構網(wǎng)型儲能發(fā)展的四大挑戰

隨著(zhù)儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，并網(wǎng)型儲能不再滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，構網(wǎng)型儲能應運而生。伴隨西藏、新疆等地構網(wǎng)型儲能需求頻繁，構網(wǎng)型儲能技術(shù)逐漸獲得關(guān)注。儲能構網(wǎng)型技術(shù)從本質(zhì)上講，構網(wǎng)是通過(guò)PCS來(lái)實(shí)現的，因此構網(wǎng)型技術(shù)一定程度上反饋了PCS的核心能力。

構網(wǎng)型儲能技術(shù)最核心的點(diǎn)在于，它以電池作為能量載體，以功率變換單元也就是儲能變流器作為傳遞媒介，輔以構網(wǎng)控制核心，來(lái)虛擬大型的同步發(fā)電機，為電網(wǎng)提供慣性，幫助解決調峰調頻能力不足、電壓穩定裕度低、暫態(tài)過(guò)電壓、寬頻振蕩等問(wèn)題，確保電網(wǎng)的穩定性和安全性。其顯著(zhù)特征在于需要能量，以及輸出由傳統的電流源型變?yōu)殡妷涸葱汀?/p>

2023年5月，西藏發(fā)改委首次提出風(fēng)電光伏新能源項目配套儲能需“加裝構網(wǎng)型裝置”的要求。未來(lái)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，利用構網(wǎng)型儲能來(lái)彌補“雙高”電網(wǎng)下系統的慣量降低是新型儲能領(lǐng)域的長(cháng)期技術(shù)發(fā)展趨勢。無(wú)獨有偶。7月10日，新疆自治區發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于組織上報2023年獨立新型儲建設方案的通知》，提出積極探索建設構網(wǎng)型儲能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地構網(wǎng)型儲能比例原則上不低于年度新型儲能規模的20%。

新型電力系統對于構網(wǎng)型變流器的需求也逐步在增加。具體來(lái)看，需要構網(wǎng)型儲能主動(dòng)提供電網(wǎng)電壓，能夠提供電網(wǎng)慣量支撐，根據系統需要自主提供系統慣量，具備故障穿越能力和阻尼可控能力。

構網(wǎng)型儲能逐漸成為行業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)。構網(wǎng)型儲能相比微網(wǎng)，難度大很多。構網(wǎng)型儲能需要解決新型電力系統里電網(wǎng)短路容量、改善系統轉動(dòng)慣量、優(yōu)化頻率電壓控制、提供故障穿越支撐等難題。

當前，構網(wǎng)技術(shù)處于發(fā)展初期。但面向越來(lái)預告新能源高比例接入，構網(wǎng)技術(shù)成為建設高質(zhì)量電網(wǎng)的重要“通路”。構網(wǎng)型儲能玩家增多的同時(shí)，不容忽視的是構網(wǎng)型儲能仍處于初期發(fā)展階段。具體表現，當前構網(wǎng)型儲能的功能定位、并網(wǎng)和調度運行管理及技術(shù)要求均尚不明確。而來(lái)自技術(shù)、協(xié)調、標準體現、成本等均具備不少挑戰。

第一大挑戰，正是來(lái)自技術(shù)的挑戰，主要體現在單機過(guò)載、過(guò)流能力，同時(shí)還要適應具備差異化的電網(wǎng)環(huán)境。從技術(shù)角度看，首先，構網(wǎng)型儲能技術(shù)具有較高的技術(shù)壁壘，核心考驗的PCS能力，可構建起支撐電網(wǎng)穩定運行的電壓源。短時(shí)過(guò)載成為“剛需”。目前，行業(yè)普遍采用“超配”2-2.5倍PCS的方式來(lái)滿(mǎn)足儲能系統在3倍過(guò)載時(shí)能夠提供10秒的支撐能力。如何加強變流器的過(guò)流能力，從而有效降低因變流器電流快速增長(cháng)帶來(lái)的過(guò)流風(fēng)險危及變流器硬件組件，是當前對于構網(wǎng)型設備面臨的主要技術(shù)挑戰之一。具體來(lái)看，如何提高構網(wǎng)型儲能過(guò)流能力、單機過(guò)載能力仍是當前重要難題;而由于不同電網(wǎng)或地區差異化的構網(wǎng)要求，使得構網(wǎng)型儲能控制算法、仿真建模要不斷積累創(chuàng )新，方能適應不同的電網(wǎng)。

第二個(gè)挑戰：如何與其他電壓源設備協(xié)調，處理好多個(gè)電壓源的問(wèn)題。和儲能電站已有的其他模擬電壓源“搶活兒”是當前構網(wǎng)型儲能發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。構網(wǎng)型儲能作為電壓源，若多臺電壓源設備并列運行，可能存在環(huán)流、搶功率等問(wèn)題，影響系統的穩定性。構網(wǎng)型設備如何與這些已有的無(wú)功源設備相互協(xié)調也是當前構網(wǎng)型儲能需要技術(shù)突破的重點(diǎn)方向。

第三大挑戰，亟需完善構網(wǎng)型儲能的標準體系。構網(wǎng)型儲能硬件還缺乏相應的標準和規范，比如技術(shù)定位、技術(shù)規范、功能要求、測試規范、驗收標準等亟待出臺。具體來(lái)看，首先，構網(wǎng)型儲能技術(shù)的應用逐漸增多要求儲能系統及涉網(wǎng)的保護定值需重新設定，比如BMS、斷路器等設備的過(guò)電流保護定值需調整以躲過(guò)短時(shí)過(guò)載電流等;其次，構網(wǎng)型儲能應用于大電網(wǎng)工況下的功率分配標準和在未來(lái)電網(wǎng)中裝機占比等問(wèn)題開(kāi)展研究?，F階段，構網(wǎng)型儲能硬件標準缺乏，而PCS缺乏型式試驗報告和制造標準。有專(zhuān)家呼吁，要建議加快制定相應規程規范，明確主要構網(wǎng)技術(shù)指標，完善構網(wǎng)型技術(shù)在大電網(wǎng)層面應用的相關(guān)標準體系建設。華能清能院去年牽頭了全球第一個(gè)關(guān)于構網(wǎng)型變流器的完整標準《構網(wǎng)型儲能變流器技術(shù)規范》，吸引了華為、陽(yáng)光電源、西門(mén)子、匯川技術(shù)等20余家企業(yè)參與標準討論，目前已于2023年12月26日發(fā)布。同時(shí)，國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院牽頭制定電工技術(shù)學(xué)會(huì )標準《構網(wǎng)型儲能系統并網(wǎng)技術(shù)規范》《構網(wǎng)型儲能系統并網(wǎng)測試規范》，于2023年12月27日發(fā)布。當前，目前國內構網(wǎng)國標未出，正由中國電科院牽頭準備申請國標。

實(shí)際應用方面，以新疆為例，當地發(fā)布了電網(wǎng)地方標準，要求3倍過(guò)載10秒的需求。為滿(mǎn)足3倍過(guò)載能力，構網(wǎng)型儲能系統需要考慮PCS的最大過(guò)載能力、升壓變過(guò)載能力、開(kāi)關(guān)柜內斷路器的最大過(guò)載能力、電流匯流柜內熔斷器和負荷開(kāi)關(guān)的過(guò)載能力、高壓盒內熔斷器及接觸器或隔離開(kāi)關(guān)的過(guò)載能力、動(dòng)力線(xiàn)纜和鋁排的過(guò)載能力，根據單個(gè)部件的過(guò)載能力選配不同的儲能設備配置方案。

第四個(gè)困局則是如何解決構網(wǎng)型儲能成本較高的難題。為了滿(mǎn)足短時(shí)擴展能力，PCS需要具備較大的容量冗余，這直接增加了系統成本。構網(wǎng)型儲能設備過(guò)流能力由1.5倍提升至3.0倍，整套儲能系統設備超配，成本相應“上漲”。而在盈利模式方面，構網(wǎng)型參與慣量支撐，頻率，黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)的評價(jià)和回報機制尚不明確。以上述新疆案例來(lái)看，目前方案還是在0.25C系統內需要PCS及變流器超配來(lái)實(shí)現，對整體系統成本要求高，需要針對實(shí)際需求研發(fā)適用于構網(wǎng)應用的專(zhuān)用儲能系統設備。

總體而言，從構網(wǎng)型儲能投運項目運行經(jīng)驗來(lái)看，構網(wǎng)型儲能還在發(fā)展的初期階段，構網(wǎng)型儲能需要設備企業(yè)、研究機構、業(yè)主單位、規劃設計、并網(wǎng)調度等多方力量共同推動(dòng)，才能不斷提升構網(wǎng)型儲能技術(shù)突破及大規模推廣應用。