科陆阮海明：储能对提升可再生能源渗透率的综合效益研究

2017年10月24-25日，由中国华能集团清洁能源技术研究院、中关村储能产业技术联盟、中国能源研究会储能专委会联合主办的“2017发电侧储能技术商业化应用论坛”在青海西宁举行。在“发电侧储能项目开发问题探讨”分论坛上，来自甘肃省电力公司、内蒙古电力公司、北京睿能世纪、江苏峰谷源、科陆电子、中天科技以及北京能高等公司的专家及代表做了主题发言。

科陆电子首席科学家、储能事业部战略总监阮海明就“科陆智慧能源之—储能对提升可再生能源渗透率的综合效益研究”进行了主题分享。

各位领导，各位同仁，我介绍一下，谢谢大会给我这个机会。

今天讲的标题是提升可再生能源渗透率，渗透率跟大家达成一个共同的概念，我们现在说的渗透率是指实在的功率，可再生能源实际的功率与总的负荷功率的比，是每时每刻变化的，这个渗透率不是装机容量之比，而是真正的发电量之比。

我跟大家讲它分四个课题。

第一、相应的政策。

第二、整个大风电、大光电的高渗透率情况下，储能的位置。

第三、储能的经济效益评估。

第四、分享两个案例。

第一、储能相关电力政策辅助市场。政策跟市场昨天协会已经讲的很多了，我这里不再重述了。五部委的文件明确了界定储能在智能电网和可再生能源的核心定位。明确指出了我国储能发展的路径和途径，我们国家希望把储能打造成比光伏跟风电更大的一个产业，在世界的能源产业链里面是有一席之地的。

其实，这么大一个体量的东西，至少是昨天有位专家也说了，光伏目前是1万亿的规模，储能肯定不止这个规模。

我们也在想，这么大规模的东西，核心是不是现在这个样子，还是我们现在还没发现的体量，今天把我的研究成果跟大家分享一下，也希望得到业内同仁的批评指正。

这个就不详细讲了，这两个政策一出来之后，各地的配套政策也是纷纷在出台的，国家能源局的也配套了，东北配套了很多政策，山东、广东、甘肃、山西、新疆、福建，大量的在出台关于电力辅助服务政策。

全国电力辅助市场已经大规模的动起来了，现在大风电、大光电已经是常态，对我们国家来说，前面甘肃的专家也说了，一个是常态，再一个是还要继续发展，发展的体量和速度还是很高的。

我们探讨一下，在这里再回顾一下电力系统的发展过程，100多年来，电力系统的稳定，它的基本原理是因为有同步发电机的并网机制。我们回顾一下，因为大家都是这方面的专家，我就不讲这个了，回顾一下，复习一下。

同步发电机的特征有五大特征，这五大特征是保证天生并网的过程是安全的，可以并成很大的网，可以做自动的平衡。它有空载特征，有负载特性，有外特性，有调整特性。这边三个特性是基本特性，我们现在做的并网的东西，如果说是完全跟传统的一样的，那根本不存在并网难的问题，也不存在弃风弃光的问题了，现在的问题是，同步发电机的电网机制完全取决于这个微分方程，所有的量都是负的，我们叫做负反馈的稳定量，这个电网很多加进来的时候，有扰动偏差的时候，自己会调回来，都是一种自动稳定过程。所以我们说的转动惯量和下垂特性，反应在数学上是一个负的反馈量。

这个机组都有参数，大家都是做发电侧的，900兆瓦的汽轮机有实验负荷额定转速，转动惯量，惯性时间常数，转动动能，这些参数都是明确的。这些参数，在电网并网的过程是很严格，也很有效，而且很规范的一个过程。

我一直在想一个问题，如果以后的独立储能电站也同样按照这个方法来做，一是在电网里面的稳定性的地位会大大的提升，再一个，这个标准也会很简单，因为可以完全照传统的这些方式来。

现在大量的以引入风电和光伏的时候，大家一致说的平滑功率、平抑波动，这些过程到底谁来做?因为做这个工作是要成本的，这个工作没有人做会出现现在的并网难的情况，这个在规范和要求里面，实际上是可以提前提出来的。

现在的光伏和风电，特别是我们国家的光伏风电，由于风电是转的，但是由于风电是用变频器控制的，要么是全功率的，要么是双馈的，全功率的是变频器控制的，机组的转动惯量完全被“隐藏”起来了，频率变化过程中，风电机组无转动惯量，这是最致命的问题。

今年科技部的项目(原来叫863项目)里也在提友好型风场，将风电变频器改造成有虚拟转动惯量的，可以提升风场转动惯量的大小，但这也有很大的局限性。

如果做集中储能，集中储能在并网这一侧来装，就是在接入11万前面来装，检测风场出口母线的系统频率作为一个反馈值来控制，在这里对风场做转动惯量的补偿，增加它的时间常数，这个能起到很好的作用。而且这块的投入也不大，这种改造对风场提供了一次调频的功能是有很大的意义的。

我们这里因为大家都是专家，我再复习一下多次调频的过程，电力系统里面，调频按照时间尺度分为秒钟，分钟级，小时级的过程，在大概三个区域，第一个区域，比如说一个大的机组脱网、大的负荷波动的话会产生一个频率跌落，会导致系统频率自然往下掉，而这个网络系统里的机组自身的转动放量能够响应这个频率的变化，自动稳住频率回调了，一次调频就可能达到一个新的稳态，这个和标准有差值，这个稳态要继续做二次调频，这个时候，二次调频就是一个无差的调频，采用AGC的调节，让电网回到正常的频率去。还有三次调频，就是经济性的调度，同时，它是要把整个系统复原，恢复二次调频的储备。

并网稳定，在做接入的时候，大家要算三个东西，一个是频率稳定性，一个是功角稳定性，一个是电压稳定性，每个都要算一遍，算出来就知道储能能不能接入电网，但是因为现在这方面没有标准，所以我们在做接入的时候，这块相当的麻烦。这三个量在国际上已经有明确的要求，比如说北欧地区，都有功率调节的要求，在德国一昂(EON)公司，相当于欧洲的一个最大的发电集团，他们现在也是在朝可再生能源转，它要求100兆瓦的发电厂必须具备一次调频的功能。并且要求一次调频的容量不小于额定容量的2%，在机组频率下垂的时候必须要可调，最重要的一点，要能够持续15分钟，我们在做欧洲项目的时，跟英国的这些调频项目的时候，也都碰到这个问题，要求持续达到15分钟的延续的变化，而且这个是有严格规定的，承诺了之后要响应，不响应，作为一个调频的产品，你就会受到重罚。

加拿大也有这个要求，10兆瓦以上的风电场必须具备下垂特性功率调节能力，而且时间常数，惯量常数都得出来了，3.5秒时间，火电算起来基本在7秒到9秒的时间。这些如果说以后建的风场，甚至是风电电价在平价上网，如果对于风电友好型的电厂，对于它提出这样的要求，储能产业跟着就上去了，可以在这个上面一起发展。

我们看广义的惯量常数做一次调频的过程，如果在一个系统里，一个大的冲击过来，它没有控制的话，就会是这样一个曲线。如果说加上风电的虚拟出来的一个转动放量，在这里的时候会小很多，会大大减小频率的跌落，但是如果有连续过程的时候，因为这个能量用完之后，补充要很长时间，这个二次跌落比一次的还大，造成更大的波动。

如果用上储能，这个波动会很小，相当于自己就把它抑制掉了。时间惯性常数是发电机组的单位容量里储存的动能，这个刚好是个秒数。发电机组的惯性时间常数和调差系数，调差系数在这里，这个细节我不讲了，这两个决定一次调频的响应能力，并不是所有的机组都有权限参与一次调频。

这个因为刚才讲了，我就不讲了，作为AGC的完全是通过3个K值以及调节深度来决定，不同区域的电网公司要求不一样。

这是它的执行过程，大家可以看到，在没有储能的时候，跟有储能的时候，这个值可能相差20、30倍以上，刚才睿能说的调节能力差10到20多倍额就是这个道理。

这块大家可以探讨，现在我们国家的火电机组的增长已经大幅限制了，未来没有太大的增长，但是风电和光伏每年增长50GW，这个要求对每年调频的要求是50GW的需求。

我们以49.5兆瓦来说明经济性，首先说明这个成本数据并不代表科陆的数据，也不代表行业的数据，我只是做仿真跟做模拟的时候必须要一个数据，所以我填了一个数据在里面，这个收益分为三部分，一个是电量收益，一个是调频收益，一个是环保收益，我们把它全年的数据采样全部做下来，按5分钟一个点做下来之后，把电价做了。

这个储能换电量收益有一个量，大概是整个的1/3。

这个是一个调频的收益，调频的收益，政策上还没有支持，如果政策上允许支持，这块的收益也是很高的。综合的收益，在把这三样东西加起来，就是把调频的跟碳税的全部加起来的，它的回收年限是3、4年可以回收。

最后分享一下项目，现在做的这个2兆瓦单元的系统，把这些虚拟阻抗，时间常数全部规范进去了，这也是为了做到了整个储能系统的最高的价值体现，然后由于目前的PCS容量只是500kW到1兆瓦的规模，对发电侧系统要求的是20兆瓦，100兆瓦等更大的规模，这样的线性迭代是我们最大的一个突破，我们把N+1可以拆开来做，可以组成任何大系统了。

这个系统整个出来，对外是一个整体，完全具有这些特征，实现N+1的线性迭代，就可以组成任意一个大的系统，这底下是它的特征响应。

我们在大同做了一个调频项目，它的平均Kp值是5.8，最高达6.1，计划回收时间是3、4年。

这是电池的响应，这个系统做的调节深度很高，对收益是很好的。因为磷酸铁锂电池可以反复的去做，它的一致性也是相当好，运行到现在从来没做过均衡，这是不同的时间的值。

我们还有一个玉门的项目，叫做玉门光储融合项目，总投资是1.8亿，有1800万的储能。这里也是做了相应的风能接入，以及五种控制模式。

储能电站的发展标准建议，储能系统作为一个以后大规模的系统，放在电网里面如果完全是一个电流源，体量大了对电网的安全性反而会构成威胁，必须是电压源，是一个稳定的电源系统，完全可以参考火电的规范标准来做。

发电侧相应的接入标准细节都很少，所以接入的时候很困难，跟电网公司谈的时候，如果没标准，他们就无法去执行有些东西，只能作为示范项目去做，特批，但是江苏省在配电网接入方面很务实的做了一些明确的规定。

谢谢大家!