今年以來,構網型儲能引起業內廣泛關注。從現在常用的“跟網”到理想中的“構網”,這一轉變并不容易。但構網型儲能究竟該如何建設,仍處于“摸著石頭過河”的探索階段。
8月4日,青海格爾木魯能50MW/100MWh構網型儲能電站發布EPC項目總承包及儲能系統招標公告;8月1日,寧夏電力采煤沉陷區復合光伏項目配套儲能一期EPC總承包工程公開招標,項目一期100MW/200MWh儲能電站,采用構網型儲能變流升壓一體機(PCS)……
今年以來,構網型儲能引起業內廣泛關注。從名不見經傳的技術路線到公開招標的硬性要求,新疆、西藏等地發文鼓勵甚至強制配建。構網型儲能究竟從何而來?它具備哪些特征,能夠給電力系統帶來哪些改變?在儲能電站盈利模式尚不清晰的當前,構網型儲能又是否會增加企業的投資負擔?
多地要求配建構網型儲能
一直以來,我國構建起以火電、水電等同步電源為主導的龐大交流同步電網,有力保障了電網安全穩定運行。但隨著新能源發電占比快速提升,電力系統逐漸呈現“雙高”(高比例可再生能源、高比例電力電子設備)特征,電力系統生產結構、運行機理、功能形態等正在發生深刻變化,低慣量、低阻尼、弱電壓支撐等問題凸顯,電力系統安全穩定運行面臨嚴峻挑戰。
在新能源側的儲能系統上增加新型控制策略,使其具備同步發電機或者類似同步發電機的頻率調節和電壓控制能力,形成構網型儲能系統,是解決上述問題的可行方案。
目前,我國已有多地提出鼓勵或強制新能源項目配建構網型儲能。今年5月,西藏自治區發改委印發《2023年風電、光伏發電等新能源項目開發建設方案》,要求保障性并網光伏項目+儲能項目配置儲能規模不低于光伏裝機容量的20%,儲能時長不低于4小時,并按要求加裝構網型裝置。7月,西藏自治區發改委進一步下發《關于積極推動西藏電力系統構網型儲能項目試點示范應用的通知》,鼓勵在阿里地區、那曲市、日喀則市、拉薩市等地區先行先試構網型儲能。
無獨有偶。7月10日,新疆自治區發改委發布《關于組織上報2023年獨立新型儲建設方案的通知》,提出積極探索建設構網型儲能,喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地構網型儲能比例原則上不低于年度新型儲能規模的20%。
能源電力專家趙文瑛向《中國能源報》記者指出,構網型儲能可以有效提升電網慣量阻尼特性,為系統提供電壓和頻率支撐,在高比例可再生能源和高比例電力電子設備“雙高”特性的新型電力系統中具有廣闊的應用前景。
龍頭企業積極布局
構網型儲能是一項前沿技術,本質是通過控制變流器產生恒定的交流電壓源,從而獲得類似同步發電機一樣的運行特性。目前,美國、澳大利亞、中國等國家均積極推進相關技術的研發和示范應用。
華能集團清潔能源技術研究院儲能技術部業務經理成前向《中國能源報》記者介紹,自2011年構網型虛擬同步機被業內專家提出后,以日立ABB、SMA、特斯拉、西門子旗下Fluence等為代表的國際公司開展了數個構網型新能源商業示范項目。其中,澳大利亞項目較多,在實踐工程數量和規模上處于引領地位。
我國包括華為數字能源、南瑞繼保、遠景能源、陽光電源、科華數能、盛弘電氣、科陸電子等在內的企業已經具備或儲備了構網型儲能的技術能力,并逐步落地系統項目。去年12月31日,國內首座電網側大容量構網型儲能電站——湖北荊門新港50MW/100MWh儲能電站一期并網運行;今年5月18日,龍源電力江蘇盱胎10MW/20MWh構網型示范儲能電站順利并網運行;6月27日,中國華能研發的100MW/200MWh分散控制構網型獨立儲能電站在山東萊蕪電廠實現全容量并網。
南瑞繼保是最早從事構網型儲能研發設計的企業之一。“近年來,我們研制了系列化構網儲能裝備,在電網側、新能源、源網荷儲等多種應用場景進行了示范項目建設,其支撐能力已經得到實際工程的驗證。”南瑞繼保副總經理、研究院院長文繼鋒稱。
成前認為,示范項目的應用,對構網型儲能提升電力系統調節能力和靈活性、平抑新能源發電波動、提升系統慣量、增強電壓與頻率支撐能力、控制短路容量和改善電網阻尼特性等進行了有效驗證和探索,將加速構網型儲能技術的實踐落地。
推廣面臨系列難題
從現在常用的“跟網”到理想中的“構網”,這一轉變并不容易。
目前,構網型儲能有兩大實施路徑:針對存量儲能項目,企業可視評估情況對儲能系統的硬件和軟件進行更換升級;針對增量儲能項目,直接配置具有構網型儲能特性的整套儲能系統設備。但構網型儲能究竟該如何建設,仍處于“摸著石頭過河”的探索階段。
“當前,儲能相關的標準僅對跟網型儲能技術提出要求,構網型儲能技術作為一項新技術,還缺乏相應的標準和規范。”中關村儲能產業技術聯盟標準總監唐亮介紹,為推動新型電力系統的發展,構網型儲能技術規范、功能要求亟待出臺。據悉,中關村儲能產業技術聯盟正在組織編寫《構網型儲能變流器技術規范》團體標準,將于近期對外公示征求意見。
文繼鋒指出,構網型儲能技術研發需要電力電子、電力系統等多個專業領域的深厚沉淀和深度融合,是企業綜合技術實力的體現,要經歷長期的理論研究、工程實踐的積累,技術門檻頗高。
據記者了解,目前,構網型儲能廠家對其技術參數和具體進展還較為保密。但構網型儲能無疑會增加軟硬件設施,抬高投資成本。根據新疆自治區發改委發布的《關于組織上報2023年獨立新型儲建設方案的通知》要求,構網型儲能應具有構網控制功能,在110%額定電流下應能長期持續運行;在120%額定電流下,持續運行時間應不少于2分鐘;具備300%額定電流10秒短時過載能力。
業內人士透露,構網型變流器設備過流能力由1.5倍提升至3.0倍,根據不同方案,變流器成本將增加50%左右。另外,構網型儲能作為電壓源,若多臺系統并列運行、負載不均衡,可能帶來環流、搶功率等問題,影響電網穩定運行,這對系統控制分析能力也是一大考驗。
以技術、標準強化內功
值得注意的是,西藏、新疆率先推進構網型儲能,與當地電網架構較為薄弱、暫態調節能力有待加強的現狀密切相關。在推廣困難重重、行業盈利模式尚不清晰的情況下,構網型儲能否有必要在全國范圍展開?
在唐亮看來,未來隨著新能源的增加,電網從安全運行角度出發,可能會逐步提出構網型儲能要求,并明確并網特性要求,指導相關系統配置設計,解決電網對新能源發電動態特性掌控能力不足的難題。
文繼鋒表示,構網型儲能除了具備常規儲能的功能外,還可以解決新能源并網點短路比低導致的無法并網問題,提升新能源送出能力,提升電力系統穩定性,在一定程度上可以減少企業的負擔,或成為未來儲能系統的基本技術要求。此外,除了調峰調頻等功能外,構網型儲能還具備短路容量支撐、慣性支撐等能力,建議在輔助服務市場等方面予以政策支持。
趙文瑛認為,若電力系統中全部是構網型設備,電網的控制難度較大。構網型儲能更適合“雙高”結構的電力系統,其在推廣應用中也要統籌考慮新能源、電網等不同主體的訴求。基于風光強制配儲本身缺乏經濟性且利用率有限,構網型儲能暫時還不具備全面推廣條件。
趙文瑛進一步指出,構網型技術在發展過程中要重點提升變流器過流能力,加強技術創新,降低成本。選擇合適參數的換流器容量和電壓等級,降低控制難度。在系統層面,統籌構網型設備和主動支撐型設備的合理配置。此外,盡快建立系統分析方法和控制算法驗證體系,以標準支撐構網型儲能從理論示范走向工程應用。
中國能源報 記者 盧奇秀
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