中国储能网讯:3月23日,由中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十五届储能大会暨展览会(简称“CIES2025”)在杭州国际博览中心召开。
CIES大会以以“绿色、数智、融合、创新”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和规模化工程应用。
在3月25日上午进行的构网型储能系统及项目建设专场中,新疆新能源研究院有限责任公司电气副主任工程师/储能研究组组长张俊喜做了题为《构网型储能技术研究》的主题报告演讲。
张俊喜:大家好!我是来自新疆新能源研究院的张俊喜,很高兴有机会跟大家在一起分享储能知识。我今天汇报的题目是“构网型储能技术研究”。新疆新能研是专门从事新能源行业咨询、设计、总承包业务的一家新能源企业。今天结合新疆概况以及我们做的一些项目跟大家分享一下构网型储能的知识。
我分享的内容分为以下三个章节:
一、新疆电网现状。
二、构网型储能技术。
三、设计分享。
新疆的一个网架图,截至2024年新疆已经形成了内供五循环,外送四通道的主网架,新疆的主网架是750的,有31座750变电站,规模很大。我们五循环指的是疆内的750环网,外送四通道指的是两个交流的750和西北联网的通道,还有两个向内地送电的直流通道,总的外送容量达到2500万千瓦。
“十四五”期间要形成内供七循环,外送六通道的主网架,预计十五五末外送容量要达到4000万以上,我们再来了解一下新疆的装机情况,装机现状。新疆现在风电和光伏总的容量已经超过火电了,装机容量已经是超过总容量的一半,大概是55%,前面专家也有提到过国外的电量的渗透率,德国已经超过了30%,全国咱们电量渗透率也就10%,新疆地区电量的渗透率也达到了30%以上了,所以产生了很多稳定性的问题。
截至目前新疆的储能现状,这是2024年底的数据,装机容量达到了817.5万千瓦,2813.2万千瓦时,也是全国第一。
再看新疆储能的发展历程,2019年之前新疆的新能源一直处于限电状态,比较过剩,2019年之前已经不批新能源项目了,直到2020、2021年才有新的新能源项目投产,这时候已经要求新能源开始配储了,2023年的时候自治区发文,鼓励你建储能,但是你建储能以后奖励你建新能源,说白了就是新能源侧配储,这个容量达到254小时。2023年大家已经发现,新能源侧配储储能利用率没有那么高,有点浪费,2023年自治区发文,鼓励建设独立储能,而且配比也减少了,同时独立储能可以采取租赁模式,我新能源侧配储可以不去自己建储能,我可以租你的储能,一个是提高储能的收益,另外一个是可以降低建设方的建设储能的事,也就是省事。
现在136号文出来以后,我们可以看到租赁模式市场会慢慢变小。截至2024年自治区上报独立储能项目清单,项目越来越多了,已经达到了7.35GW,同时新疆也批了很多抽水蓄能项目,以前新疆是没有抽水蓄能的,阜康120万是新疆首个抽水蓄能项目,2023年底有机组并网的。随着新能源和储能的比例增加,新疆的电网也从传统的电力系统,向新型电力系统过渡,特征是双高和双随机。
我下面结合新疆的情况看一下构网型储能技术,今天专家也都讲了很多内容,也有相似的地方,我们深入浅出地了解一下。首先随着新能源比例的增大,会导致一些问题,怎么导致的呢?我比例如光伏同时并网的时候,比如说中午同时大容量并网会导致电压问题,同时我的新能源随机发电,会导致比例问题,而且大量的电力电子元件会导致宽频振荡和转动过量不足的问题,所以对我们电力电子产品就有了更高的要求,于是就有了构网型电力设备。
这个大家可能都已经了解了,构网型储能是运行在电压源模式下。运行在电压源模式下有什么功能呢?我们来了解一下,一个是构建电网,一个是提供无功电压支撑。我们现在都知道新疆出的文三倍十秒过载,怎么来的呢?首先我们同步电机在短时内能够发出2-3倍无功,人民为电压提供支撑,这是来源。我们要求构网型储能也能够提供一个像同步电机一样提供三倍无功电压支撑。因为我的储能是建立在电压源的模式下,所以我是有一个给定电压的,我的端电压是一样的,当大电网有一个高电压或者低电压的情况下,我是可以提供一个稳定的。转动惯量,我们传统的电力系统都是带转子的,而转子其实就点像陀螺,旋转的时候你推它一下,他继续晃一下又开始稳定地运行了。我们这个储能是怎么提供转动惯量的呢?其实就是一个能量的吸收和释放,当我有一个正向干扰的时候,我的储能就把这个干扰可以吸收掉,当我有一个负向干扰的时候,又产生一个产生能量,把负的抵消,于是进行惯量输出。
抑制宽频振荡和谐波治理。首先我们构网变流器阻尼是一个可控参数,是可以调节的,所以就能够进行宽频振荡抑制,就像拉抽屉一样,如果抽屉不带阻尼拉起来很快,带阻尼拉起来很费劲,构网型储能跟这个一样道理,来抑制电网的宽频振荡。现在新疆电网渗透率非常高,宽频振荡问题还是非常严重的,我们要求很多设备,包括PMU必须具备宽频振荡的检测,包括稳控装置,也就是磁同步。
谐波治理就是一样的,我的构网型储能可以检测电网侧的谐波,如果有谐波,我可以产生相反的波抵消。
提供短路容量和黑启动,也是一个控制策略,当变流器检测到有短路电流的时候,我们可以模拟发电机的行为,然后提供短路容量。黑启动也是,这就是在我们区域电网内,我们储能有很多模块的,其实是集群控制,当我需要黑启动的时候,我先建立端电压和频率,同时所有的储能都建在同一个电压和频率,然后我负荷逐渐往上投,从而实现黑启动的过程。
总结下来,有这些功能,大家也都比较了解了,我们再往下总结,可以想一下这个功能最终怎么实现的呢?我们最后总结三大要素,首先是一个大容量的可控电路,加上储能单元,加上我的控制策略,最终实现了构网技术。原理来说你只要这三个元素变换都可以实现,你比如说飞轮也可以实现,电化学,钒液流都可以实现,因为他们都具备这几个要素。控制策略是比较重要的,就像我们说特斯拉为什么好,特斯拉好就好在电控。
我们总结一下,我们会发现构网型和跟网型两大不同,我们硬件不同和软件不同,硬件就是我的PCS容量要过载,我散热保护设计都不相同。软件就是各种控制策略,比如说垂直控制,包括虚拟同步电机,包括模拟振荡器等等。
这是国家层面发的关于支持构网型储能建设的文,大家可以了解一下。重点说一下新疆的文,我相信大家可能也都了解,各位专家也说到了,新疆其实走在比较前面的,2023年的时候新疆发了一个独立储能建设的方案通知,这里面就提到了鼓励建设独立储能,还提到了租赁模式。最重要的是提到了这些地区的构网型储能建设不低于20%,这20%是指区域的比例,而并不是针对某一个项目。
其中这个文件也一个附件4,里面提到了对构网型储能的并网技术要求,里面就有我们知道的三流过早,我们之所以经常说这个,这骑士队硬件有影响,其他都是策略问题。
最后进行一个设计上分享。电池的国标相信大家也不陌生,这是去年7月1日开始实施的,里面有更高的效率要求,还有检测标准要求,其中有一个额定充放电功率,提到了全生命周期的要求,这就涉及是否超倍,我要在整个生命周期都可以进行额定的充放电,当然这个目前还是每个地区实施不太一样。这是变流器的最新国标,也是去年7月1日颁布的,里面就有一次调频还有惯量响应的要求,这也是新加进去的。
根据新疆的文件要求,我们自己制定了相应的构网型储能的招标技术规范,这一块是一些控制侧列的要求,这些其实就是针对咱们硬件过载能力要求,包括PCS,包括变压器。
我们说要求PCS具备一定的过载能力,其实目前来说都是通过超配来实现了,实现三倍的,我们PCS本身有一个过载能力,加上一定的超配,现在大概是两倍的关系,就能实现过载。比如说5兆瓦,20兆瓦是一脱四的系统,如果采用构网型,PCS数量要翻一倍的。我们进行一个布置,一拖四的方案,这是跟网型的,我们采用构网型布置的时候,我们会发现PCS数量翻一倍,一个PCS和这个PCS实际容量是一样的,都是5兆瓦,但是我这一台是降容到2.5运行的。
通过上面布置方式,我们进行了一个对比,这是1Gwh对比,我们会发现构网型储能面积增加了1.25倍,当然现在厂商有很多都推出了5兆瓦构网系统,也就是说实际里面配的PCS单元有10兆瓦,这个会更节约面积。
这是我们做的什么对比呢?新疆地区很多地方新能源侧配储还没有建设,我改成构网型储能,我要增加多少费用呢?当然这个还没有建,没有建情况下最后测算是5670万元,这个设备费可能偏高,这是一个概算价格,现在构网型很多价格已经在5毛以内了,但是差价差不多的是5分钱,其中5000万都是设备费用,还有六七百万要增加一些防火墙和PCS增加了,增加了一些建设费用,最终增加了六七百万元,但是收益打一个大问号,现在还没有相关政策来支持构网型储能电价。
下面分享两个我们做的项目。这个项目是我们设计的,宁夏的智能微网项目,这个结构非常复杂了,里面有风电,光伏,钒液流,还有超级电容,这个系统是可以孤网运行的,为什么要说呢?这个2015年12月已经并网了,当时就已经有构网的策略在里面,这个上了一个微电网暂态控制系统,我孤网运行的时候,我的策略里面就会控制,比如说钒液流或者微燃机,什么电源在什么情况下以电压源的形式来构建这个电网,这里面是有一套策略的。我们现在提到构网型技术,更多的是强调设备对大电网的支撑作用。
这个是一个共享储能项目,这是采取独立储能,这个其实就是远景设备,64套2.5兆的构网型储能设备,这是怎么做的呢?里面配置2台3.45兆瓦的PCS,也就是一个过载。新疆去年建了非常多的独立储能,构网型储能项目非常好,好像只有几个,这是其中一个,这个项目是新疆立兴能源做的,他和我们新疆新能源都隶属于新疆能源集团,新疆国资委。
我们预计今年新疆会有大量的构网型储能并网,因为很多项目都已经完成了可行性报告的编制工作,当然这只是其中一部分,还有很多正在进行当中。里面有100%构网,还有50%的构网。
最后提两点建议:第一,加快制定完善构网型储能的制造设计测试和验收标准,现在新疆有构网型储能并网要求,全国大范围还是没有的。构网型储能究竟对电网有多少支撑作用,其实还是有待检测和讨论的。我们呼吁尽快出台相应的检测和验收标准。
第二,推动构网型储能参与电力辅助服务市场机制。现在构网型储能投资比较高,但是电价在新疆地区并没有什么优惠政策,还是跟网型一样,我们呼吁尽快出台一些积极主动的政策,让我们建设方好实施,更高的投资会带来更高的收益,尽量不要出现被动的政策,就是你不怎么不让你怎么样。
最后祝大家在绿色革命的道路上都能够保持初心,保持热诚。