中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)傳統(tǒng)發(fā)電廠不再，電網(wǎng)如何維持穩(wěn)定？這是目前電網(wǎng)穩(wěn)定及能源安全專家們當(dāng)下正在研究的問題。迄今為止，確保電網(wǎng)系統(tǒng)及其頻率穩(wěn)定的主力仍是熱電廠的傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)。但業(yè)界已經(jīng)有公司提出了將所謂的構(gòu)網(wǎng)型逆變器與儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合的可再生能源方案。
在今年歐洲的Intersolar展會(huì)，SMA總部電網(wǎng)服務(wù)產(chǎn)品經(jīng)理 Daniel Duckwitz與行業(yè)解決方案主管Hariram Prabhakaran一起接受了主辦方采訪，共同探討了構(gòu)網(wǎng)型電站如何工作、歐洲市場前景，以及利用該技術(shù)是否可以實(shí)現(xiàn)全天候可再生能源供應(yīng)。
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“構(gòu)網(wǎng)型逆變器（Grid-forming Inverters）”是目前太陽能光伏行業(yè)的熱議詞匯。您是否可以為我們解釋這一概念以及這款逆變器與常規(guī)逆變器的區(qū)別？
H. Prabhakaran: 首先，介紹一下背景情況——如果我們想成功掌握能源轉(zhuǎn)型并脫離傳統(tǒng)發(fā)電廠，需要做到三點(diǎn)：一，我們需要更多的可再生能源。二，也是最重要的一點(diǎn)，需要更多的儲(chǔ)能系統(tǒng)。三，需要維持電網(wǎng)穩(wěn)定。只有具備以上條件，我們才能成功過渡到100%可再生能源。
SMA已利用構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)為德國小鎮(zhèn)博德斯霍姆打造了一套系統(tǒng)，并以此證明了：a）僅利用可再生能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)是可以運(yùn)行電網(wǎng)的；b）該電網(wǎng)可以保持穩(wěn)定。構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)是能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。
博德斯霍姆鎮(zhèn) - 10MW儲(chǔ)能電站項(xiàng)目
D. Duckwitz: 實(shí)際上，這種逆變器并不是賽道的起點(diǎn)，而是能源系統(tǒng)實(shí)際上必須滿足的要求。構(gòu)網(wǎng)型逆變器可以穩(wěn)定電網(wǎng)，從本質(zhì)上說，它 "構(gòu)成"了這個(gè)能源系統(tǒng)，這意味著僅由基于可再生能源及構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的逆變器所構(gòu)成的電網(wǎng)也能運(yùn)行。這就是我們稱之為 "構(gòu)網(wǎng)"的原因。常規(guī)光伏逆變器的標(biāo)準(zhǔn)并非如此，僅由一般逆變器和光伏發(fā)電組成的電網(wǎng)無法獨(dú)立運(yùn)行。未來，電網(wǎng)將由可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)建。
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電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要素有哪些？
D. Duckwitz: 首先，電壓和頻率的穩(wěn)定性至關(guān)重要。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，電壓和頻率必須始終能夠恢復(fù)和穩(wěn)定。其次是電網(wǎng)恢復(fù)，即在極少數(shù)情況下極端事件發(fā)生后電網(wǎng)重新啟動(dòng)的能力。
到目前為止，這些要素都來自于傳統(tǒng)發(fā)電廠，但這些發(fā)電廠大部分都將在未來消失，所以有必要將重點(diǎn)放在構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)上。具體來講，這樣逆變器可作為電壓源進(jìn)行控制，其系統(tǒng)慣性穩(wěn)定了電壓和頻率，類似于傳統(tǒng)發(fā)電廠的飛輪質(zhì)量。
然后是黑啟動(dòng)（“Black Start”）能力。帶有構(gòu)網(wǎng)型逆變器的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以自行啟動(dòng)，并以此作為電網(wǎng)恢復(fù)的啟動(dòng)裝置，使其成為第一個(gè)提供電壓的系統(tǒng)，使得電網(wǎng)由此進(jìn)行恢復(fù)。
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對(duì)于構(gòu)網(wǎng)型逆變器的電力電子而言，SMA現(xiàn)在處于什么階段？目前正在開發(fā)的構(gòu)網(wǎng)型逆變器會(huì)有哪些技術(shù)特性，例如更大的過載能力？
D. Duckwitz：當(dāng)系統(tǒng)存在慣性時(shí)，過載能力可以快速的提供額外功率，因此很重要。除此之外，構(gòu)網(wǎng)功能將由新的控制系統(tǒng)構(gòu)成，比方說新的逆變器軟件，這使得我們一方面實(shí)現(xiàn)了構(gòu)網(wǎng)，同時(shí)也可全面支持之前的普通系統(tǒng)功能。
電池可以成為儲(chǔ)能系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)早晚能量的峰谷調(diào)節(jié)，也能隨時(shí)用于額外的電力峰值時(shí)段，以維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。這種調(diào)節(jié)、系統(tǒng)，實(shí)際上是新的東西。即使逆變器本身，也就是硬件，雖然看起來相同或非常相似，但它的功能大大增強(qiáng)，可以在沒有傳統(tǒng)發(fā)電廠的情況下實(shí)現(xiàn)完全的系統(tǒng)運(yùn)行。
我們所做的基本上是重新開發(fā)整個(gè)軟件，即整個(gè)控制系統(tǒng)。我們不僅要去遵守每個(gè)市場在穩(wěn)定性、構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)等方面推陳出新的標(biāo)準(zhǔn)，也要符合此前的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果就是，我們的產(chǎn)品在硬件方面看起來可能與以前相同，但在運(yùn)行和功能方面卻有很大不同。比如，在運(yùn)行過程中，預(yù)定義的輸出不再是簡單地饋入，而是根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定性在必要時(shí)立即偏移。
如果電網(wǎng)一旦有其他需求，系統(tǒng)就必須偏離設(shè)定點(diǎn)。這是非常精妙且重要的，因?yàn)樗男袨榭赡芘c我們之前的預(yù)期略有不同。雖然這可能只是一瞬間的事情，但在整個(gè)運(yùn)行控制中必須考慮到這一點(diǎn)。
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構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可運(yùn)用于哪些部署來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定？以及這些部署有何不同？
D. Duckwitz：我們目前只考慮大型電站，即輸出功率從10ＭＷ左右到GW不等，因此當(dāng)前暫時(shí)排除了較小的儲(chǔ)能設(shè)備。該技術(shù)尚屬新興技術(shù)，更容易通過大型電站啟動(dòng)，且這樣的大型電站已經(jīng)可以為電網(wǎng)的穩(wěn)定性做出重大貢獻(xiàn)。
當(dāng)前，在高壓及超高壓范圍內(nèi)，通過大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來為電網(wǎng)提供維持穩(wěn)定性的服務(wù)已經(jīng)可行，儲(chǔ)能系統(tǒng)能穩(wěn)定頻率。如果沒有儲(chǔ)能系統(tǒng)，光伏就無法做到全天候可控，因?yàn)橹挥泄庹詹庞邪l(fā)電。這也是我們目前首先注重大型電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的原因。我們預(yù)計(jì)配備有儲(chǔ)能系統(tǒng)的大型光儲(chǔ)混合電站也將很快跟進(jìn)。
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在已經(jīng)使用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）和構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的新市場中，目前有哪些商業(yè)模式？
D. Duckwitz：首先，有電網(wǎng)穩(wěn)定性服務(wù)，比如新電網(wǎng)服務(wù)，特別是在針對(duì)電力系統(tǒng)慣性、短路輸出等方面。英國在這一領(lǐng)域領(lǐng)先。兩年前，英國發(fā)布了首批大型招標(biāo)邀請(qǐng)，電池項(xiàng)目也可以參與其中。在不同的新技術(shù)中，只有電池儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得了補(bǔ)貼。這使得英國，尤其是蘇格蘭，成為 SMA 參與的項(xiàng)目目前正在實(shí)施的首個(gè)市場，今年第一批創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目也將在這里啟動(dòng)。
歐盟也正在基于新的“非頻率輔助服務(wù)”建立類似的市場，這些服務(wù)目前正在全國范圍內(nèi)實(shí)施。在德國，相關(guān)的市場設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)將于今年被采納，這意味著德國有望成為歐洲大陸第一個(gè)電力系統(tǒng)慣性市場。此外還有其他市場，比如澳大利亞。那里也有電力系統(tǒng)慣性招標(biāo)，盡管通常是區(qū)域性的。
此外還存在著一種將構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)連接至電網(wǎng)的方案。也就是弱電網(wǎng)——即輸電能力不足的電網(wǎng)，但仍希望在這些電網(wǎng)建設(shè)可再生能源電站。其中一個(gè)例子是澳大利亞沙漠中遠(yuǎn)離消費(fèi)中心的地區(qū)，你必須仔細(xì)考慮到底要在那里建設(shè)多少條輸電線，但另一方面，該地區(qū)很容易被用于光伏系統(tǒng)。
因此，許多光伏電站正在建設(shè)中，但挑戰(zhàn)在于那里是否有電網(wǎng)能夠接入。構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以做到兩點(diǎn)：第一，提高當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的穩(wěn)定性，即保持穩(wěn)定電壓；第二，還可以實(shí)現(xiàn)晚間電力傳輸。從項(xiàng)目開發(fā)商的視角來看，這一切都是為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)嘏c電網(wǎng)的有效連接。
不僅在澳大利亞如此，未來在歐洲，電網(wǎng)的高利用率也將是常態(tài)；電網(wǎng)的擴(kuò)建可能是一個(gè)漫長的、長達(dá)數(shù)十年的過程；并且必須與利用率高的弱電網(wǎng)配合使用。大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將解決德國市場面臨的兩大難題——即穩(wěn)定和緩解電網(wǎng)壓力。
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您認(rèn)為英國等已啟動(dòng)首批項(xiàng)目的國家面臨哪些困難?
D. Duckwitz：目前面臨挑戰(zhàn)是，一方面，我們正制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但另一方面，我們又想快速開展工作。所有參與人員都認(rèn)識(shí)到電網(wǎng)穩(wěn)定的重要性。換句話說，我們希望快速行動(dòng)，并在過程中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)榇罅宽?xiàng)目等待開展。而平衡新的要求、建立標(biāo)準(zhǔn)和速度是不容易的。
H. Prabhakaran：有些國家還沒有記錄相關(guān)要求，這對(duì)系統(tǒng)而言是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。他們確實(shí)有標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過時(shí)，最初發(fā)布時(shí)并未考慮構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)。如何激勵(lì)項(xiàng)目開發(fā)商，也需要思考。
在 SMA，技術(shù)使我們能夠提供電力系統(tǒng)慣性，同時(shí)也意味著額外的成本，對(duì)于我們的客戶、項(xiàng)目開發(fā)商也是如此。合適的商業(yè)模式和投資環(huán)境才能讓這項(xiàng)技術(shù)營利，這在英國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。
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與同步發(fā)電機(jī)相比，使用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)＋構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)提供電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？
D. Duckwitz：電池是一個(gè)非常高效的系統(tǒng)，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)解決兩大問題：儲(chǔ)存能量以將可再生能源轉(zhuǎn)移給負(fù)載，并且穩(wěn)定系統(tǒng)。因此，只要能夠建造足夠多的此類系統(tǒng)，我就可以通過一個(gè)系統(tǒng)解決這兩個(gè)問題。這與市場設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。那么，能源市場本身是否接受，建造電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、將儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移至晚間，是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的？
一方面，是的，另一方面，穩(wěn)定性服務(wù)是否得到了相應(yīng)的報(bào)酬？如果是，那么電池顯然是最好的、最具成本效益的技術(shù)，而且它也非常靈活。各個(gè)功能也可以在不同時(shí)間有不同的安排，這樣某些功能只能在需要時(shí)才打開，并且在能源交易和穩(wěn)定功能之間具有不同的權(quán)重。
如果我們將其與同步電機(jī)進(jìn)行比較——它建成后就結(jié)束了，不會(huì)對(duì)任何事情產(chǎn)生影響。如果不再建造傳統(tǒng)的燃料發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)只能用作獨(dú)立機(jī)器，即調(diào)相機(jī)。這意味著它也可以穩(wěn)定電網(wǎng)，但不能做任何其他事情，而且這樣做太貴了。
英國也有這種情況——同步電機(jī)也在英國中標(biāo)，但用于電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)，其價(jià)格是電池系統(tǒng)的好幾倍。換句話說，從經(jīng)濟(jì)角度來看，依賴同步電機(jī)的成本要高得多。
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未來火電發(fā)電廠的同步發(fā)電機(jī)能被徹底替代嗎？
D. Duckwitz：是的。在一年中的某些時(shí)段，可再生能源已經(jīng)能夠100%滿足電力需求，但我們?nèi)匀徊辉敢庠谶@些時(shí)段完全關(guān)閉傳統(tǒng)發(fā)電廠。一旦電網(wǎng)中有足夠的構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能，就可以完全關(guān)閉傳統(tǒng)電廠。
H. Prabhakaran：這取決于我們有多少儲(chǔ)能容量。例如，如果我們的構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可以提供 24 小時(shí)的存儲(chǔ)容量，那么理論上我們可以替代所有旋轉(zhuǎn)機(jī)組。但當(dāng)然，并非所有同步發(fā)電機(jī)都能夠在短期內(nèi)被取代。這需要幾十年的時(shí)間。
未來幾十年，仍需要不時(shí)使用可再生燃料的傳統(tǒng)發(fā)電廠。問題是，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和氫能發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)點(diǎn)在哪里？氫能的低效率和高成本表明，更高比例的電池儲(chǔ)能才是最優(yōu)解。
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電池儲(chǔ)能系統(tǒng)+構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)為項(xiàng)目開發(fā)商和運(yùn)營商帶來哪些新的商業(yè)潛力？
D. Duckwitz：首先，電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)有招標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定服務(wù)合同的合約期較長，例如五到十年。這對(duì)雙方都有吸引力——項(xiàng)目開發(fā)商的投資有保障，而且可以以低成本為公共電網(wǎng)保證穩(wěn)定。其次是應(yīng)對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)張延遲的問題。從項(xiàng)目開發(fā)商的角度來看，可以通過加強(qiáng)本地電網(wǎng)來利用電網(wǎng)連接。
從公眾的角度來看，這為市場帶來了額外的低成本能源。此外，電池還可用于重建電網(wǎng)——這也是一項(xiàng)有償?shù)南到y(tǒng)服務(wù)。從運(yùn)營商的角度來看，這其中涉及了三個(gè)不同的領(lǐng)域——能源交易、穩(wěn)定性和電網(wǎng)重構(gòu)。
