西藏首提强配构网型储能,产业界技术进展几何?

近日,西藏自治区发展和改革委员会下发关于印发《2023 年风电、光伏发电等新能源项目开发建设方案》(简称“西藏2023新能源开发方案”)的通知,要求保障性并网光伏项目+ 储能项目配置储能规模不低于光伏装机容量的20%,储能时长不低于4小时,并按要求加装构网型装置。

自2017年青海省要求风电项目按规模10%配套储能装置以来,已有近30个省份出台新能源配储文件。今年1月12日,西藏自治区发改委发布《关于促进西藏自治区光伏产业高质量发展的意见》(简称“西藏光伏产业高质量发展意见”),就已明确要求光伏电站配套储能电站,标准与近日发布的“西藏2023新能源开发方案”一致。

相比西藏自治区发改委1月发布的“西藏光伏产业高质量发展意见”,“西藏2023新能源开发方案”额外提出了储能“加装构网型装置”的要求,实际要求配置构网型储能,这也是全国首个强制要求加装构网型储能系统的地方政策。

为何西藏要求加装构网型储能?

西藏电网历史上长期孤网运行,近年来,通过多个大型联网工程的建设,与西北电网、西南电网的连接大大加强,主网架结构上升到500KV,但部分地区仍属于弱网,尤其县域电网网架结构仍然薄弱,并且电源结构受限,以水电和光伏为主。

截止2022年9月底,西藏地区光伏累计装机规模1.39GW,占本地区总装机比重30.1%,到了冬季枯水季,水电机组出力大幅降低,光伏在西藏电网中的比例还要提高。

以风电、光伏为代表的新能源具有波动性、间歇性特点,高比例新能源除带来电力电量平衡问题,还给电力系统带来安全稳定问题。

由于采用电力电子设备与电网连接,新能源不具备传统同步发电机转子的机械转动惯量,在抗扰性、过载能力、调频调压等方面能力不足。此外,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。这也是业内关注的电力系统“双高”(高比例新能源、高比例电力电子设备)趋势带来的挑战。

目前普遍采用的跟网型储能,采用跟网型变流器技术,主要跟踪电网的电压与频率,一旦电网发生扰动,还是依赖电网电压和相位进行有功无功支撑,直到扰动过去,在跟网型变流器并网数量不断增长情况下,当电网很弱时,很可能导致大规模脱网,甚至电力系统崩溃。

构网型储能,采用构网型变流器技术,是从电源侧应对电力系统“双高”趋势带来的安全稳定问题的一种解决方案。构网型储能技术采用虚拟同步发电机技术,可以通过复制同步电机的行为和性能来加强电网,可以起到快速调频调压、增加惯量和短路容量、抑制宽频震荡等作用。

为应对“双高”挑战,电网可以通过加强网架结构、增加输电线路回路、投资建设调相机等方式来加强电网,同时,将储能系统改造为构网型储能,相当于在系统中多增加了火电机组,也是加强电网的有效方式。

“构网型储能可在并网和离网模式运行。”远景能源储能产品总工程师钱振华表示,“中国是典型的强电网,但在局部地区,已经出现了弱电网的特征,构网型储能在弱电网、离网等场景具有应用价值,未来随新能源比例进一步提升,构网型储能将具有更普遍的应用价值。”

西藏自治区所在的西北地区,是全国新能源装机比例最高的区域,预计今年新能源装机比例将超过50%,构网型储能的价值正在凸显,据悉,国网西北分部正在加快新能源和新型储能抗扰、主动支撑、感知等涉网能力改造提升,积极试点构网型新能源和储能新技术,推动新能源从并网向组网转变。

产业界构网型技术进展几何?

从全球来看,构网型储能也属于前沿技术,仅有少数国家掌握这一技术,包括美国、澳大利亚、中国均已开始推进构网型储能技术的研发和示范项目验证。

去年12月31日,湖北荆门新港一期储能项目成功并网,规模为12.6MW/26.8MWh,这是国内首个并网的大型构网型储能电站。

据了解,目前国内仅有远景能源、阳光电源、华为数字能源等少数储能厂商具备构网型储能的技术能力。

钱振华表示,构网型储能具有很高的技术门槛。首先是电子电力设备控制技术,相比跟网型储能,构网型储能需要变更基础的控制框架,还需要增强在电网扰动等情景下的自我保护能力;其次是场站级系统控制技术,这考验的是软件能力和系统控制的分析能力。

“先进煤电机组可以做到100万千瓦。” 钱振华说:“风电、储能典型的一个节点容量才2-3MW,电网连接一个100万千瓦的煤电机组,相当于构网型储能需要连接300多个风电、储能等并联节点,仅一个GW级的新能源场站,对控制的要求就是电网级的。”

国内掌握构网型储能技术的储能厂商均具有深厚的电子电力技术积累。比如远景能源是国内第二、全球第四的风电整机供应商,并早已实现了风电变频器的自研自制,风电的逆变器技术和储能的变流器技术较为相似,但设计复杂度更高。

钱振华介绍,远景体系内的远景智能基于远景自研的EnOS?智能物联网操作系统,专攻智能软件解决方案,配合远景的智慧液冷储能解决方案,已经具备了场站级控制能力。

“西藏要求配置构网型储能,说明储能是一个高技术门槛的行业。”钱振华表示:“储能厂商不仅需要通过技术进步降低全生命周期度电成本,提高可靠性,随着新能源占比提高,还需要不断增强电网支撑技术的研发、创新。”

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