网的风电消纳空间，限制了我国北方地区供暖期风电资源利用率。

依托2011年国家高技术研究发展计划（863计划）课题成果，项目第一完成人、国网辽宁电力教授级高工葛维春带领项目团队，以“风电—电制热—储热—供暖”为工作思路，创新研发了电制热储热提升电网消纳风电能力的基础理论和关键技术。

该项目既能提升电网大规模消纳风电能力，又能将富余风电运用在清洁供暖，为北方地区冬季风电找到了一条适合的消纳途径，为清洁能源消纳、低成本清洁供暖开辟了新道路。

核心关键：

研发一套完整的技术和装置

2011年，由国网辽宁电力牵头，沈阳世杰电器有限公司、沈阳工业大学、东北电力大学、清华大学、北京科东电力控制系统有限责任公司、国网吉林省电力有限公司等多家单位参与攻关，开始研发一套完整的技术体系。

“如何大规模消纳风电是当时攻关的第一个难点。”葛维春说。当时，受风电资源、电热负荷、网架等特性的共性影响，风电发生和消纳没有可遵循的规律。要解决第一个难点，首先就是要建立一个多维的风电评估体系。项目团队开发评估软件，精确解析历史数据，在此基础上提出全过程多量级、多时长、多约束的评估方法，揭示了北方地区风电消纳低谷发生的时段和频次规律；还创建了富余风电和供暖负荷的时序相关性评价模型，成功研发基于电制热储热的清洁供暖技术，打下大规模消纳富余风电的基础。

“第二个问题是需要通过什么方式，或者什么设备，才能消纳大规模富余风电。”葛维春说。基于电场、流场、热场以及应力场之间的相互耦合以及多场时变均匀性原则，他和团队经过无数次的研究和测试，提出了加热元件表面负荷、换热结构及蓄热体分布的分层协同设计方法，并研制出了世界上首台最大容量、最低成本的电制热固态储热装置，发明了大温差下的高压（66千伏）绝缘穿墙套管，实现在高温、高压环境下，大容量电制热储热装置可靠并网运行。

光有评估体系、消纳装置还远远不够，项目团队构建了电热统一模型，为统一分析电热系统提供了技术支撑。该项目最核心、最关键的部分，就是大规模可控负荷与多源协调调控方法。“电制热储热装置要消纳风电，就需要电网调度实现电制热储热与电网、风电协调运行。”葛维春介绍说。通过研究，项目团队实现了大规模电制热负荷与热电机组出力的“离散-连续”实时调控，确保高比例利用富余风电来运行电制热储热装置。

目前，该项目先后获得了60余项国内、国际专利，发表专业论文100余篇，荣获2018年国家电网有限公司科技进步一等奖、中国电力科技进步一等奖、辽宁省科技进步一等奖等多项荣誉。

运行推广：

实现富余风电供能清洁供暖

2013年，由葛维春牵头的团队经过不断探索、攻关、测试，终于构建了富余风电评估与电热协同调控一体化的理论体系，以及可控负荷与多源协调调控方法，在保证电网安全稳定运行的前提下，开始试运行，通过电网调度实现大规模富余风电进行制热储热以及大规模清洁供暖。

经过3年多的试运行，2016年，该项技术和应用已经成熟。目前，该项目已在北方地区14省市推广应用，并取得显著成效。2016~2018年，通过这项技术，电网累计消纳风电27.84亿千瓦时，实现产值18.35亿元，间接效益34.27亿元，共减少煤耗40.94万吨，减排二氧化碳114.63万吨。这也扭转了风电电量无法利用，供暖期燃煤污染物排放集中的局面。

对于未来的研究方向，葛维春说：“除了研究消纳富余风电的技术体系，还要研究源网荷协调发展问题。在大量开发可再生能源的同时，也要拓宽思路，研究可再生能源的有效利用，运用在电动汽车充电、海水淡化用能等方面。”