現(xiàn)在電網(wǎng)非常大，但頻率波動(dòng)事件仍然經(jīng)常出現(xiàn)。新能源占比提高以后，如果新能源機(jī)組不能調(diào)頻的話(huà)，系統(tǒng)頻率會(huì)逐步惡化的。如果新能源不能調(diào)頻占比20%以后，這個(gè)惡化很厲害的，最低頻率基本下降3倍。如果新能源也能調(diào)頻的話(huà)，基本跟常規(guī)的火電也差不多。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)，我們覺(jué)得要配置儲(chǔ)能是最好的方式，雖然配置儲(chǔ)能會(huì)增加風(fēng)電廠的投資，估算下來(lái)大約是3%的水平。如果不配置儲(chǔ)能，每年棄風(fēng)電量的損失在20%左右。
為更好地推動(dòng)我國(guó)能源高質(zhì)量發(fā)展，中國(guó)能源研究會(huì)在北京國(guó)際會(huì)議中心召開(kāi)以“中國(guó)能源高質(zhì)量發(fā)展”為主題的年會(huì)。其中中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)于8日下午舉辦此次年會(huì)的分論壇，主題為“儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新與熱點(diǎn)市場(chǎng)實(shí)踐交流”。會(huì)上，冀北電科院新能源所所長(zhǎng)劉輝作“電源側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用實(shí)踐與關(guān)鍵技術(shù)”主題報(bào)告，以下為報(bào)告全文。
劉輝：各位專(zhuān)家、各位嘉賓大家下午好!
新能源的發(fā)展形勢(shì)是新能源側(cè)要裝儲(chǔ)能的背景，最近幾年新能源的風(fēng)電和光伏裝機(jī)都是世界第一位，基本比第二名兩倍還要多，馬上三倍了。其中有幾個(gè)省新能源的裝機(jī)占比超過(guò)40%，因?yàn)槲襾?lái)自于冀北，冀北有一個(gè)特點(diǎn)新能源裝機(jī)占比是第一個(gè)超過(guò)50%的省級(jí)電力公司。2015年的時(shí)候國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了張家口的可再生能源的示范基地建設(shè)，冀北的新能源發(fā)展后勁還是很足的。新能源發(fā)展以后面臨的挑戰(zhàn)，間歇性和波動(dòng)性的問(wèn)題。右邊的圖是很著名的鴨子曲線，它說(shuō)明的是光伏裝機(jī)比例高了以后，電網(wǎng)的調(diào)節(jié)難度壓力變大，等效的電谷差加大。
間歇性和波動(dòng)性的問(wèn)題是新能源發(fā)展存在的老問(wèn)題，是近十年行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。慣量和一次調(diào)頻能力缺失是最近兩三年學(xué)術(shù)和工程界熱門(mén)的問(wèn)題，虛擬同步機(jī)的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。我這里澄清一個(gè)觀點(diǎn)，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物理上存在的，但沒(méi)有與電網(wǎng)耦合起來(lái)，所以從電網(wǎng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是缺失的，不像火電一樣，是與電網(wǎng)剛性聯(lián)系起來(lái)的。風(fēng)電沒(méi)有把風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率關(guān)聯(lián)起來(lái)。
現(xiàn)在電網(wǎng)非常大，但頻率波動(dòng)事件仍然經(jīng)常出現(xiàn)。新能源占比提高以后，如果新能源機(jī)組不能調(diào)頻的話(huà)，系統(tǒng)頻率會(huì)逐步惡化的。如果新能源不能調(diào)頻占比20%以后，這個(gè)惡化很厲害的，最低頻率基本下降3倍。如果新能源也能調(diào)頻的話(huà)，基本跟常規(guī)的火電也差不多。
在這種情況下，依托于張北的風(fēng)光儲(chǔ)示范工程做了一個(gè)些有效的實(shí)踐，2009年國(guó)家電網(wǎng)準(zhǔn)備在在張北建一個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電示范工程。一期設(shè)計(jì)考慮新能源波動(dòng)和間歇性的問(wèn)題的問(wèn)題，那個(gè)時(shí)候還沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐和一次調(diào)頻的問(wèn)題。工程一期在2011年底投產(chǎn)，二期工程陸陸續(xù)續(xù)分別在2012年和2013年投產(chǎn)。風(fēng)電現(xiàn)在規(guī)模是50萬(wàn)的風(fēng)電廠，光伏是10萬(wàn)的電站，儲(chǔ)能目前上的一期儲(chǔ)能為主，大概2萬(wàn)多MW水平。
風(fēng)光儲(chǔ)建成投運(yùn)以后，破解新能源并網(wǎng)的難題上做了很多有效的探索。特別是在大規(guī)模儲(chǔ)能集成上面，這是國(guó)內(nèi)比較早的工程，剛才各位專(zhuān)家匯報(bào)的江蘇的，包括火電廠的調(diào)頻，底層集成的技術(shù)應(yīng)該很類(lèi)似。這個(gè)工程比較早，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)主流的鋰電池廠家的產(chǎn)品在風(fēng)光儲(chǔ)都有應(yīng)用，從這樣來(lái)講，也是示范工程的重要貢獻(xiàn)。
張北工程是個(gè)示范工程，經(jīng)濟(jì)效益不是追求的第一位，在這個(gè)里面也示范了很多類(lèi)型的技術(shù)，光伏示范了五種類(lèi)型，基本世界上有的技術(shù)它都有。
風(fēng)電主要以大容量風(fēng)電為主，最大的風(fēng)機(jī)是5MW。
今天主要給大家說(shuō)儲(chǔ)能的事，儲(chǔ)能總的功率大概2萬(wàn)多，以鋰電池為主，鋰電池是14MW/63MWh。鉛酸電池是12MWh，鈦酸鋰電池是1MW/0.5MWh，液流電池2MW/8MWh，超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)1MW。這個(gè)工程建設(shè)過(guò)程中，從前期的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，今天在坐的來(lái)小康所長(zhǎng)發(fā)揮了重要作用。
從系統(tǒng)層面來(lái)看，風(fēng)光儲(chǔ)跟一般的光伏能源不一樣，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合儲(chǔ)存的問(wèn)題，控制上來(lái)講研制出風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)。功能上，實(shí)現(xiàn)了平滑出力、削峰填谷、跟蹤計(jì)劃。我們對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)的電池經(jīng)常做試驗(yàn)，投運(yùn)是2011年，到現(xiàn)在接近五六年時(shí)間，在去年10月份跟它的鋰電池產(chǎn)品都做了試驗(yàn)。能量保持率大概在90%的水平，轉(zhuǎn)化效率大家的定義方式有很多，我們這個(gè)是交流進(jìn)交流出的效率，大概在90%左右的水平。
鉛酸電池做的試驗(yàn)大概是70%多，液流大概是55%。
最后一部分我給大家匯報(bào)的重點(diǎn)，去年在風(fēng)光儲(chǔ)做的虛擬同步機(jī)的工程，這個(gè)工程在整個(gè)去年年底投運(yùn)。剛才許繼介紹，許繼也參與項(xiàng)目還有一個(gè)公司，產(chǎn)品也主要是這兩個(gè)廠家提供的。我們?cè)诠夥?、風(fēng)電都做了嘗試。今天給大家匯報(bào)的是光伏+分布式儲(chǔ)能，還有集中的電站的虛擬同步機(jī)。
系統(tǒng)頻率之所以穩(wěn)定，主要是由于火電機(jī)組的調(diào)頻能力。如果新能源機(jī)組不具備這個(gè)調(diào)頻能力，它的波動(dòng)也是比較大的。我們做了很多嘗試，也做了各種各樣的調(diào)整，一天24小時(shí)以?xún)?nèi)，如果和火電設(shè)備一樣，基本動(dòng)的頻次很高幾百次。新能源的調(diào)頻從另外一個(gè)層面是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，我個(gè)人認(rèn)為它也是有必要的。整個(gè)逆變器的容量500千瓦，電池的配置是10%，是50千瓦，選了兩種電池，一種是鋰電池，還有一種是超級(jí)電容。
這是實(shí)際運(yùn)行的情況。虛擬同步機(jī)功能改造完以后，對(duì)新能源機(jī)組的發(fā)電量沒(méi)有什么影響。光伏沒(méi)有完全改，剩下的儲(chǔ)能都是用集中式儲(chǔ)能解決調(diào)頻問(wèn)題。
這是鋰電池和超級(jí)電容的對(duì)比，鋰電池在響應(yīng)時(shí)間不如超級(jí)電容。但在其他方面，支撐時(shí)間、調(diào)頻備用都比超級(jí)電容要好。二者的投資造價(jià)差不多，我們從系統(tǒng)的角度來(lái)看，更希望一是調(diào)頻的支撐時(shí)間長(zhǎng)一些，我們知道火電機(jī)組現(xiàn)在的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻銜接，要想銜接上需要2分鐘。如果支撐15s的話(huà)，頻率下來(lái)怎么辦?。這是我們做的兩個(gè)集中式的儲(chǔ)能，有一些光伏發(fā)電站沒(méi)有做虛擬機(jī)的改造，沒(méi)有改造的部分，做了兩臺(tái)5兆瓦的集中式，它的功能比較豐富，除了常規(guī)做二次調(diào)頻功能以外，主要有一次調(diào)頻、慣量支撐的功能、調(diào)壓的功能、振蕩抑制功能、黑啟動(dòng)功能。
配置兩臺(tái)5MV集中式儲(chǔ)能，它是10MW，對(duì)應(yīng)的電源的容量應(yīng)該是100MW水平。虛擬同步機(jī)解決了一些集成控制問(wèn)題，采用總控和模塊分層控制結(jié)構(gòu)，主要防止功率單元并聯(lián)引起環(huán)流和振蕩的問(wèn)題。這幅圖是黑啟動(dòng)試驗(yàn)波形，整個(gè)儲(chǔ)能黑啟動(dòng)0起升壓，從0到50伏的過(guò)程，把這兒放大，這個(gè)過(guò)程需要1s鐘時(shí)間電壓就起來(lái)。
對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)，我們覺(jué)得要配置儲(chǔ)能是最好的方式，雖然配置儲(chǔ)能會(huì)增加風(fēng)電廠的投資，估算下來(lái)大約是3%的水平。如果不配置儲(chǔ)能，每年棄風(fēng)電量的損失在20%左右，我們做過(guò)統(tǒng)計(jì)分析。今天由于時(shí)間分析，就給大家匯報(bào)分享這么多，謝謝大家!
