中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：將配儲(chǔ)任務(wù)“擺脫”給發(fā)電側(cè)之后，電網(wǎng)提出了進(jìn)一步的要求。
除了風(fēng)光上網(wǎng)自行配儲(chǔ)平抑波動(dòng)外，在特定地區(qū)還需提升至構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)，助力電網(wǎng)維持穩(wěn)定。
截至目前，我國(guó)已有多地提出鼓勵(lì)/按比例/強(qiáng)制配建構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能。
今年5月，西藏發(fā)改委首次提出了2023年風(fēng)電光伏新能源項(xiàng)目配套儲(chǔ)能需“加裝構(gòu)網(wǎng)型裝置”的要求，實(shí)際要求配置構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能。
7月10日，新疆自治區(qū)2023年獨(dú)立新型儲(chǔ)能建設(shè)方案鼓勵(lì)各地新建共享儲(chǔ)能，積極探索建設(shè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能比例原則上不低于年度獨(dú)立新型儲(chǔ)能規(guī)模的20%。
8月4日，青海格爾木昆侖建設(shè)開發(fā)有限公司發(fā)布格爾木魯能50MW/100MWh構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站EPC項(xiàng)目總承包及儲(chǔ)能系統(tǒng)招標(biāo)公告。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能被多次提及，是因?yàn)槠鋮^(qū)別于傳統(tǒng)跟網(wǎng)型儲(chǔ)能的特性，其可以利用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)為儲(chǔ)能賦予“慣性”，更好的維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。賦予這一能力的核心技術(shù)在于PCS的改造升級(jí)，需要增加一定成本。
另外從效率角度看，常見的跟網(wǎng)型變流器原理在于跟蹤測(cè)量電網(wǎng)的電壓和頻率，并向電網(wǎng)輸入一定的功率，它的優(yōu)點(diǎn)在于最大程度饋入有功功率，實(shí)現(xiàn)最大的能量收益。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器以維持輸出恒定交流電壓為目標(biāo)，可以有助于電網(wǎng)保持穩(wěn)定。此外，還可提供故障穿越、黑啟動(dòng)及有功無功穩(wěn)定功能，最終實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供電，然而，構(gòu)網(wǎng)型變流器必須在穩(wěn)定與最大能量收益之間進(jìn)行折中。即，采用構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體循環(huán)效率或?qū)⒌陀诟W(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)。
為什么西藏、新疆首先提出構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)要求，為什么同屬新能源豐富的西北地區(qū)的青海一言不發(fā)開始投建構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，什么又是構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，為什么要建設(shè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀如何，本文將逐一解答。
什么是構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)，即構(gòu)建電網(wǎng)的儲(chǔ)能技術(shù)。
電網(wǎng)之所以需要構(gòu)建，是因?yàn)槠浞€(wěn)定性不足。尤其是首先提出配建構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能的西藏和新疆地區(qū)，都屬于弱電網(wǎng)地區(qū)。其中西藏電源結(jié)構(gòu)以光伏和水力發(fā)電為主，豐水期和枯水期、晴天和陰天可上網(wǎng)電量差距大。在負(fù)荷端用電穩(wěn)定的情況下，用發(fā)不平衡是導(dǎo)致電網(wǎng)波動(dòng)的重大因素。而在新能源比例越高的地區(qū)，發(fā)電量愈加不穩(wěn)定。
電網(wǎng)作為輸配端的目的就在于用發(fā)平衡，這也是其維持穩(wěn)定必要。為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定，當(dāng)前實(shí)行的措施主要有：
配建儲(chǔ)能：適當(dāng)平抑新能源發(fā)電波動(dòng)，使得上網(wǎng)電量曲線更加平緩。
發(fā)電側(cè)考核：包括預(yù)測(cè)考核，各電站對(duì)于發(fā)電量進(jìn)行提前預(yù)測(cè)（前一天上報(bào)第二天的發(fā)電量），預(yù)測(cè)與實(shí)際偏差大的會(huì)在月度考核中得分。（考核沒問題為0分，有問題獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)）；以及AGC性能考核，助力電站提高發(fā)電控制靈敏度。
輔助服務(wù)：對(duì)于調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)進(jìn)行補(bǔ)貼。
但是目前來看，對(duì)于部分局域電網(wǎng)來講，這些措施還稍顯不足。固然現(xiàn)在的火電靈活性改造和AGC死區(qū)考核能進(jìn)一步推進(jìn)調(diào)節(jié)機(jī)組的靈敏性，但除了量上的平衡外，反應(yīng)速度也至關(guān)重要。
“雙高”促使構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能發(fā)展
一方面未來新型電力系統(tǒng)無法大量依靠穩(wěn)定的火電進(jìn)行調(diào)節(jié)，另一方面新能源上網(wǎng)帶動(dòng)了大量電子電子設(shè)備接入電網(wǎng)。與具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的傳統(tǒng)能源不同，電力電子設(shè)備是單純的開關(guān)，而且是反應(yīng)靈敏的開關(guān)，不具有慣性。（雙高：高比例新能源帶動(dòng)電力電子設(shè)備大量接入電力系統(tǒng)，高比例電力電子設(shè)備可能引發(fā)寬頻振蕩）
舉個(gè)例子幫助理解，傳統(tǒng)能源和新能源兩個(gè)人一起賽跑，發(fā)令槍一響，兩人一起動(dòng)身。新能源都跑出去50米了，傳統(tǒng)能源還在加速。跑到終點(diǎn)沖線，新能源沖過線就停了，傳統(tǒng)能源接著跑出去50米才站住了腳。物理比較好的同學(xué)第一反應(yīng)可能是新能源的加速度更大，是的，同樣的外力下，加速度大慣性更小。
但加速度大，或者說反應(yīng)快并不一直是一件好事。電網(wǎng)的需求是多種多樣的，有時(shí)候需要發(fā)電側(cè)或調(diào)節(jié)機(jī)組快速反應(yīng)，有時(shí)候則需要其緩慢出力。
比如某省電網(wǎng)，A市光資源非常好，正值中午太陽(yáng)高照，光電大發(fā)的時(shí)候，突然來了一些片云，發(fā)電量減小了。而因?yàn)樘鞖忸A(yù)測(cè)的不精確，光伏電站B未預(yù)料到這個(gè)時(shí)段光伏發(fā)電突然不足，按照滿發(fā)上報(bào)的發(fā)電量，必須提供給電網(wǎng)足夠的電量，如果不能補(bǔ)足，則會(huì)影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。此時(shí)則需要上儲(chǔ)能等調(diào)節(jié)設(shè)備，將發(fā)電量剛好補(bǔ)足。若光伏發(fā)電降的慢，則電網(wǎng)缺電缺的慢，那么儲(chǔ)能就需慢慢補(bǔ)足，若突然一下子烏云密布，無一絲陽(yáng)光，那么儲(chǔ)能就需立即支撐起全部發(fā)電。儲(chǔ)能上量的速度即取決于烏云移動(dòng)的速度。
說白了，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能即需要精細(xì)化平抑波動(dòng)。此消彼長(zhǎng)，此緩消，彼緩漲；此快消，彼快漲。以維持整體的平穩(wěn)。
虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)為儲(chǔ)能賦予“慣性”
那為什么說構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)核心在于PCS技術(shù)呢？盛弘股份儲(chǔ)能國(guó)內(nèi)產(chǎn)品線銷售總監(jiān)馬倫勝在接受采訪時(shí)舉了這樣一個(gè)例子：儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池就相當(dāng)于水池，而PCS就相當(dāng)于水管，在水池蓄水量一定的情況下，水管的粗細(xì)決定了放水量的快慢和大小。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)采用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，通過模擬發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼特性，給水管增加了“慣性”，這樣在控制水流大小的時(shí)候可快可慢，并且通過1.2倍的水管標(biāo)稱容量設(shè)定，還可以承受過載。
開頭提到，新疆在2023年獨(dú)立儲(chǔ)能建設(shè)方案中表示要積極探索建設(shè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能比例原則上不低于年度獨(dú)立新型儲(chǔ)能規(guī)模的20%。
此方案還對(duì)構(gòu)網(wǎng)型新型儲(chǔ)能提出了明確的并網(wǎng)技術(shù)要求。其中有這樣一條：構(gòu)網(wǎng)型電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)交流側(cè)電流在110%額定電流下應(yīng)能長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行；在120%額定電流下，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間應(yīng)不少于2min；且具備300%額定電流10秒短時(shí)過載能力。
我們都知道，功率=電壓*電流，在電壓一定的情況下，電流與功率成正比。上條要求即表示，PCS的功率，即水管的大小，需要是標(biāo)稱量的1.1倍（110%額定電流）、1.2倍（120%額定電流）、3倍（300%額定電流）。但是，要知道，水管的大小固定的！或者說最大容量是固定的，我們可以捏住頭部，縮小出水管直徑，卻沒辦法放大。
為了達(dá)到此條要求，需要在儲(chǔ)能系統(tǒng)集成之初，選擇3倍容量的PCS，平時(shí)只使用1/3，捏住2/3，待有需求時(shí)再進(jìn)行放大。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)將增加一定成本，馬倫勝表示：“核心技術(shù)主要在于算法以及仿真模型，屬于技術(shù)軟實(shí)力”。同時(shí)，為提高慣量支撐能力，地方電網(wǎng)要求3倍過載，對(duì)于硬件成本又是實(shí)打?qū)嵉脑黾印?
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能是否有必要上
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能確實(shí)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定能起到很大的作用，尤其在后續(xù)大規(guī)模上網(wǎng)之后，都帶“慣性”和都“沒有慣性”差別非常大。但應(yīng)用時(shí)需要因地制宜，并不是所有地區(qū)都需要費(fèi)力。整個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)是由一張張小網(wǎng)組成了，每個(gè)小網(wǎng)都穩(wěn)定了，大電網(wǎng)也會(huì)穩(wěn)定。即在電網(wǎng)弱小的地區(qū)配建以維持其穩(wěn)定即可，筆者也不認(rèn)為構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能會(huì)成為全國(guó)的大范圍趨勢(shì)。
近日，遼寧省開展了新型儲(chǔ)能第一批示范項(xiàng)目。針對(duì)新能源發(fā)電低抗擾、低慣量、弱阻尼等特性，導(dǎo)致多場(chǎng)站短路比較低、電壓支撐能力不足、供電可靠性較低的地區(qū)， 布局具有電壓源特性、構(gòu)網(wǎng)型的儲(chǔ)能項(xiàng)目，提升地區(qū)安全支撐能力。
目前盛弘電氣也已在南網(wǎng)某水電站、供電局片區(qū)等地穩(wěn)定性要求較高的地點(diǎn)支持許多構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀
目前構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)仍屬于前沿技術(shù)，僅有少數(shù)國(guó)家掌握，包括美國(guó)、澳大利亞及中國(guó)等，大多還處于儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與示范項(xiàng)目階段。
其中澳大利亞在構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目上大舉布局，近幾年給予了大量的財(cái)政支持。2022年澳大利亞各地從54個(gè)項(xiàng)目中選中8個(gè)大型構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，給予價(jià)值1.76億澳元（1.1807億美元）的資金支持。在此之前ARENA用8100萬澳元支持的8個(gè)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目中，有5個(gè)構(gòu)網(wǎng)型項(xiàng)目，其中150MW/194MWh的 Hornsdale 電池儲(chǔ)能項(xiàng)目是迄今為止最大的項(xiàng)目。
ARENA首席執(zhí)行官達(dá)倫·米勒（Darren Miller）曾表示，大型并網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目的逆變器技術(shù)，可以在不需要煤炭和天然氣發(fā)電機(jī)的情況下保持電網(wǎng)穩(wěn)定。
國(guó)外研究此技術(shù)的主要企業(yè)包括德國(guó)SMA、美國(guó)特斯拉、日立ABB以及芬蘭科技公司瓦錫蘭等。
我國(guó)包括華為數(shù)字能源、遠(yuǎn)景能源、陽(yáng)光電源、海博思創(chuàng)、科華數(shù)能、盛弘電氣、科陸電子、新源智儲(chǔ)、索英電氣、南瑞繼保、西電電力電子在內(nèi)的多家企業(yè)已經(jīng)掌握了此技術(shù)或擁有了技術(shù)儲(chǔ)備。
全球首個(gè)GW級(jí)光儲(chǔ)構(gòu)網(wǎng)型項(xiàng)目——沙特紅海新城1.3GWh微網(wǎng)項(xiàng)目即由華為數(shù)字能源提供技術(shù)支持。2022年10月初，首批設(shè)備發(fā)貨，2022年12月初首箱開始安裝，截至2023年1月份已經(jīng)完成400MWh。
項(xiàng)目上，我國(guó)也已經(jīng)有兩座大型構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)，多個(gè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目招標(biāo)。
2022年12月31日，國(guó)內(nèi)首座大型構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站——湖北荊門新港儲(chǔ)能電站一期并網(wǎng)運(yùn)行。項(xiàng)目總規(guī)模50MW/100MWh，其中一期投產(chǎn)12.6MW/26.8MWh。項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位為湖北正源電力集團(tuán)設(shè)計(jì)分公司。
2023年6月27日，由中國(guó)華能自主研發(fā)的100MW/200MWh分散控制構(gòu)網(wǎng)型獨(dú)立儲(chǔ)能電站在山東萊蕪電廠實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)。
7月14日，國(guó)投在西藏的兩個(gè)招標(biāo)項(xiàng)目明確表示，儲(chǔ)能系統(tǒng)需具備構(gòu)網(wǎng)型功能要求。分別為國(guó)投仁布縣普松100MW光伏配套儲(chǔ)能20MW/80MWh項(xiàng)目、國(guó)投尼瑪縣塘魯50MW光伏配套儲(chǔ)能項(xiàng)目。
誠(chéng)然隨著發(fā)電、用電數(shù)據(jù)的日益積累，以及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，發(fā)電仿真模型會(huì)更加準(zhǔn)確，何時(shí)哪個(gè)電廠發(fā)多少電，何時(shí)哪個(gè)片區(qū)用多少電都可以預(yù)測(cè)的越來越精準(zhǔn)，電網(wǎng)會(huì)在數(shù)字技術(shù)的助力下逐漸走向強(qiáng)大和穩(wěn)定。但我們現(xiàn)在還處于新型電力系統(tǒng)的加速轉(zhuǎn)型期，技術(shù)、政策、市場(chǎng)等多方面都有待完善，而電網(wǎng)作為用電的保障時(shí)時(shí)刻刻都需要保持穩(wěn)定，此時(shí)則需要多方力量的共同加持。
開頭提到電網(wǎng)將配儲(chǔ)“擺脫”給發(fā)電側(cè)，此時(shí)又需要儲(chǔ)能進(jìn)一步升級(jí)改造以維持自身穩(wěn)定，未免顯得過于“自私”，但是站在電網(wǎng)的角度，維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是其最重要的目的，給千家萬戶提供可靠的電力、保障制造業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行以提升國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力是其當(dāng)仁不讓的使命。新能源大量上網(wǎng)已經(jīng)使得多批電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，源側(cè)帶來的問題還需源側(cè)解決。
現(xiàn)下，GB/T34120、GB/T36547等多個(gè)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對(duì)并網(wǎng)技術(shù)提出要求。明確電壓故障穿越期間的無功響應(yīng)時(shí)間為30ms。并網(wǎng)點(diǎn)電壓因短路等導(dǎo)致跌落、大負(fù)荷擾動(dòng)導(dǎo)致過壓時(shí)，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)保持并網(wǎng)，并向電網(wǎng)提供無功功率支持電網(wǎng)恢復(fù)，“穿越”故障區(qū)域。構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)正在成為未來新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要保障。
對(duì)于設(shè)備商來說，為業(yè)主方解決問題、實(shí)現(xiàn)價(jià)值能帶來自身收益，能滿足電網(wǎng)需求的才能在新能源行業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展，但這還需要多方的調(diào)和以及共同努力。
