中國儲能網(wǎng)訊：3月21日，“2018首屆全國儲能技術在電力調(diào)頻輔助服務市場中應用高層研討會”在太原理工大學成功召開。
本次研討會由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會、太原理工大學、深圳市科陸電子科技股份有限公司、廣東猛獅新能源科技股份有限公司、浙江南都電源動力股份有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司、浙江超威電力有限公司、成都特隆美儲能技術有限公司、山東圣陽電源股份有限公司、陽光電源股份有限公司主辦，中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司、北控智慧能源投資有限公司、中天儲能科技有限公司、深圳市雄韜電源科技股份有限公司、北京睿能世紀科技有限公司、北京國能伏安節(jié)能科技有限公司、烯晶碳能電子科技無錫有限公司、萬匯通能源科技有限公司、美國麥克斯威科技有限公司支持，中國儲能網(wǎng)承辦。
在會議上，甘肅省電力公司風電技術中心主任汪寧勃發(fā)表了題為《高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)頻技術的需求》的主題演講，全文內(nèi)容如下：
汪寧勃：前面的各位專家都是從電池本身的角度來介紹儲能技術的發(fā)展及其關鍵技術的發(fā)展。我今天跟大家分享的是高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)頻技術的需求。在說這個話題之前，我想簡單介紹一下背景。
隨著可再生能源技術的不斷進步和超常規(guī)快速發(fā)展，引發(fā)了一系列新的變化，其中從各種各樣不同的角度表現(xiàn)出不同的特性。但是最終有幾個特性是離不開的，也就是說，隨著可再生能源比例的增加，我們的電力系統(tǒng)逐步向可再生能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，而可再生能源電力系統(tǒng)的最主要的特征之一，尤其是風、光、電這種不可控的可再生能源的大量接入以后，導致原端完全可控或者絕大部分可控變成了不可控，而這種不可控導致一系列的變化，使得電力系統(tǒng)變得和原來的電力系統(tǒng)相比，根本的屬性和特征都發(fā)生了巨大的變化。我們今天探討的主題是在調(diào)頻方面的技術需求。正因為由于電源端的發(fā)電側的不可控，才導致了我們對調(diào)頻技術需求日趨迫切。
一、問題提出
我們國家的可再生能源呈現(xiàn)出高常規(guī)的態(tài)勢，不管它發(fā)展情況怎么樣，主要是兩個方向是必然的：一個是跟歐美國家完全接近的發(fā)展模式，就是靠近負荷中心的分布式發(fā)展模式；另一個就是我們國家特點，集中資源屬性的遠距離、大規(guī)模的發(fā)展模式。實際上對整個電力系統(tǒng)影響最大的還是資源導向，以三北地區(qū)的風電和西部地區(qū)為主的發(fā)展模式，使得在電力系統(tǒng)當中，可再生能源的影響日趨顯現(xiàn)。
這是我們的資源屬性風電的特點，風電最主要的帶是沿著北方的一線拉過去的，其中絕大部分是其中在蒙古高原及其邊遠地帶。在發(fā)展過程中，這幾年稍微有點變化，2015年，風電80%集中在三北地區(qū)，西部地區(qū)集中著60%以上的光伏。未來，我們的資源和稟賦決定了這種發(fā)展將是我們主要的發(fā)展趨勢。在這種發(fā)展模式下形成了大規(guī)模集中開發(fā)、遠距離送出的發(fā)展態(tài)勢。我以九泉新能源基地為例，在九泉這樣1000公里以外的地方，建設著千萬千瓦的風電基地，現(xiàn)在大概有1500多萬千瓦的風光電集中在區(qū)域內(nèi)。這種發(fā)展模式在全世界是獨有的，也就是距離負荷中心1000公里，像北京到南京的直線距離，蘭州到太原的空中直線距離也是1000多米。而且1500萬千瓦已經(jīng)遠遠超過了歐洲很多國家，比如丹麥的風電和光伏裝機容量加起來只有600萬千瓦。所以這個規(guī)模已經(jīng)是相當大了。風電本身的隨機波動性導致輸電難以控制，運行控制和系統(tǒng)穩(wěn)定都面臨巨大的挑戰(zhàn)，并且存在很大的問題，其中也包括后面分析的調(diào)峰調(diào)頻方面的問題。
直流特高壓我們國家建了很多，九泉的直流特高壓有什么特點？在九泉送端，到目前為止，一千瓦的火電都沒有投，完全是光伏支撐。
二、大規(guī)模新能源基地的特點
我們做儲能，很大程度是因為新能源發(fā)展導致的。而且這種大規(guī)模的新能源發(fā)展對儲能需求將逐步顯現(xiàn)。我們國家的新能源發(fā)展，資源的分布，并且比例比較高，甘肅現(xiàn)在已經(jīng)占總裝機總量的41.4%（2017年底的數(shù)），這個裝機比例是超過德國和丹麥的，比全世界其他國家都要高得多。
它的區(qū)位優(yōu)勢，主要介紹甘肅的情況，在三北地區(qū)實際也是這樣的，包括內(nèi)蒙、新疆的裝機總量。如果跟國外的比，我們一個省風電可以排到世界第七，光伏可以排到世界第九，比重非常大。
它本身發(fā)展的優(yōu)勢主要還是資源的稟賦和屬性的優(yōu)勢。資源稟賦主要體現(xiàn)在兩個方面，當然也包括我們山西的北部，既要有好的太陽能和風能資源，其次還要有足夠的土地資源。大家可能很容易忽視土地資源的需求，實際上建設一萬千瓦的光伏，按照現(xiàn)在在北緯38°-40°的角度，大概需要500畝土地。隨著轉(zhuǎn)換效率的提升，可能占地面積會降下來。但是，即便是降下來，一萬千瓦需要500畝土地，大家想一下，在東部人口稠密地區(qū)，如何找到這么多地來建設？盡管這幾年分布式發(fā)展很快，屋頂、魚塘、工業(yè)建筑，從長期來看，不管怎么樣引導，最終他還是要找到一個投資盈利的模式，要有足夠好的資源，才可能支撐風、光這種低密度能源的發(fā)展。
這是介紹一下甘肅的特點，甘肅的風光電發(fā)電已經(jīng)占到全省發(fā)電量的23%。售電量我們已經(jīng)1/3了，最大的月發(fā)電量占全省月發(fā)電量的29.9%，總裝機容量占到41.4%，最大的出力占到當時的60%。最大日發(fā)電量已經(jīng)占到一半了。這種高比例的新能源發(fā)展，伴隨著其他地區(qū)的改善，這種趨勢會比較明顯。我們十年風電增長239倍，六年光伏增長334倍，爆發(fā)式的增長也帶來各種挑戰(zhàn)。
風光電的隨機性大家也都在說“棄風、棄光”的問題，實際甘肅目前是比例最高的省份。2016年，我們的棄風、棄光加棄水是1000億千瓦時，大家說，我們建一個三峽水電站很牛，但是國外也說，可再生能源棄帶的跟三峽電站的發(fā)電量一樣，甚至比三峽發(fā)電量還要大，這個數(shù)字是非常驚人的。除了正常狀態(tài)下，在緊急狀態(tài)下的頻率支撐和頻率穩(wěn)定也是特別需要考慮的問題。
三、新能源出力特性
大家看這個曲線亂哄哄的，實際上這個曲線是新能源出力全年波動的，眼花繚亂，波動幅度非常大。
這個曲線分別是典型的風電廠和典型的光伏電站的曲線。大家看風電的曲線升得很快、降得很快，實際上更麻煩的是光伏。大家看旁邊那個光伏的曲線像鋸齒一樣降。風電隨著風的變化，還不像光的變化那么陡，旁邊那個正好是陰天，一片云過來突然就降沒了，那一片云一走又起來。大家可以想象，不管是調(diào)峰還是調(diào)頻的需求是顯而易見的。也就是說，隨著風電的特性，尤其是光伏特性，很多人都認為光伏很穩(wěn)定，白天太陽出來了就畫個饅頭就行了。實際上，由于云遮太陽這種特殊狀態(tài)的影響，而且會導致很大一片區(qū)域，這一大片光伏電站在那一瞬間都是用秒作單位的。
這個是把它轉(zhuǎn)化成每10分鐘的出力變化率，就需要我們在后續(xù)調(diào)峰調(diào)頻中必須解決的。在這個過程中，整個風光電單個廠的變化率特別大，到集群，到整個基地，到全省的出力變化會相對小一些。但是相對于常規(guī)的水火電機組，它這個變化是隨機的，而且是不可控的，甚至是很難預測的。這對調(diào)頻的需求都比較大。
這個曲線，我們給出的是出力特性累積的曲線。通過這個曲線也可以看出，風電主要集中在70%甚至60%以下的出力概率比較高，在大出力的情況下，整個風電基地全部發(fā)滿的概率幾乎為零。
這個圖是想解釋調(diào)頻的，這是當年九泉發(fā)生事故狀態(tài)下的PMU的率波圖。上面的曲線是電壓的變化，中間這個是電流的變化，下面這個看不太清了，是功率的變化。在這個過程中，我們除了要解決常規(guī)穩(wěn)態(tài)運行的情況，實際對頻率穩(wěn)定影響最大的還是在緊急狀態(tài)下的特殊頻率支撐的變化。
這個圖是750千伏匯集站的變化，如果那是一個小的點的話，這個已經(jīng)影響到面了。九泉地方絕大部分風光電都匯集到750千伏。隨著事故狀態(tài)下的劇烈變化，會導致電壓和頻率的巨大變化，這種巨大的變化對電力系統(tǒng)的調(diào)頻需求是顯而易見的，甚至是比我們常規(guī)運行的隨機波動的調(diào)頻需求更加迫切，而且，對頻率響應的速度也有特殊的要求。
伴隨著新能源的發(fā)展，在實際運行過程中對頻率支撐影響最大的，尤其是我們現(xiàn)在電網(wǎng)規(guī)模比較大。為什么中國和國外調(diào)頻的需求不太一樣？中國的電網(wǎng)規(guī)模，像西北電網(wǎng)的同步電網(wǎng)是最的同步電網(wǎng)之一，和東北電網(wǎng)相比。但是我們在新能源發(fā)展過程中遇到的2011年發(fā)生的事故就導致整個西北電網(wǎng)的頻率從50Hz降到49.854Hz，超出了正常運行狀態(tài)下的預期。伴隨著新能源的進一步發(fā)展，對調(diào)頻的頻率穩(wěn)定支撐需求會進一步加強。
這個是現(xiàn)在國內(nèi)和國外高比例新能源的對比。我們國家西部地區(qū)（主要是西北地區(qū)）裝機容量的比例和發(fā)電量的比例已經(jīng)都可以和國外比較了。這張圖是甘肅的風電和光伏理論出力和全網(wǎng)出力的比較。當時棄光、棄風的比例可能到了百分之二三十，如果不棄的話，綠色線以上的才是水火電的出力。
這是典型的風電出力占比，從單個風電廠到風電廠群，到整個風電基地的情況。通過這些特性的分析，跟大家想說的一個問題是，在高比例新能源的不斷發(fā)展過程中，對調(diào)頻的需求日益迫切。這種需求僅僅是個開始，真正調(diào)頻的需求在未來還會更大。像甘肅這種情況下，不僅有送出的矛盾，同時，伴隨著新能源隨機波動性特點以外，最主要的原因是常規(guī)電源的開機容量大幅度降低。也就是說，新能源達到一定比例以后對常規(guī)能源的替代作用逐步顯現(xiàn)以后，整個電力系統(tǒng)有功平衡的承擔責任的主體日趨淡化。實際上，火電機組在甘肅的很多狀態(tài)下已經(jīng)完全被壓到最低、最小出力下進行，火電機組真要想調(diào)頻往下調(diào)都沒辦法，它已經(jīng)到最小出力了。很多情況下不得不采取棄風、棄光的形式來參與調(diào)頻，這種高比例新能源調(diào)頻的需求遠遠超過我們的想象。
甘肅個別時段的理論出力已經(jīng)達到用電負荷的70%以上，理論出力的值甚至達到90%，甚至100%的水平。這個時候，如果電力系統(tǒng)可再生能源的發(fā)展使得整個電力系統(tǒng)常規(guī)電源的調(diào)頻能力不足，導致調(diào)頻的矛盾日益突出，需要用其他的手段來參與。而且在緊急狀態(tài)下，特別是事故狀態(tài)下的調(diào)頻需求，更是很難替代，急需一種在緊急狀態(tài)下頻率穩(wěn)定支撐的有效的元素。
如果說前面僅僅是一個開始，未來我們國家整體的比例將進一步提升，提升到20%的情況下，在西部地區(qū)高比例，需求將進一步增大。西方七國和中國都提出80%可再生能源電力系統(tǒng)的愿景。很多矛盾集中體現(xiàn)，其中調(diào)峰調(diào)頻的問題是必須克服的一道坎兒。
四、調(diào)頻技術需求
在常規(guī)機組裝機容量越來越小，如何解決未來的調(diào)頻需求，這種大的趨勢帶來必然的選擇，一定要整合其他更有效的手段，當然也包括我們化學儲能調(diào)頻的市場機制。在這種情況下，既需要政策支撐，也需要技術支撐，同時，還需要很好的運行模式和體制機制的創(chuàng)新等等一系列的改變。我們認為，在未來，隨著高比例可再生能源的不斷發(fā)展，這種需求將逐步迫切，而且急需開展高比例可再生能源的諸多方面的研究探索。只有這樣，才能使得整個電力系統(tǒng)在長期持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展成為可能，也才可能實現(xiàn)能源革命轉(zhuǎn)型的目標。我的介紹就到這兒，謝謝大家！
