中国储能网讯：3月21日，“2018首届全国储能技术在电力调频辅助服务市场中应用高层研讨会”在太原理工大学成功召开。
本次研讨会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、太原理工大学、深圳市科陆电子科技股份有限公司、广东猛狮新能源科技股份有限公司、浙江南都电源动力股份有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、浙江超威电力有限公司、成都特隆美储能技术有限公司、山东圣阳电源股份有限公司、阳光电源股份有限公司主办，中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司、北控智慧能源投资有限公司、中天储能科技有限公司、深圳市雄韬电源科技股份有限公司、北京睿能世纪科技有限公司、北京国能伏安节能科技有限公司、烯晶碳能电子科技无锡有限公司、万汇通能源科技有限公司、美国麦克斯威科技有限公司支持，中国储能网承办。
在会议上，甘肃省电力公司风电技术中心主任汪宁勃发表了题为《高比例可再生能源电力系统调频技术的需求》的主题演讲，全文内容如下：
汪宁勃：前面的各位专家都是从电池本身的角度来介绍储能技术的发展及其关键技术的发展。我今天跟大家分享的是高比例可再生能源电力系统调频技术的需求。在说这个话题之前，我想简单介绍一下背景。
随着可再生能源技术的不断进步和超常规快速发展，引发了一系列新的变化，其中从各种各样不同的角度表现出不同的特性。但是最终有几个特性是离不开的，也就是说，随着可再生能源比例的增加，我们的电力系统逐步向可再生能源电力系统转化，而可再生能源电力系统的最主要的特征之一，尤其是风、光、电这种不可控的可再生能源的大量接入以后，导致原端完全可控或者绝大部分可控变成了不可控，而这种不可控导致一系列的变化，使得电力系统变得和原来的电力系统相比，根本的属性和特征都发生了巨大的变化。我们今天探讨的主题是在调频方面的技术需求。正因为由于电源端的发电侧的不可控，才导致了我们对调频技术需求日趋迫切。
一、问题提出
我们国家的可再生能源呈现出高常规的态势，不管它发展情况怎么样，主要是两个方向是必然的：一个是跟欧美国家完全接近的发展模式，就是靠近负荷中心的分布式发展模式；另一个就是我们国家特点，集中资源属性的远距离、大规模的发展模式。实际上对整个电力系统影响最大的还是资源导向，以三北地区的风电和西部地区为主的发展模式，使得在电力系统当中，可再生能源的影响日趋显现。
这是我们的资源属性风电的特点，风电最主要的带是沿着北方的一线拉过去的，其中绝大部分是其中在蒙古高原及其边远地带。在发展过程中，这几年稍微有点变化，2015年，风电80%集中在三北地区，西部地区集中着60%以上的光伏。未来，我们的资源和禀赋决定了这种发展将是我们主要的发展趋势。在这种发展模式下形成了大规模集中开发、远距离送出的发展态势。我以九泉新能源基地为例，在九泉这样1000公里以外的地方，建设着千万千瓦的风电基地，现在大概有1500多万千瓦的风光电集中在区域内。这种发展模式在全世界是独有的，也就是距离负荷中心1000公里，像北京到南京的直线距离，兰州到太原的空中直线距离也是1000多米。而且1500万千瓦已经远远超过了欧洲很多国家，比如丹麦的风电和光伏装机容量加起来只有600万千瓦。所以这个规模已经是相当大了。风电本身的随机波动性导致输电难以控制，运行控制和系统稳定都面临巨大的挑战，并且存在很大的问题，其中也包括后面分析的调峰调频方面的问题。
直流特高压我们国家建了很多，九泉的直流特高压有什么特点？在九泉送端，到目前为止，一千瓦的火电都没有投，完全是光伏支撑。
二、大规模新能源基地的特点
我们做储能，很大程度是因为新能源发展导致的。而且这种大规模的新能源发展对储能需求将逐步显现。我们国家的新能源发展，资源的分布，并且比例比较高，甘肃现在已经占总装机总量的41.4%（2017年底的数），这个装机比例是超过德国和丹麦的，比全世界其他国家都要高得多。
它的区位优势，主要介绍甘肃的情况，在三北地区实际也是这样的，包括内蒙、新疆的装机总量。如果跟国外的比，我们一个省风电可以排到世界第七，光伏可以排到世界第九，比重非常大。
它本身发展的优势主要还是资源的禀赋和属性的优势。资源禀赋主要体现在两个方面，当然也包括我们山西的北部，既要有好的太阳能和风能资源，其次还要有足够的土地资源。大家可能很容易忽视土地资源的需求，实际上建设一万千瓦的光伏，按照现在在北纬38°-40°的角度，大概需要500亩土地。随着转换效率的提升，可能占地面积会降下来。但是，即便是降下来，一万千瓦需要500亩土地，大家想一下，在东部人口稠密地区，如何找到这么多地来建设？尽管这几年分布式发展很快，屋顶、鱼塘、工业建筑，从长期来看，不管怎么样引导，最终他还是要找到一个投资盈利的模式，要有足够好的资源，才可能支撑风、光这种低密度能源的发展。
这是介绍一下甘肃的特点，甘肃的风光电发电已经占到全省发电量的23%。售电量我们已经1/3了，最大的月发电量占全省月发电量的29.9%，总装机容量占到41.4%，最大的出力占到当时的60%。最大日发电量已经占到一半了。这种高比例的新能源发展，伴随着其他地区的改善，这种趋势会比较明显。我们十年风电增长239倍，六年光伏增长334倍，爆发式的增长也带来各种挑战。
风光电的随机性大家也都在说“弃风、弃光”的问题，实际甘肃目前是比例最高的省份。2016年，我们的弃风、弃光加弃水是1000亿千瓦时，大家说，我们建一个三峡水电站很牛，但是国外也说，可再生能源弃带的跟三峡电站的发电量一样，甚至比三峡发电量还要大，这个数字是非常惊人的。除了正常状态下，在紧急状态下的频率支撑和频率稳定也是特别需要考虑的问题。
三、新能源出力特性
大家看这个曲线乱哄哄的，实际上这个曲线是新能源出力全年波动的，眼花缭乱，波动幅度非常大。
这个曲线分别是典型的风电厂和典型的光伏电站的曲线。大家看风电的曲线升得很快、降得很快，实际上更麻烦的是光伏。大家看旁边那个光伏的曲线像锯齿一样降。风电随着风的变化，还不像光的变化那么陡，旁边那个正好是阴天，一片云过来突然就降没了，那一片云一走又起来。大家可以想象，不管是调峰还是调频的需求是显而易见的。也就是说，随着风电的特性，尤其是光伏特性，很多人都认为光伏很稳定，白天太阳出来了就画个馒头就行了。实际上，由于云遮太阳这种特殊状态的影响，而且会导致很大一片区域，这一大片光伏电站在那一瞬间都是用秒作单位的。
这个是把它转化成每10分钟的出力变化率，就需要我们在后续调峰调频中必须解决的。在这个过程中，整个风光电单个厂的变化率特别大，到集群，到整个基地，到全省的出力变化会相对小一些。但是相对于常规的水火电机组，它这个变化是随机的，而且是不可控的，甚至是很难预测的。这对调频的需求都比较大。
这个曲线，我们给出的是出力特性累积的曲线。通过这个曲线也可以看出，风电主要集中在70%甚至60%以下的出力概率比较高，在大出力的情况下，整个风电基地全部发满的概率几乎为零。
这个图是想解释调频的，这是当年九泉发生事故状态下的PMU的率波图。上面的曲线是电压的变化，中间这个是电流的变化，下面这个看不太清了，是功率的变化。在这个过程中，我们除了要解决常规稳态运行的情况，实际对频率稳定影响最大的还是在紧急状态下的特殊频率支撑的变化。
这个图是750千伏汇集站的变化，如果那是一个小的点的话，这个已经影响到面了。九泉地方绝大部分风光电都汇集到750千伏。随着事故状态下的剧烈变化，会导致电压和频率的巨大变化，这种巨大的变化对电力系统的调频需求是显而易见的，甚至是比我们常规运行的随机波动的调频需求更加迫切，而且，对频率响应的速度也有特殊的要求。
伴随着新能源的发展，在实际运行过程中对频率支撑影响最大的，尤其是我们现在电网规模比较大。为什么中国和国外调频的需求不太一样？中国的电网规模，像西北电网的同步电网是最的同步电网之一，和东北电网相比。但是我们在新能源发展过程中遇到的2011年发生的事故就导致整个西北电网的频率从50Hz降到49.854Hz，超出了正常运行状态下的预期。伴随着新能源的进一步发展，对调频的频率稳定支撑需求会进一步加强。
这个是现在国内和国外高比例新能源的对比。我们国家西部地区（主要是西北地区）装机容量的比例和发电量的比例已经都可以和国外比较了。这张图是甘肃的风电和光伏理论出力和全网出力的比较。当时弃光、弃风的比例可能到了百分之二三十，如果不弃的话，绿色线以上的才是水火电的出力。
这是典型的风电出力占比，从单个风电厂到风电厂群，到整个风电基地的情况。通过这些特性的分析，跟大家想说的一个问题是，在高比例新能源的不断发展过程中，对调频的需求日益迫切。这种需求仅仅是个开始，真正调频的需求在未来还会更大。像甘肃这种情况下，不仅有送出的矛盾，同时，伴随着新能源随机波动性特点以外，最主要的原因是常规电源的开机容量大幅度降低。也就是说，新能源达到一定比例以后对常规能源的替代作用逐步显现以后，整个电力系统有功平衡的承担责任的主体日趋淡化。实际上，火电机组在甘肃的很多状态下已经完全被压到最低、最小出力下进行，火电机组真要想调频往下调都没办法，它已经到最小出力了。很多情况下不得不采取弃风、弃光的形式来参与调频，这种高比例新能源调频的需求远远超过我们的想象。
甘肃个别时段的理论出力已经达到用电负荷的70%以上，理论出力的值甚至达到90%，甚至100%的水平。这个时候，如果电力系统可再生能源的发展使得整个电力系统常规电源的调频能力不足，导致调频的矛盾日益突出，需要用其他的手段来参与。而且在紧急状态下，特别是事故状态下的调频需求，更是很难替代，急需一种在紧急状态下频率稳定支撑的有效的元素。
如果说前面仅仅是一个开始，未来我们国家整体的比例将进一步提升，提升到20%的情况下，在西部地区高比例，需求将进一步增大。西方七国和中国都提出80%可再生能源电力系统的愿景。很多矛盾集中体现，其中调峰调频的问题是必须克服的一道坎儿。
四、调频技术需求
在常规机组装机容量越来越小，如何解决未来的调频需求，这种大的趋势带来必然的选择，一定要整合其他更有效的手段，当然也包括我们化学储能调频的市场机制。在这种情况下，既需要政策支撑，也需要技术支撑，同时，还需要很好的运行模式和体制机制的创新等等一系列的改变。我们认为，在未来，随着高比例可再生能源的不断发展，这种需求将逐步迫切，而且急需开展高比例可再生能源的诸多方面的研究探索。只有这样，才能使得整个电力系统在长期持续、稳定、健康发展成为可能，也才可能实现能源革命转型的目标。我的介绍就到这儿，谢谢大家！
