中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:3月21日,“2018首屆全國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)在電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)中應(yīng)用高層研討會(huì)”在太原理工大學(xué)成功召開(kāi)。
本次研討會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、太原理工大學(xué)、深圳市科陸電子科技股份有限公司、廣東猛獅新能源科技股份有限公司、浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司、浙江超威電力有限公司、成都特隆美儲(chǔ)能技術(shù)有限公司、山東圣陽(yáng)電源股份有限公司、陽(yáng)光電源股份有限公司主辦,中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司、北控智慧能源投資有限公司、中天儲(chǔ)能科技有限公司、深圳市雄韜電源科技股份有限公司、北京睿能世紀(jì)科技有限公司、北京國(guó)能伏安節(jié)能科技有限公司、烯晶碳能電子科技無(wú)錫有限公司、萬(wàn)匯通能源科技有限公司、美國(guó)麥克斯威科技有限公司支持,中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)承辦。
在會(huì)議上,甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心主任汪寧勃發(fā)表了題為《高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)的需求》的主題演講,全文內(nèi)容如下:
汪寧勃:前面的各位專家都是從電池本身的角度來(lái)介紹儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。我今天跟大家分享的是高比例可再生能源電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)的需求。在說(shuō)這個(gè)話題之前,我想簡(jiǎn)單介紹一下背景。
隨著可再生能源技術(shù)的不斷進(jìn)步和超常規(guī)快速發(fā)展,引發(fā)了一系列新的變化,其中從各種各樣不同的角度表現(xiàn)出不同的特性。但是最終有幾個(gè)特性是離不開(kāi)的,也就是說(shuō),隨著可再生能源比例的增加,我們的電力系統(tǒng)逐步向可再生能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)化,而可再生能源電力系統(tǒng)的最主要的特征之一,尤其是風(fēng)、光、電這種不可控的可再生能源的大量接入以后,導(dǎo)致原端完全可控或者絕大部分可控變成了不可控,而這種不可控導(dǎo)致一系列的變化,使得電力系統(tǒng)變得和原來(lái)的電力系統(tǒng)相比,根本的屬性和特征都發(fā)生了巨大的變化。我們今天探討的主題是在調(diào)頻方面的技術(shù)需求。正因?yàn)橛捎陔娫炊说陌l(fā)電側(cè)的不可控,才導(dǎo)致了我們對(duì)調(diào)頻技術(shù)需求日趨迫切。
一、問(wèn)題提出
我們國(guó)家的可再生能源呈現(xiàn)出高常規(guī)的態(tài)勢(shì),不管它發(fā)展情況怎么樣,主要是兩個(gè)方向是必然的:一個(gè)是跟歐美國(guó)家完全接近的發(fā)展模式,就是靠近負(fù)荷中心的分布式發(fā)展模式;另一個(gè)就是我們國(guó)家特點(diǎn),集中資源屬性的遠(yuǎn)距離、大規(guī)模的發(fā)展模式。實(shí)際上對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)影響最大的還是資源導(dǎo)向,以三北地區(qū)的風(fēng)電和西部地區(qū)為主的發(fā)展模式,使得在電力系統(tǒng)當(dāng)中,可再生能源的影響日趨顯現(xiàn)。
這是我們的資源屬性風(fēng)電的特點(diǎn),風(fēng)電最主要的帶是沿著北方的一線拉過(guò)去的,其中絕大部分是其中在蒙古高原及其邊遠(yuǎn)地帶。在發(fā)展過(guò)程中,這幾年稍微有點(diǎn)變化,2015年,風(fēng)電80%集中在三北地區(qū),西部地區(qū)集中著60%以上的光伏。未來(lái),我們的資源和稟賦決定了這種發(fā)展將是我們主要的發(fā)展趨勢(shì)。在這種發(fā)展模式下形成了大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)、遠(yuǎn)距離送出的發(fā)展態(tài)勢(shì)。我以九泉新能源基地為例,在九泉這樣1000公里以外的地方,建設(shè)著千萬(wàn)千瓦的風(fēng)電基地,現(xiàn)在大概有1500多萬(wàn)千瓦的風(fēng)光電集中在區(qū)域內(nèi)。這種發(fā)展模式在全世界是獨(dú)有的,也就是距離負(fù)荷中心1000公里,像北京到南京的直線距離,蘭州到太原的空中直線距離也是1000多米。而且1500萬(wàn)千瓦已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了歐洲很多國(guó)家,比如丹麥的風(fēng)電和光伏裝機(jī)容量加起來(lái)只有600萬(wàn)千瓦。所以這個(gè)規(guī)模已經(jīng)是相當(dāng)大了。風(fēng)電本身的隨機(jī)波動(dòng)性導(dǎo)致輸電難以控制,運(yùn)行控制和系統(tǒng)穩(wěn)定都面臨巨大的挑戰(zhàn),并且存在很大的問(wèn)題,其中也包括后面分析的調(diào)峰調(diào)頻方面的問(wèn)題。
直流特高壓我們國(guó)家建了很多,九泉的直流特高壓有什么特點(diǎn)?在九泉送端,到目前為止,一千瓦的火電都沒(méi)有投,完全是光伏支撐。
二、大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)
我們做儲(chǔ)能,很大程度是因?yàn)樾履茉窗l(fā)展導(dǎo)致的。而且這種大規(guī)模的新能源發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能需求將逐步顯現(xiàn)。我們國(guó)家的新能源發(fā)展,資源的分布,并且比例比較高,甘肅現(xiàn)在已經(jīng)占總裝機(jī)總量的41.4%(2017年底的數(shù)),這個(gè)裝機(jī)比例是超過(guò)德國(guó)和丹麥的,比全世界其他國(guó)家都要高得多。
它的區(qū)位優(yōu)勢(shì),主要介紹甘肅的情況,在三北地區(qū)實(shí)際也是這樣的,包括內(nèi)蒙、新疆的裝機(jī)總量。如果跟國(guó)外的比,我們一個(gè)省風(fēng)電可以排到世界第七,光伏可以排到世界第九,比重非常大。
它本身發(fā)展的優(yōu)勢(shì)主要還是資源的稟賦和屬性的優(yōu)勢(shì)。資源稟賦主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,當(dāng)然也包括我們山西的北部,既要有好的太陽(yáng)能和風(fēng)能資源,其次還要有足夠的土地資源。大家可能很容易忽視土地資源的需求,實(shí)際上建設(shè)一萬(wàn)千瓦的光伏,按照現(xiàn)在在北緯38°-40°的角度,大概需要500畝土地。隨著轉(zhuǎn)換效率的提升,可能占地面積會(huì)降下來(lái)。但是,即便是降下來(lái),一萬(wàn)千瓦需要500畝土地,大家想一下,在東部人口稠密地區(qū),如何找到這么多地來(lái)建設(shè)?盡管這幾年分布式發(fā)展很快,屋頂、魚(yú)塘、工業(yè)建筑,從長(zhǎng)期來(lái)看,不管怎么樣引導(dǎo),最終他還是要找到一個(gè)投資盈利的模式,要有足夠好的資源,才可能支撐風(fēng)、光這種低密度能源的發(fā)展。
這是介紹一下甘肅的特點(diǎn),甘肅的風(fēng)光電發(fā)電已經(jīng)占到全省發(fā)電量的23%。售電量我們已經(jīng)1/3了,最大的月發(fā)電量占全省月發(fā)電量的29.9%,總裝機(jī)容量占到41.4%,最大的出力占到當(dāng)時(shí)的60%。最大日發(fā)電量已經(jīng)占到一半了。這種高比例的新能源發(fā)展,伴隨著其他地區(qū)的改善,這種趨勢(shì)會(huì)比較明顯。我們十年風(fēng)電增長(zhǎng)239倍,六年光伏增長(zhǎng)334倍,爆發(fā)式的增長(zhǎng)也帶來(lái)各種挑戰(zhàn)。
風(fēng)光電的隨機(jī)性大家也都在說(shuō)“棄風(fēng)、棄光”的問(wèn)題,實(shí)際甘肅目前是比例最高的省份。2016年,我們的棄風(fēng)、棄光加棄水是1000億千瓦時(shí),大家說(shuō),我們建一個(gè)三峽水電站很牛,但是國(guó)外也說(shuō),可再生能源棄帶的跟三峽電站的發(fā)電量一樣,甚至比三峽發(fā)電量還要大,這個(gè)數(shù)字是非常驚人的。除了正常狀態(tài)下,在緊急狀態(tài)下的頻率支撐和頻率穩(wěn)定也是特別需要考慮的問(wèn)題。
三、新能源出力特性
大家看這個(gè)曲線亂哄哄的,實(shí)際上這個(gè)曲線是新能源出力全年波動(dòng)的,眼花繚亂,波動(dòng)幅度非常大。
這個(gè)曲線分別是典型的風(fēng)電廠和典型的光伏電站的曲線。大家看風(fēng)電的曲線升得很快、降得很快,實(shí)際上更麻煩的是光伏。大家看旁邊那個(gè)光伏的曲線像鋸齒一樣降。風(fēng)電隨著風(fēng)的變化,還不像光的變化那么陡,旁邊那個(gè)正好是陰天,一片云過(guò)來(lái)突然就降沒(méi)了,那一片云一走又起來(lái)。大家可以想象,不管是調(diào)峰還是調(diào)頻的需求是顯而易見(jiàn)的。也就是說(shuō),隨著風(fēng)電的特性,尤其是光伏特性,很多人都認(rèn)為光伏很穩(wěn)定,白天太陽(yáng)出來(lái)了就畫(huà)個(gè)饅頭就行了。實(shí)際上,由于云遮太陽(yáng)這種特殊狀態(tài)的影響,而且會(huì)導(dǎo)致很大一片區(qū)域,這一大片光伏電站在那一瞬間都是用秒作單位的。
這個(gè)是把它轉(zhuǎn)化成每10分鐘的出力變化率,就需要我們?cè)诤罄m(xù)調(diào)峰調(diào)頻中必須解決的。在這個(gè)過(guò)程中,整個(gè)風(fēng)光電單個(gè)廠的變化率特別大,到集群,到整個(gè)基地,到全省的出力變化會(huì)相對(duì)小一些。但是相對(duì)于常規(guī)的水火電機(jī)組,它這個(gè)變化是隨機(jī)的,而且是不可控的,甚至是很難預(yù)測(cè)的。這對(duì)調(diào)頻的需求都比較大。
這個(gè)曲線,我們給出的是出力特性累積的曲線。通過(guò)這個(gè)曲線也可以看出,風(fēng)電主要集中在70%甚至60%以下的出力概率比較高,在大出力的情況下,整個(gè)風(fēng)電基地全部發(fā)滿的概率幾乎為零。
這個(gè)圖是想解釋調(diào)頻的,這是當(dāng)年九泉發(fā)生事故狀態(tài)下的PMU的率波圖。上面的曲線是電壓的變化,中間這個(gè)是電流的變化,下面這個(gè)看不太清了,是功率的變化。在這個(gè)過(guò)程中,我們除了要解決常規(guī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的情況,實(shí)際對(duì)頻率穩(wěn)定影響最大的還是在緊急狀態(tài)下的特殊頻率支撐的變化。
這個(gè)圖是750千伏匯集站的變化,如果那是一個(gè)小的點(diǎn)的話,這個(gè)已經(jīng)影響到面了。九泉地方絕大部分風(fēng)光電都匯集到750千伏。隨著事故狀態(tài)下的劇烈變化,會(huì)導(dǎo)致電壓和頻率的巨大變化,這種巨大的變化對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)頻需求是顯而易見(jiàn)的,甚至是比我們常規(guī)運(yùn)行的隨機(jī)波動(dòng)的調(diào)頻需求更加迫切,而且,對(duì)頻率響應(yīng)的速度也有特殊的要求。
伴隨著新能源的發(fā)展,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中對(duì)頻率支撐影響最大的,尤其是我們現(xiàn)在電網(wǎng)規(guī)模比較大。為什么中國(guó)和國(guó)外調(diào)頻的需求不太一樣?中國(guó)的電網(wǎng)規(guī)模,像西北電網(wǎng)的同步電網(wǎng)是最的同步電網(wǎng)之一,和東北電網(wǎng)相比。但是我們?cè)谛履茉窗l(fā)展過(guò)程中遇到的2011年發(fā)生的事故就導(dǎo)致整個(gè)西北電網(wǎng)的頻率從50Hz降到49.854Hz,超出了正常運(yùn)行狀態(tài)下的預(yù)期。伴隨著新能源的進(jìn)一步發(fā)展,對(duì)調(diào)頻的頻率穩(wěn)定支撐需求會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。
這個(gè)是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)和國(guó)外高比例新能源的對(duì)比。我們國(guó)家西部地區(qū)(主要是西北地區(qū))裝機(jī)容量的比例和發(fā)電量的比例已經(jīng)都可以和國(guó)外比較了。這張圖是甘肅的風(fēng)電和光伏理論出力和全網(wǎng)出力的比較。當(dāng)時(shí)棄光、棄風(fēng)的比例可能到了百分之二三十,如果不棄的話,綠色線以上的才是水火電的出力。
這是典型的風(fēng)電出力占比,從單個(gè)風(fēng)電廠到風(fēng)電廠群,到整個(gè)風(fēng)電基地的情況。通過(guò)這些特性的分析,跟大家想說(shuō)的一個(gè)問(wèn)題是,在高比例新能源的不斷發(fā)展過(guò)程中,對(duì)調(diào)頻的需求日益迫切。這種需求僅僅是個(gè)開(kāi)始,真正調(diào)頻的需求在未來(lái)還會(huì)更大。像甘肅這種情況下,不僅有送出的矛盾,同時(shí),伴隨著新能源隨機(jī)波動(dòng)性特點(diǎn)以外,最主要的原因是常規(guī)電源的開(kāi)機(jī)容量大幅度降低。也就是說(shuō),新能源達(dá)到一定比例以后對(duì)常規(guī)能源的替代作用逐步顯現(xiàn)以后,整個(gè)電力系統(tǒng)有功平衡的承擔(dān)責(zé)任的主體日趨淡化。實(shí)際上,火電機(jī)組在甘肅的很多狀態(tài)下已經(jīng)完全被壓到最低、最小出力下進(jìn)行,火電機(jī)組真要想調(diào)頻往下調(diào)都沒(méi)辦法,它已經(jīng)到最小出力了。很多情況下不得不采取棄風(fēng)、棄光的形式來(lái)參與調(diào)頻,這種高比例新能源調(diào)頻的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的想象。
甘肅個(gè)別時(shí)段的理論出力已經(jīng)達(dá)到用電負(fù)荷的70%以上,理論出力的值甚至達(dá)到90%,甚至100%的水平。這個(gè)時(shí)候,如果電力系統(tǒng)可再生能源的發(fā)展使得整個(gè)電力系統(tǒng)常規(guī)電源的調(diào)頻能力不足,導(dǎo)致調(diào)頻的矛盾日益突出,需要用其他的手段來(lái)參與。而且在緊急狀態(tài)下,特別是事故狀態(tài)下的調(diào)頻需求,更是很難替代,急需一種在緊急狀態(tài)下頻率穩(wěn)定支撐的有效的元素。
如果說(shuō)前面僅僅是一個(gè)開(kāi)始,未來(lái)我們國(guó)家整體的比例將進(jìn)一步提升,提升到20%的情況下,在西部地區(qū)高比例,需求將進(jìn)一步增大。西方七國(guó)和中國(guó)都提出80%可再生能源電力系統(tǒng)的愿景。很多矛盾集中體現(xiàn),其中調(diào)峰調(diào)頻的問(wèn)題是必須克服的一道坎兒。
四、調(diào)頻技術(shù)需求
在常規(guī)機(jī)組裝機(jī)容量越來(lái)越小,如何解決未來(lái)的調(diào)頻需求,這種大的趨勢(shì)帶來(lái)必然的選擇,一定要整合其他更有效的手段,當(dāng)然也包括我們化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)頻的市場(chǎng)機(jī)制。在這種情況下,既需要政策支撐,也需要技術(shù)支撐,同時(shí),還需要很好的運(yùn)行模式和體制機(jī)制的創(chuàng)新等等一系列的改變。我們認(rèn)為,在未來(lái),隨著高比例可再生能源的不斷發(fā)展,這種需求將逐步迫切,而且急需開(kāi)展高比例可再生能源的諸多方面的研究探索。只有這樣,才能使得整個(gè)電力系統(tǒng)在長(zhǎng)期持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展成為可能,也才可能實(shí)現(xiàn)能源革命轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。我的介紹就到這兒,謝謝大家!