本期嘉宾 · 网冀北电科院 新能源所所长 刘辉
国网冀北电科院介绍
初夏时节，坝上草原“风光”无限。张家口地区新能源资源丰富，已开发和规划开发的新能源装机规模巨大，据测算，到2020年张家口新能源装机将达到2000万千瓦。资源与需求之间的“逆向分布”是我国新能源开发与利用所面临的最大问题，同时也决定了我国能源发展的走向与对策。近年来，国网冀北电力不断加快清洁能源外送通道建设，加强电源汇集改造，打造新能源大范围优化配置的坚强平台，满足新能源集中大规模开发利用的实际需求。刘辉，现任国网冀北电科院新能源所所长。他谨言慎行，并带领新能源所在发展的道路上努力奔跑、追梦前行，同时他不断扩大自己的队伍，现如今新能源部门由原来的六人发展成为现在的30多人，绘就了一条释放潜力的发展轨迹，踏出了追求卓越的铿锵足音！国网冀北电科院是在华北电科院划转国网冀北电力有限公司后挂牌成立。现如今一套人马两个牌子，对外的市场服务主要体现在华北电科院，对内的技术支撑主要体现在冀北电科院。刘辉介绍道：“我们院专业齐全，主要包括热控所、汽机所、锅炉所、金属所、化学所、电网技术中心、客户服务中心、设备状态能量中心和计量中心。此外电科院还有一个特色部门，那就是2011年成立的新能源所。新能源所主要从事两个专业方向：一是新能源发电，二是储能，其中储能和今天的主题相关。储能这块的主要业务我们分成两类，一类科技攻关，比如储能本体机理研究、储能容量优化配置、系统运行控制等；另外一类是储能系统运维与现场试验。前几年国网公司在张北建设了风光储示范工程，目前该工程风电装机45万千瓦，光伏装机10万千瓦，并配备了7类共33MW储能系统。服务于示范工程的建设和运行维护，每年我们会做大量的实验与分析工作，为储能专业积累了工程经验。”接着刘辉介绍道：“我们所在的冀北地区作为国家8个千万千瓦级风电基地之一，现在风电装机规模已达到1300万，光伏500万。”为更好的服务新能源发展，国家电网公司大力开展电网前瞻技术研究，2016年依托国家风光储输示范工程，启动了新能源虚拟同步机示范工程建设，探索适应中国国情的新能源主动支撑电网技术和工程实现方案。
虚拟同步机的作用阐述
那么虚拟同步机在新能源电站上可以起到什么样的作用？有什么样的意义？刘辉从原理上解释道：“常规电力系统是一个发、输、配、用实时平衡的系统，中间没有储存环节，这是由电本身的特性决定的，发电的控制和电力输送都要围绕发用平衡展开。生活中突然开了个电饭煲，或者在工厂里启动一个大型电动机，负荷像这样实时变化怎么办？发电机出力就要实时变化，这就是同步发电机的一次调频功能，它可以使火电机组不接收上上级指令，而直接根据电网的一些特征（比如说系统频率的变化、电压的变化等）等进行自主调整，现在的新能源尚不具备这个能力。当新能源占比很小时，传统火电、水电机组可调容量可完全满足负荷波动，而当新能源发电越来越多，同步发电机既要平衡负荷侧功率变化，又要平衡发电侧新能源出力波动，不堪重负。为保证电力系统运行和用户的用电安全，要求新能源具备类似火电机组根据电网频率和电压实时变化出力的能力，这就是新能源虚拟同步发电机技术。需要说明的是，要变成虚拟同步机，新能源机组需要具备两方面的条件，第一要有一定能量储备，例如此时新能源电站正按照10万千瓦发电，负荷突然增加，新能源电站需发出12万千瓦电力，这个时候就需要储能装置或其他能量源释放能量；第二需要有相应的控制系统。”
重视储能安全
储能系统的运行安全已经成为一个行业关注点，刘辉对此表示：“现在业内对储能安全机理的理解尚不深刻，工程预防和消防措施尚不完备，我们担心一旦爆发规模化的安全事故，行业的发展将会遇到“倒春寒”。可以注意到，储能行业已开始从电池本体质量、系统集成设计、电化学储能消防方案、标准等方面发力改善以期达到防患于未然的效果，但目前行业内还没形成能一致认可的实用化安全防护技术，多是在传统的七氟丙烷灭火方式上做文章，外在的消防措施很难有实质性的帮助。”
新能源大规模接入电网
那么新能源在大规模接入电网中遇到哪些问题？又是怎样克服的呢？刘辉介绍道：“主要有以下几个问题：首先是风电消纳问题，我们认为这是最主要的问题。这些年弃风弃光争议很大，媒体报道过，老百姓也都知道，这是中国新能源发展过程中出现的的问题，国务院非常重视，督促发电公司和发电集团出具可行方案缓解弃风弃光。在这样的背景下，国网公司前几年提了一个目标：截止到2020年，弃风率要降到5%，弃光率降到3%以内，同时配套了多项举措进行落实，例如优先调度新能源发电、破除省间壁垒推动跨省送电、划分绿橙红预警区域、积极推动辅助服务市场提升火电调峰积极性等，因此这两年弃风弃光情况得到一定程度的改善，例如冀北地区2018年弃风率为5.5%，弃光率为3.5%，但是在西北一些地区，比如新疆甘肃，弃风弃光现象还是相对来说比较严重。 除此以外，还有一些运行上的难题，主要分为以下两个方面。一是新能源的间歇性问题，这是由风光资源禀赋决定，比如下雨光伏不发电，不刮风就风机发不了电，所以它的间歇性是必然的。二是新能源机组不能根据电网的变化实时调节出力，也就是主动支撑电网能力的缺失。在解决办法上，对于波动性、间歇性的问题，前几年做了很多的讨论，风光储联合发电就是其中的一项有益探索。举个例子，今天上午风很大，电网消纳不了，那我就让储能装置进行充电，等到下午没风的时候再让储能装置释放电能，这样既考虑了负荷需求，也保证资源的不浪费，因此前些年国内建设了很多风光储示范工程，国外像西班牙、葡萄牙在风光储联合发电方面都做的挺好；而主动支撑电网能力的缺失的问题，则运用虚拟同步机则可以很好的解决。”两者在技术层面对比上，刘辉认为虚拟同步机的技术解决起来稍微简单一些。他解释道：“虚拟同步机对于储能容量配置的要求相对来说较小，而治理风光发电间歇性问题则需要配置大容量储能系统，一次投资大导致新能源+储能模式推广应用情况并不是特别好，近些年储能成本虽然下降了很多，但仍然较高；另外目前国内还未出台一些辅助服务政策去让其获利，因此这些年储能并没有得到大规模的应用。”
