現(xiàn)在電網(wǎng)非常大，但頻率波動事件仍然經(jīng)常出現(xiàn)。新能源占比提高以后，如果新能源機組不能調(diào)頻的話，系統(tǒng)頻率會逐步惡化的。如果新能源不能調(diào)頻占比20%以后，這個惡化很厲害的，最低頻率基本下降3倍。如果新能源也能調(diào)頻的話，基本跟常規(guī)的火電也差不多。對于風電場，我們覺得要配置儲能是最好的方式，雖然配置儲能會增加風電廠的投資，估算下來大約是3%的水平。如果不配置儲能，每年棄風電量的損失在20%左右。
為更好地推動我國能源高質(zhì)量發(fā)展，中國能源研究會在北京國際會議中心召開以“中國能源高質(zhì)量發(fā)展”為主題的年會。其中中國能源研究會儲能專業(yè)委員會于8日下午舉辦此次年會的分論壇，主題為“儲能技術創(chuàng)新與熱點市場實踐交流”。會上，冀北電科院新能源所所長劉輝作“電源側(cè)儲能應用實踐與關鍵技術”主題報告，以下為報告全文。
劉輝：各位專家、各位嘉賓大家下午好!
新能源的發(fā)展形勢是新能源側(cè)要裝儲能的背景，最近幾年新能源的風電和光伏裝機都是世界第一位，基本比第二名兩倍還要多，馬上三倍了。其中有幾個省新能源的裝機占比超過40%，因為我來自于冀北，冀北有一個特點新能源裝機占比是第一個超過50%的省級電力公司。2015年的時候國務院批準了張家口的可再生能源的示范基地建設，冀北的新能源發(fā)展后勁還是很足的。新能源發(fā)展以后面臨的挑戰(zhàn)，間歇性和波動性的問題。右邊的圖是很著名的鴨子曲線，它說明的是光伏裝機比例高了以后，電網(wǎng)的調(diào)節(jié)難度壓力變大，等效的電谷差加大。
間歇性和波動性的問題是新能源發(fā)展存在的老問題，是近十年行業(yè)關注的重點。慣量和一次調(diào)頻能力缺失是最近兩三年學術和工程界熱門的問題，虛擬同步機的應用應運而生。我這里澄清一個觀點，風電機組轉(zhuǎn)動慣量是物理上存在的，但沒有與電網(wǎng)耦合起來，所以從電網(wǎng)角度轉(zhuǎn)動慣量是缺失的，不像火電一樣，是與電網(wǎng)剛性聯(lián)系起來的。風電沒有把風電機組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率關聯(lián)起來。
現(xiàn)在電網(wǎng)非常大，但頻率波動事件仍然經(jīng)常出現(xiàn)。新能源占比提高以后，如果新能源機組不能調(diào)頻的話，系統(tǒng)頻率會逐步惡化的。如果新能源不能調(diào)頻占比20%以后，這個惡化很厲害的，最低頻率基本下降3倍。如果新能源也能調(diào)頻的話，基本跟常規(guī)的火電也差不多。
在這種情況下，依托于張北的風光儲示范工程做了一個些有效的實踐，2009年國家電網(wǎng)準備在在張北建一個風光儲聯(lián)合發(fā)電示范工程。一期設計考慮新能源波動和間歇性的問題的問題，那個時候還沒有考慮轉(zhuǎn)動慣量支撐和一次調(diào)頻的問題。工程一期在2011年底投產(chǎn)，二期工程陸陸續(xù)續(xù)分別在2012年和2013年投產(chǎn)。風電現(xiàn)在規(guī)模是50萬的風電廠，光伏是10萬的電站，儲能目前上的一期儲能為主，大概2萬多MW水平。
風光儲建成投運以后，破解新能源并網(wǎng)的難題上做了很多有效的探索。特別是在大規(guī)模儲能集成上面，這是國內(nèi)比較早的工程，剛才各位專家匯報的江蘇的，包括火電廠的調(diào)頻，底層集成的技術應該很類似。這個工程比較早，當時國內(nèi)主流的鋰電池廠家的產(chǎn)品在風光儲都有應用，從這樣來講，也是示范工程的重要貢獻。
張北工程是個示范工程，經(jīng)濟效益不是追求的第一位，在這個里面也示范了很多類型的技術，光伏示范了五種類型，基本世界上有的技術它都有。
風電主要以大容量風電為主，最大的風機是5MW。
今天主要給大家說儲能的事，儲能總的功率大概2萬多，以鋰電池為主，鋰電池是14MW/63MWh。鉛酸電池是12MWh，鈦酸鋰電池是1MW/0.5MWh，液流電池2MW/8MWh，超級電容儲能系統(tǒng)1MW。這個工程建設過程中，從前期的設計、關鍵技術攻關，今天在坐的來小康所長發(fā)揮了重要作用。
從系統(tǒng)層面來看，風光儲跟一般的光伏能源不一樣，實現(xiàn)了風光儲聯(lián)合儲存的問題，控制上來講研制出風光儲聯(lián)合發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)。功能上，實現(xiàn)了平滑出力、削峰填谷、跟蹤計劃。我們對風光儲的電池經(jīng)常做試驗，投運是2011年，到現(xiàn)在接近五六年時間，在去年10月份跟它的鋰電池產(chǎn)品都做了試驗。能量保持率大概在90%的水平，轉(zhuǎn)化效率大家的定義方式有很多，我們這個是交流進交流出的效率，大概在90%左右的水平。
鉛酸電池做的試驗大概是70%多，液流大概是55%。
最后一部分我給大家匯報的重點，去年在風光儲做的虛擬同步機的工程，這個工程在整個去年年底投運。剛才許繼介紹，許繼也參與項目還有一個公司，產(chǎn)品也主要是這兩個廠家提供的。我們在光伏、風電都做了嘗試。今天給大家匯報的是光伏+分布式儲能，還有集中的電站的虛擬同步機。
系統(tǒng)頻率之所以穩(wěn)定，主要是由于火電機組的調(diào)頻能力。如果新能源機組不具備這個調(diào)頻能力，它的波動也是比較大的。我們做了很多嘗試，也做了各種各樣的調(diào)整，一天24小時以內(nèi)，如果和火電設備一樣，基本動的頻次很高幾百次。新能源的調(diào)頻從另外一個層面是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行，我個人認為它也是有必要的。整個逆變器的容量500千瓦，電池的配置是10%，是50千瓦，選了兩種電池，一種是鋰電池，還有一種是超級電容。
這是實際運行的情況。虛擬同步機功能改造完以后，對新能源機組的發(fā)電量沒有什么影響。光伏沒有完全改，剩下的儲能都是用集中式儲能解決調(diào)頻問題。
這是鋰電池和超級電容的對比，鋰電池在響應時間不如超級電容。但在其他方面，支撐時間、調(diào)頻備用都比超級電容要好。二者的投資造價差不多，我們從系統(tǒng)的角度來看，更希望一是調(diào)頻的支撐時間長一些，我們知道火電機組現(xiàn)在的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻銜接，要想銜接上需要2分鐘。如果支撐15s的話，頻率下來怎么辦?。這是我們做的兩個集中式的儲能，有一些光伏發(fā)電站沒有做虛擬機的改造，沒有改造的部分，做了兩臺5兆瓦的集中式，它的功能比較豐富，除了常規(guī)做二次調(diào)頻功能以外，主要有一次調(diào)頻、慣量支撐的功能、調(diào)壓的功能、振蕩抑制功能、黑啟動功能。
配置兩臺5MV集中式儲能，它是10MW，對應的電源的容量應該是100MW水平。虛擬同步機解決了一些集成控制問題，采用總控和模塊分層控制結(jié)構(gòu)，主要防止功率單元并聯(lián)引起環(huán)流和振蕩的問題。這幅圖是黑啟動試驗波形，整個儲能黑啟動0起升壓，從0到50伏的過程，把這兒放大，這個過程需要1s鐘時間電壓就起來。
對于風電場，我們覺得要配置儲能是最好的方式，雖然配置儲能會增加風電廠的投資，估算下來大約是3%的水平。如果不配置儲能，每年棄風電量的損失在20%左右，我們做過統(tǒng)計分析。今天由于時間分析，就給大家匯報分享這么多，謝謝大家!
