科学家观察到三种新粒子 更好地理解夸克如何“成群结队”形成复合粒子
2022-07-08 17:18:43
将配储任务“摆脱”给发电侧之后，电网提出了进一步的要求。
(资料图片仅供参考)
除了风光上网自行配储平抑波动外，在特定地区还需提升至构网型储能技术，助力电网维持稳定。
截至目前，我国已有多地提出鼓励/按比例/强制配建构网型储能。
今年5月，西藏发改委首次提出了2023年风电光伏新能源项目配套储能需“加装构网型装置”的要求，实际要求配置构网型储能。
7月10日，新疆自治区2023年独立新型储能建设方案鼓励各地新建共享储能，积极探索建设构网型储能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地构网型储能比例原则上不低于年度独立新型储能规模的20%。
8月4日，青海格尔木昆仑建设开发有限公司发布格尔木鲁能50MW/100MWh构网型储能电站EPC项目总承包及储能系统招标公告。
构网型储能被多次提及，是因为其区别于传统跟网型储能的特性，其可以利用虚拟同步发电机技术为储能赋予“惯性”，更好的维持电网的安全稳定。赋予这一能力的核心技术在于PCS的改造升级，需要增加一定成本。
另外从效率角度看，常见的跟网型变流器原理在于跟踪测量电网的电压和频率，并向电网输入一定的功率，它的优点在于最大程度馈入有功功率，实现最大的能量收益。
构网型储能变流器以维持输出恒定交流电压为目标，可以有助于电网保持稳定。此外，还可提供故障穿越、黑启动及有功无功稳定功能，最终实现100%可再生能源供电，然而，构网型变流器必须在稳定与最大能量收益之间进行折中。即，采用构网型储能技术，储能系统的整体循环效率或将低于跟网型储能系统。
为什么西藏、新疆首先提出构网型储能技术要求，为什么同属新能源丰富的西北地区的青海一言不发开始投建构网型储能，什么又是构网型储能，为什么要建设构网型储能，构网型储能发展现状如何，本文将逐一解答。
什么是构网型储能
构网型储能技术，即构建电网的储能技术。
电网之所以需要构建，是因为其稳定性不足。尤其是首先提出配建构网型储能的西藏和新疆地区，都属于弱电网地区。其中西藏电源结构以光伏和水力发电为主，丰水期和枯水期、晴天和阴天可上网电量差距大。在负荷端用电稳定的情况下，用发不平衡是导致电网波动的重大因素。而在新能源比例越高的地区，发电量愈加不稳定。
电网作为输配端的目的就在于用发平衡，这也是其维持稳定必要。为了实现电网的稳定，当前实行的措施主要有：
配建储能：适当平抑新能源发电波动，使得上网电量曲线更加平缓。
发电侧考核：包括预测考核，各电站对于发电量进行提前预测（前一天上报第二天的发电量），预测与实际偏差大的会在月度考核中得分。（考核没问题为0分，有问题获得相应分数）；以及AGC性能考核，助力电站提高发电控制灵敏度。
辅助服务：对于调峰、调频、黑启动等辅助服务进行补贴。
但是目前来看，对于部分局域电网来讲，这些措施还稍显不足。固然现在的火电灵活性改造和AGC死区考核能进一步推进调节机组的灵敏性，但除了量上的平衡外，反应速度也至关重要。
“双高”促使构网型储能发展
一方面未来新型电力系统无法大量依靠稳定的火电进行调节，另一方面新能源上网带动了大量电子电子设备接入电网。与具有转动惯量的传统能源不同，电力电子设备是单纯的开关，而且是反应灵敏的开关，不具有惯性。（双高：高比例新能源带动电力电子设备大量接入电力系统，高比例电力电子设备可能引发宽频振荡）
举个例子帮助理解，传统能源和新能源两个人一起赛跑，发令枪一响，两人一起动身。新能源都跑出去50米了，传统能源还在加速。跑到终点冲线，新能源冲过线就停了，传统能源接着跑出去50米才站住了脚。物理比较好的同学第一反应可能是新能源的加速度更大，是的，同样的外力下，加速度大惯性更小。
但加速度大，或者说反应快并不一直是一件好事。电网的需求是多种多样的，有时候需要发电侧或调节机组快速反应，有时候则需要其缓慢出力。
比如某省电网，A市光资源非常好，正值中午太阳高照，光电大发的时候，突然来了一些片云，发电量减小了。而因为天气预测的不精确，光伏电站B未预料到这个时段光伏发电突然不足，按照满发上报的发电量，必须提供给电网足够的电量，如果不能补足，则会影响电网稳定性。此时则需要上储能等调节设备，将发电量刚好补足。若光伏发电降的慢，则电网缺电缺的慢，那么储能就需慢慢补足，若突然一下子乌云密布，无一丝阳光，那么储能就需立即支撑起全部发电。储能上量的速度即取决于乌云移动的速度。
说白了，构网型储能即需要精细化平抑波动。此消彼长，此缓消，彼缓涨；此快消，彼快涨。以维持整体的平稳。
虚拟同步发电机技术为储能赋予“惯性”
那为什么说构网型储能技术核心在于PCS技术呢？盛弘股份储能国内产品线销售总监马伦胜在接受采访时举了这样一个例子：储能系统中电池就相当于水池，而PCS就相当于水管，在水池蓄水量一定的情况下，水管的粗细决定了放水量的快慢和大小。
构网型储能技术采用虚拟同步发电机技术，通过模拟发电机组的转动惯量和阻尼特性，给水管增加了“惯性”，这样在控制水流大小的时候可快可慢，并且通过1.2倍的水管标称容量设定，还可以承受过载。
开头提到，新疆在2023年独立储能建设方案中表示要积极探索建设构网型储能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地构网型储能比例原则上不低于年度独立新型储能规模的20%。
此方案还对构网型新型储能提出了明确的并网技术要求。其中有这样一条：构网型电化学储能系统交流侧电流在110%额定电流下应能长期持续运行；在120%额定电流下，持续运行时间应不少于2min；且具备300%额定电流10秒短时过载能力。
我们都知道，功率=电压*电流，在电压一定的情况下，电流与功率成正比。上条要求即表示，PCS的功率，即水管的大小，需要是标称量的1.1倍（110%额定电流）、1.2倍（120%额定电流）、3倍（300%额定电流）。但是，要知道，水管的大小固定的！或者说最大容量是固定的，我们可以捏住头部，缩小出水管直径，却没办法放大。
为了达到此条要求，需要在储能系统集成之初，选择3倍容量的PCS，平时只使用1/3，捏住2/3，待有需求时再进行放大。
构网型储能系统将增加一定成本，马伦胜表示：“核心技术主要在于算法以及仿真模型，属于技术软实力”。同时，为提高惯量支撑能力，地方电网要求3倍过载，对于硬件成本又是实打实的增加。
构网型储能是否有必要上
构网型储能确实对电网稳定能起到很大的作用，尤其在后续大规模上网之后，都带“惯性”和都“没有惯性”差别非常大。但应用时需要因地制宜，并不是所有地区都需要费力。整个国家的电网是由一张张小网组成了，每个小网都稳定了，大电网也会稳定。即在电网弱小的地区配建以维持其稳定即可，笔者也不认为构网型储能会成为全国的大范围趋势。
近日，辽宁省开展了新型储能第一批示范项目。针对新能源发电低抗扰、低惯量、弱阻尼等特性，导致多场站短路比较低、电压支撑能力不足、供电可靠性较低的地区， 布局具有电压源特性、构网型的储能项目，提升地区安全支撑能力。
目前盛弘电气也已在南网某水电站、供电局片区等地稳定性要求较高的地点支持许多构网型储能项目投运。
构网型储能发展现状
目前构网型储能技术仍属于前沿技术，仅有少数国家掌握，包括美国、澳大利亚及中国等，大多还处于储能技术研发与示范项目阶段。
其中澳大利亚在构网型储能项目上大举布局，近几年给予了大量的财政支持。2022年澳大利亚各地从54个项目中选中8个大型构网型电池储能项目，给予价值1.76亿澳元（1.1807亿美元）的资金支持。在此之前ARENA用8100万澳元支持的8个电池储能项目中，有5个构网型项目，其中150MW/194MWh的 Hornsdale 电池储能项目是迄今为止最大的项目。
ARENA首席执行官达伦·米勒（Darren Miller）曾表示，大型并网储能项目的逆变器技术，可以在不需要煤炭和天然气发电机的情况下保持电网稳定。
国外研究此技术的主要企业包括德国SMA、美国特斯拉、日立ABB以及芬兰科技公司瓦锡兰等。
我国包括华为数字能源、远景能源、阳光电源、海博思创、科华数能、盛弘电气、科陆电子、新源智储、索英电气、南瑞继保、西电电力电子在内的多家企业已经掌握了此技术或拥有了技术储备。
全球首个GW级光储构网型项目——沙特红海新城1.3GWh微网项目即由华为数字能源提供技术支持。2022年10月初，首批设备发货，2022年12月初首箱开始安装，截至2023年1月份已经完成400MWh。
项目上，我国也已经有两座大型构网型储能项目投运，多个构网型储能项目招标。
2022年12月31日，国内首座大型构网型储能电站——湖北荆门新港储能电站一期并网运行。项目总规模50MW/100MWh，其中一期投产12.6MW/26.8MWh。项目设计单位为湖北正源电力集团设计分公司。
2023年6月27日，由中国华能自主研发的100MW/200MWh分散控制构网型独立储能电站在山东莱芜电厂实现全容量并网。
7月14日，国投在西藏的两个招标项目明确表示，储能系统需具备构网型功能要求。分别为国投仁布县普松100MW光伏配套储能20MW/80MWh项目、国投尼玛县塘鲁50MW光伏配套储能项目。
诚然随着发电、用电数据的日益积累，以及数据监测和预测技术的发展进步，发电仿真模型会更加准确，何时哪个电厂发多少电，何时哪个片区用多少电都可以预测的越来越精准，电网会在数字技术的助力下逐渐走向强大和稳定。但我们现在还处于新型电力系统的加速转型期，技术、政策、市场等多方面都有待完善，而电网作为用电的保障时时刻刻都需要保持稳定，此时则需要多方力量的共同加持。
开头提到电网将配储“摆脱”给发电侧，此时又需要储能进一步升级改造以维持自身稳定，未免显得过于“自私”，但是站在电网的角度，维持电网安全稳定运行是其最重要的目的，给千家万户提供可靠的电力、保障制造业稳定运行以提升国家经济实力是其当仁不让的使命。新能源大量上网已经使得多批电网设备进行升级改造，源侧带来的问题还需源侧解决。
现下，GB/T34120、GB/T36547等多个并网标准已经对并网技术提出要求。明确电压故障穿越期间的无功响应时间为30ms。并网点电压因短路等导致跌落、大负荷扰动导致过压时，需要储能系统保持并网，并向电网提供无功功率支持电网恢复，“穿越”故障区域。构网型储能技术正在成为未来新型电力系统稳定的重要保障。
对于设备商来说，为业主方解决问题、实现价值能带来自身收益，能满足电网需求的才能在新能源行业长足发展，但这还需要多方的调和以及共同努力。