“雙碳”目標(biāo)的提出，讓新能源發(fā)電迎來(lái)了發(fā)展良機(jī)。不過(guò)由于光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電不具備調(diào)頻和慣量響應(yīng)能力，反而讓電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰壓力日趨嚴(yán)峻。如何更好地解決這一問(wèn)題？在國(guó)慶節(jié)前剛剛落幕的、由世紀(jì)新能源網(wǎng)主辦的“2021第六屆東北能源與經(jīng)濟(jì)峰會(huì)”上，來(lái)自北京鴻普惠信息技術(shù)有限公司的王學(xué)博，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

 

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2021年3月，我國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到5.46億kW，全國(guó)發(fā)電總裝機(jī) 22.2億kW ，占比達(dá)24.6%。其中，光伏累計(jì)裝機(jī)容量2.59億KW，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量2.87億KW。而根據(jù)“雙碳”目標(biāo)的計(jì)算，2030年，我國(guó)風(fēng)電、光伏總裝機(jī)要達(dá)到12億kW以上。

新能源發(fā)電的飛速發(fā)展，對(duì)于“雙碳”目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)當(dāng)然是好事。不過(guò)由于新能源發(fā)電相對(duì)傳統(tǒng)火電、水電穩(wěn)定性差，在接入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)引發(fā)兩大問(wèn)題：一是由于特高壓直流閉鎖引發(fā)電網(wǎng)頻率擾動(dòng)；二是新能源發(fā)電大比例接入會(huì)擠占常規(guī)火電、水電的調(diào)節(jié)慣量，讓電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰壓力日趨嚴(yán)峻。

據(jù)王學(xué)博解釋?zhuān)捎陔娋W(wǎng)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷，發(fā)電和負(fù)荷必須保持動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)電大于負(fù)荷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致頻率升高，需要降有功；當(dāng)發(fā)電小于負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致頻率降低，需要升有功。在傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)以3000轉(zhuǎn)/小時(shí)的速度在轉(zhuǎn)，與電力系統(tǒng)強(qiáng)耦合，是維持電網(wǎng)頻率的基礎(chǔ)，能提供一定的慣量。而隨著新能源裝機(jī)占比增高，同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)減少，電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性需要新能源電力來(lái)維持，不過(guò)由于光伏、風(fēng)電是通過(guò)電力電子設(shè)備連接到電網(wǎng)的，不具備調(diào)頻能力，也不具備慣量響應(yīng)能力，所以會(huì)讓電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

為了穩(wěn)定地調(diào)節(jié)頻率，就需要用到一次調(diào)頻和慣量技術(shù)。

所謂一次調(diào)頻，是指電網(wǎng)的頻率一旦偏離額定值時(shí)，電網(wǎng)中機(jī)組的控制系統(tǒng)就自動(dòng)地控制機(jī)組有功功率的增減，限制電網(wǎng)頻率變化，使電網(wǎng)頻率維持穩(wěn)定的自動(dòng)控制過(guò)程。

電力系統(tǒng)上的廣義慣量，則是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)（頻率）改變的抵抗程度，涵蓋了在調(diào)速系統(tǒng)作用前所有抑制頻率變化的因素。既包括具有慣量響應(yīng)特征的電源側(cè)同步機(jī)慣量、負(fù)荷側(cè)異步機(jī)慣量及電壓源型虛擬慣量，電流源型虛擬慣量，同時(shí)涵蓋靜態(tài)負(fù)荷電壓-功率響應(yīng)產(chǎn)生的等效慣量。

由于光伏、風(fēng)電缺少慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻的能力，大量采用新能源發(fā)電的英國(guó)，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)大規(guī)模停電事故。

2019年8月6日，英國(guó)發(fā)生了一次大停電，大約100多萬(wàn)人受到了影響，主要的原因是當(dāng)時(shí)其新能源發(fā)電占比35%左右，由于同步發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)少，新能源場(chǎng)站不具備慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻的能力，所以造成了此次事故。

對(duì)于新能源場(chǎng)站的安全接入問(wèn)題，我國(guó)很早就著手修改《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，1981年推出了第一版，2001年推出了第二版，為電力系統(tǒng)行標(biāo)；2020年7月1日，由電力系統(tǒng)標(biāo)桿升級(jí)為強(qiáng)制國(guó)標(biāo)。該導(dǎo)則主要增加的地方有兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是對(duì)直流穩(wěn)定做出了一些新的規(guī)定；第二點(diǎn)是對(duì)新能源做出了規(guī)定。

在新能源接入方面，《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定，包括35kv及以上的所有電源，水電、火電、風(fēng)電、光伏、核電、光熱、儲(chǔ)能、抽水蓄能等，必須具備一次調(diào)頻和快速調(diào)壓的能力，在新能源發(fā)電占比比較高的地區(qū)，新能源場(chǎng)站要提供必要的換量和短路容量支持能力。

國(guó)標(biāo)出臺(tái)后，各地方能源局、電網(wǎng)公司隨后也出臺(tái)了相應(yīng)的細(xì)則，大多數(shù)規(guī)定新能源場(chǎng)站必須具備一次調(diào)頻能力，但在慣量方面，只有云南出臺(tái)了具體規(guī)定，遼寧做了試點(diǎn)，沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定。

對(duì)于原有新能源場(chǎng)站配備一次調(diào)頻問(wèn)題，則給了1-3年的過(guò)渡期。

在一次調(diào)頻及慣量技術(shù)方面，北京鴻普惠領(lǐng)跑行業(yè)，在除臺(tái)灣以外的全國(guó)各地區(qū)，做了上百個(gè)成功案例。既有無(wú)配置儲(chǔ)能的新能源電站慣量、調(diào)頻拓?fù)?，也有配置?chǔ)能的新能源電站慣量、調(diào)頻拓?fù)?，還有行業(yè)經(jīng)常用的飛輪一次調(diào)頻/慣量方案。