根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉促Y源情況與電網(wǎng)特性，結(jié)合各種能源特點，通過建設(shè)新能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行多能互補(bǔ)，能夠更充分發(fā)揮能源各自優(yōu)勢，提高供電可靠性。新能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以同時配合儲能或調(diào)峰系統(tǒng)對電能進(jìn)行存儲和釋放，改善發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，緩解新能源的間歇性、波動性與電力系統(tǒng)需要實時平衡之間的矛盾，降低對電網(wǎng)的不利影響，使不穩(wěn)定的能源變成穩(wěn)定的、具有較高品質(zhì)的電能。
新能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可分為多種新能源直接互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、多種新能源與儲能系統(tǒng)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、新能源與傳統(tǒng)能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)等。
多種新能源直接互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)充分利用各種新能源發(fā)電的特點和互補(bǔ)性聯(lián)合發(fā)電，如風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)能、太陽能具有間歇性、隨機(jī)性特點，但風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電在能源采集上互相補(bǔ)充又各具特色。在冬季和夜間風(fēng)大、夏季和日間太陽輻射強(qiáng)的地區(qū)，太陽能光伏發(fā)電供電可靠、運行維護(hù)成本低，但造價較高;風(fēng)力發(fā)電發(fā)電量高、造價和運行維護(hù)成本低，但可靠性較低，可利用這些特點，提高發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和運行可靠性。
多種新能源與儲能系統(tǒng)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)將新能源發(fā)電與儲能系統(tǒng)相結(jié)合，保持發(fā)電功率輸出平穩(wěn)，如風(fēng)光儲互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。利用風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電的互補(bǔ)性以及儲能元件平抑功率波動的特性，使互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總輸出有功功率相對平穩(wěn)，減少功率波動，提高電能質(zhì)量。
新能源與傳統(tǒng)能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)包括新能源與火電機(jī)組組成的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)等。新能源在系統(tǒng)中可以作為主要能源，也可以只起到輔助能源的作用。例如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)合發(fā)電，沼氣與柴油并用，進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)發(fā)電等。
新能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)按照運行方式，可分為獨立混合發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及微電網(wǎng)混合發(fā)電系統(tǒng)等;按組合類型和功能，可分為季節(jié)性互補(bǔ)、梯級利用、多種能量輸出等模式。新能源發(fā)電在互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中所占比例比較高，通過合理設(shè)計容量配比，實現(xiàn)提高互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的新能源利用率，減少新能源的棄用損失。在設(shè)計新能源互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)主要考慮投資成本和發(fā)電成本，系統(tǒng)應(yīng)具有合理的經(jīng)濟(jì)性。
國家風(fēng)光儲輸示范工程
2009年6月，國家電網(wǎng)有限公司會同國內(nèi)高校、研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，采用全球首創(chuàng)風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電技術(shù)路線，建成全球規(guī)模最大的集風(fēng)電、光伏、儲能及智能輸電于一體的新能源示范工程——國家風(fēng)光儲輸示范工程(以下簡稱示范工程)。其中，風(fēng)電450兆瓦、光伏100兆瓦、儲能33兆瓦。工程位于河北省張家口市壩上地區(qū)，國網(wǎng)冀北電力有限公司為建設(shè)運營單位。
示范工程實現(xiàn)多項技術(shù)創(chuàng)新及突破，包括風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電互補(bǔ)機(jī)制及系統(tǒng)集成、運行調(diào)控、風(fēng)光功率預(yù)測、大規(guī)模儲能、風(fēng)電入網(wǎng)檢測等多項核心技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，解決了制約大規(guī)模新能源集中并網(wǎng)的世界性技術(shù)難題。示范工程攻克了聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、全景監(jiān)控、電池儲能大規(guī)模系統(tǒng)集成、風(fēng)光儲設(shè)備并網(wǎng)友好性、風(fēng)光聯(lián)合功率高精度預(yù)測等一系列重大難題，建立了完整的風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電核心技術(shù)體系，取得了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
風(fēng)電技術(shù)采用了國內(nèi)最典型的6種型號風(fēng)機(jī)，包括陸上最大5兆瓦直驅(qū)風(fēng)機(jī)，機(jī)型均系首臺首套，引領(lǐng)風(fēng)電技術(shù)向大容量、高效率發(fā)展;光伏應(yīng)用了最全光伏組件和跟蹤方式，多角度、全方位開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;儲能在全球首次實現(xiàn)了30多萬節(jié)電池集成應(yīng)用，協(xié)調(diào)控制技術(shù)世界領(lǐng)先，是全球種類最多的大規(guī)模化學(xué)儲能電站。
國家風(fēng)光儲輸示范電站成功完成“黑啟動”實驗，成為全球首家具有“黑啟動”功能的大規(guī)模新能源聯(lián)合發(fā)電站，填補(bǔ)了國內(nèi)外該領(lǐng)域技術(shù)空白，確保了新能源涉及的局部微電網(wǎng)在特殊情況下的可靠運行。
截至12月4日，國家風(fēng)光儲輸示范工程累計發(fā)電量60.11億千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤242.84萬噸，減排二氧化碳599.30萬噸。
東福山島風(fēng)光柴儲微電網(wǎng)示范工程
東福山島位于浙江舟山市普陀區(qū)東北方向約50千米，面積2.95平方千米。東福山島溫暖濕潤，四季分明，夏季光照充足，太陽能資源豐富;冬季冷空氣形成大風(fēng)，風(fēng)能資源豐富。
2010年4月，浙江省電力公司電力科學(xué)研究院(以下簡稱浙江電科院)承擔(dān)了東福山島風(fēng)光柴儲微電網(wǎng)示范工程的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備研發(fā)、運行控制策略開發(fā)及集成調(diào)試等工作。
針對東福山島獨立發(fā)供電系統(tǒng)的特殊性，浙江電科院研究了新能源的間歇性、負(fù)荷特性、蓄電池系統(tǒng)充放電特性與壽命特性、海水淡化系統(tǒng)及柴油發(fā)電機(jī)的運行特性，確定了系統(tǒng)各單元的容量配置，提出了一種適用于海島型獨立發(fā)供電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。
浙江電科院開發(fā)了光儲一體化變流器，具有并網(wǎng)和離網(wǎng)雙模式運行功能，有效實現(xiàn)了光儲系統(tǒng)功率輸出的靈活調(diào)節(jié)。提出了以海水淡化系統(tǒng)為可調(diào)負(fù)荷的海島風(fēng)光柴儲獨立發(fā)供電系統(tǒng)的優(yōu)化運行控制策略，提高了可再生能源的利用率。研發(fā)了海島型風(fēng)光柴儲發(fā)供電系統(tǒng)綜合監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的有效監(jiān)控、能量管理與優(yōu)化控制。
東福山島風(fēng)光柴儲工程配置了7臺單機(jī)容量30千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、1套100千瓦太陽能發(fā)電系統(tǒng)、1套960千瓦時儲能鉛酸蓄電池、1套300千瓦雙向變流器、1臺200千瓦柴油發(fā)電機(jī)組及1套日產(chǎn)淡水30噸的海水淡化系統(tǒng)。該工程總裝機(jī)容量為510千瓦，是當(dāng)時國內(nèi)最大、新能源供電比例最高的離網(wǎng)型供電系統(tǒng)。
2011年4月，工程開始發(fā)電并進(jìn)行帶負(fù)荷調(diào)試，2011年7月通過250小時連續(xù)運行考核，項目正式投產(chǎn)。2017年8月，東福山島風(fēng)光柴儲微電網(wǎng)示范工程通過海纜并入電網(wǎng)。截至并網(wǎng)前，風(fēng)光可再生能源累計發(fā)電量120萬千瓦時。
該系統(tǒng)的諧波等指標(biāo)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，運行控制方式靈活，可靠性高，在保證全島24小時可供電的同時，有效地利用了可再生能源發(fā)電，將柴油發(fā)電比例降低了45%。
項目建成后，東福山島供電能力擴(kuò)容了3倍，電站運行穩(wěn)定，電能質(zhì)量提高，探索出了一種為遠(yuǎn)離大陸的島嶼供電的新模式。
