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13家联合发出构网倡议,捅破能源转型天花板!
全球绿色能源的确已经成为不可逆转的时代潮流,而传统燃煤电厂在历史洪流中开始大规模“退役潮”。有数据显示,在2020-2023年间全球退役燃煤机组超100GW,相当于德国全年发电量的1.5倍,而据华泰证券预测,2025到2030年我国每年将有12GW左右的燃煤电厂退役,还有50%以上机组会转为应急备用电源。
这一不可逆转之势,却让电网稳定性和安全性备受挑战,用电单位、电网企业、尤其是发电集团面临极大压力,欧洲、巴西等大面积停电事件为我们敲醒警钟:当扮演“保供压舱石”作用的机组集体退场,而新能源无法在极端情况下承担“黑启动”等艰巨任务,那么如何守卫电网稳定运行?构网型储能通过虚拟惯量技术可替代这一功能。
因为光伏发电具有波动性本质天然属性,在早期电力系统一直存在大量同步发电机为新能源的规模化发展“保驾护航”。然而随着燃煤电厂逐步退役,传统的新能源发展模式其实已经捉襟见肘,而构网型储能具备独立构建电网电压和频率的能力,可脱离传统同步发电机成为“电网主导者”。 当天气影响、光伏发电突然减弱时,构网储能系统可以发挥作用、瞬间补上功率缺口,避免电网频率崩溃。为此,储能系统将从“电网附庸”升级为“电网主宰”,成为备受瞩目的电网支撑技术。
正如Wood Mackenzie亚太研究总监Robert Liew在华为构网&储能安全论坛所说,构网型储能系统将有效增加电网的稳定性,包括充当电压源、高电流瞬态支持、惯量响应、宽带振荡抑制和传统跟网型储能系统无法实现的自启动功能,这对未来电网至关重要。
因此,他预计,从2025年到2034年,市场需要1.1万亿美元的电池储能系统投资,以支持5914GW新增的风能和太阳能发电容量发展需求。
在沙特红海就有这样的成功案例。华为联合合作伙伴用400MW光伏和1.3GWh储能系统打造了全球最大微网项目,让红海新城成为全球首个完全依靠100%光伏和储能供电的绿色城市,让这里成为一个真正意义上的“沙漠绿洲”。 目前该项目已经平稳运行近两年,而这个案例其实也侧面说明, “构网”技术具备捅破“能源转型”天花板的实力。为此,华为亮出了全球首个构网型光储解决方案。
在近期的2025SNEC光伏展期间,包括中国华能、电规总院、中国电建西北院、中国电科院、西藏开投以及巴西电力等在内的海内外13家电力机构与华为发起全面构网倡议,他们的目标只有一个,欲借华为的光储融合协同构网技术,共建安全高效的新型电力系统。
实际上,当前构网型技术概念尚未清晰、能力界限也未确定。而在此时,华为为构网技术做出了更为详尽和相对标准的定义。
与此同时,也赢得了13家电力机构的抱团倡议。此举或许将成为全球能源转型的转折点,不仅能推动构网技术加速落地, 更将支撑新能源实现高质量发展,助推全球电力系统安全稳定运行。
探寻“真构网”内涵
尽管业内都在讲:“构网”技术由来已久、grid-forming也不是陌生词汇,但实际上,国内外都尚未给构网技术一个相对标准而统一的边界定义,这种 “标准滞后性”其实也是阻碍新能源继续大规模发展的重要因素之一。
2023年7月,新疆在组织独立储能项目申报时,在全国范围内首次明确了《构网型新型储能并网技术要求》,其中明确了储能系统需具备提供惯量和短路容量,以及电压稳定和功角稳定支撑等能力,具体指标包括:功率响应时间不大于5ms、120%额定电流持续运行不少于2min、300%额定电流10秒短时过载能力、一次调频时间应小于0.2s等等。
随后在很长一段时间内,这些指标被推向了西藏、宁夏等多个地区,逐步成为构网型技术要求的范本。不过,即便是随后各地出台了构网型储能技术文件,但仍未明确“虚拟惯量参数”“故障穿越能力”等核心指标,导致项目验收时存在“各说各话”现象,业内供应商构网技术实力无法得到充分验证。
一切真知源于实践。从实际应用来说,电网所需的构网技术内涵更为广泛,界限标准也更为苛刻。而华为此前已经联合中国电科院在青海、新疆等地组织了多次针对构网技术的实验测试,并率先通过各项测试认证。
2023年1月,华为在青海针对光储系统分别应用构网型主动支撑和传统跟网型技术路线做了测试,对弱电网暂态工况下的调频调压特性进行了全面对比和实证研究,并最终以高标准完成了构网系统并联稳定性、高/低电压单次/连续故障穿越、一次调频及惯量响应特性等一系列测试。此外,华为还在新疆开展了全球首个百兆瓦时风储组串式构网型储能电站性能测试,实践结果PCS零脱网、且在10ms内快速输出3倍电流,确保了电网功率平滑无波动。
而现如今,华为则基于丰富实践提出:真构网技术应围绕发输配用构建六大核心能力,具体体现在短路支撑能力、虚拟惯量支撑能力、宽频振荡抑制、快速一次调频、分钟级黑启动、以及无缝并离网切换能力。
基于以往丰富实践经验,华为推出了全球首个构网型光储解决方案FusionSolar9.0,并在业界率先实现了三大关键突破:包括首次推动储能构网升级到光储构网,推动行业从发电侧构网升级到发输配用全场景构网,以及推动从站点的可视可管升级到端边云的全链路智能化、全生命周期的智能管理,开启了全面构网的新时代!其中在发电侧,这款解决方案拥有单机3~20s的惯量支撑、动作时间在5ms以内,还可以做到最高6倍短路电流支撑、响应时间10ms以内;在输电侧支持0-100%SOC范围的恒功率输出,支持0.1~100Hz宽频振荡抑制,和200ms站级快速响应来提供一次调频辅助服务,帮助提高电站收益;在配电侧则,华为是全球首个拥有GW级黑启动能力且付诸实践的厂家,可在1分钟内构建超百公里输配电的电压,以减少停电损失;而针对用电侧还能在0ms离并网状态切换,保障用户侧稳定供电。
然而,对于新能源来说,储能此前一直是作为“包袱”、“拖累”而存在。而若要保证构网技术需集成上述六大核心,那么必然也将拉升设备成本。但这也将令构网技术走入“高成本”的困局。如何让发电单位承担这一投资挑战?华为的解决方案是提高产品价值属性。
高质量构网四大难题,呼唤技术实力
在华为看来,构网技术虽好,但现阶段在大规模商用面前仍面临四大世界性技术难题。首先大量构网PCS和逆变器并网所带来的多机同步稳定问题,其次电力电子设备也会引发宽频振荡问题,再次构网要求的瞬态过载能力,会让电力电子器件面临击穿和过热失效风险,最后,当光储系统作为联合体成为核心稳定电源,会对设备提出更高可靠性要求。
种种挑战背后的,锚点都指向了电力电子技术的颠覆性重构,未来谁能主宰这一变革?华为在组串式、数字化方面的技术积累将爆发出更大潜力。
自2013年推出首款Fusionsolar1.0、并应用于大型地面电站以来,如今华为的组串式解决方案已历经八次迭代升级,让其相较于集中式的度电成本优势已为业内广泛熟知,并逐渐成为市场主流。而针对于储能系统来说,组串式技术更可以明显消除电芯不一致性短板,以更佳的精细化管理提升储能系统放电能力,与此同时也极大提升了储能系统安全性,让设备具备更高价值的属性。华为充分发挥了4T技术优势,即Bit(数字化技术)、Watt(电力电子技术)、Heat(热管理技术)、Battery(储能管理技术),以持术创新创造高价值。
为了充分验证其设备可靠性,华为也开展过一系列的严苛测试,例如在广东清远,华为曾通过火箭将雷电引到逆变器上以验证抗雷击能力,又比如其针对智能组串式构网型储能系统开展了极限燃烧实验,自我挑战储能安全防护能力,树立客户对于其储能产品可靠性、使用寿命的信心。
当然,针对光储项目来说,客户其实更在于的是生命周期内的高收益、以及各种场景化下的在线率。而华为基于光储设备研发的经验积累,并结合实测中表现出的优异性能,尤其是在前期的建模仿真方面的投入,让客户真正感受到了华为光储产品服务的高质量与高价值。
而作为构网技术能力之一,虚拟惯量的实现高度依赖复杂的控制算法,一旦算法存在漏洞将会导致频率震荡,严重的将引发全网电力系统崩溃。而华为在控制算法方面,其实是佼佼者。
为缩小建模仿真与实际工作的最大差异,华为将实际场景进行数据提炼,并在数字系统构建了与实际场景1:1的数字孪生平台,开展了构网技术在内的各项测试研究。据悉,当前业内一般对模型数据精度误差要求控制在10%,而在某标杆项目实证下华为模型可以控制在2%以内,以更高标准严控技术获得了电科院的认证认可,更赢得了业主客户的主动买单。
据悉,业界光伏逆变器的平均失效率为2%,而在山东某渔光互补项目中,华为逆变器的失效率维持在5‰,以显著高于业内平均水平,直接入围业主方的替代采购名录。而且,华为不仅用模型测试提高了其自身的设备产品质量,还帮助客户的咨询公司完成了大量第三方厂家的设备建模,推动了行业的发展与进步。以沙特红海项目为例,华为前后用时长达两年、开展了超1400多项仿真测试,来验证各种场景下微电网的运行情况,以便为行业提供更佳的解决方案。
尾声
诚然,构网技术不是能源转型的“万能钥匙”,而是“技术杠杆”——它撬动的不仅是电网稳定性,更是整个电力系统的利益格局。在新能源产业高质量发展的关口,我们既看到了“重构电网”的颠覆性,也从华为的“真构网”技术所展现的真实数据,进一步深刻理解了构网的真正价值。
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