中國電力科學研究院技術戰(zhàn)略研究中心副主任趙強發(fā)表了名為《低慣量電力系統(tǒng)儲能應用探究》的主題演講。
趙強:這些年新能源的大規(guī)模接入對電網造成了很多影響,這是我近期做的一些工作,和大家探討一下。
雙碳目標將導致未來電力系統(tǒng)電源結構的變化,我在很多新聞中看到報道,由于新能源的接入擠占了傳統(tǒng)火電的空間,導致系統(tǒng)轉動慣量下降,實際上很多人對慣量的物理意義缺乏基本的認識。
我們看一個物體,假如說是直線運動,慣量是什么?慣量就是質量M,那是它固有的特性,如果一個物體是旋轉運動,那它的轉動慣量取決于這個機組的質量和它的半徑,所以一臺發(fā)電機組投產了,他的轉動慣量就不會改變了,電網增加再多的新能源,也不會導致電網轉動慣量下降,除非說你增加新能源的同時,強制要求火電退役,否則全網的轉動慣量是不會下降的。所以不能簡單說新能源增加就導致轉動慣量下降,因為轉動慣量是旋轉剛體,其大小是由質量和半徑決定的。
我自己做了一個統(tǒng)計,對1950年一直到2060年電網慣性時間常數做了預估,不見得完全準確,但可以看出趨勢變化。從2010年左右往后,電網慣性時間常數越來越低,預計到2060年,大概到3左右。實際上,歐洲電網慣性時間常數的下降遠遠早于我們,1996-2016年,歐洲電網慣性時間常數從8s下降至6.6s,丹麥從8s直接下降到3.2s,這也將是未來我國電網的趨勢,但應該是到2050年,2060年才能出現。
低的慣性時間常數會導致什么情況呢?我預估了一個時間點,就是2040年,2040年之前我個人判斷主要是新能源消納問題,主要矛盾是中短時間尺度電力平衡,2040年之后挑戰(zhàn)就比較多了,既有新能源消納+電力保供+頻率穩(wěn)定,主要矛盾是中短時間尺度電力平衡和長周期電量平衡。2040年是我個人預判的時間,主要是按照中電聯統(tǒng)計數據,按火電廠壽命30-35年,從2035年開始國內火電廠將會大量的退役,當然肯定有部分的火電有延壽。
那么儲能的作用是什么?儲能可以實現不同時間尺度電力電量平衡,下面是我做的算例:
1、儲能能提高新能源的消納。
2、不同地區(qū)效果不同。西北新能源比較多,華東地區(qū)沒有多少新能源,配儲能肯定是不同地區(qū)有不同地區(qū)的特點。
3、我看網上還有很多的聲音,覺得這個儲能的利用率太低了,目前只有12%左右,我談一點我個人的認識,儲能不創(chuàng)造能量,只是一個媒介,如果是光伏或者是風電我認為利用率越高越好,因為創(chuàng)造新的能量和價值,而儲能是搬移的手段,如果目前一個地區(qū)一個電網你的儲能的利用率達到50%,那我只能說明你這個地區(qū),你這個電網的規(guī)劃設計是有問題的,先天是不合理的。你需要50%的時間利用這個儲能,那儲能壞了你怎么辦?這一塊就不能保障供電安全了?單純用這個利用率來表示儲能的作用,我覺得值得商榷。
現在大家一直都在說,隨著電網慣量的下降,出現功率缺額后頻率初始下降頻率增大,頻率最大偏差增大,但實際上慣量大小是不影響頻率穩(wěn)態(tài)值的,這是系統(tǒng)專業(yè)的大佬人物安德森在1990年發(fā)表的一篇文獻,可以看到最開始的時候,慣量低的系統(tǒng)最低頻率更低,下降率也更陡,現在很多專家說轉動慣量下降了怎么辦?我們要給電網上虛擬慣量,我談一下自己的個人看法。
1、是否應該缺什么補什么?未來高占比的新能源火電機組少,轉動慣量少了,是否就應該缺什么補什么?你那個時候基本系統(tǒng)特性都變了,你能否換一個思路來解決問題?你用一個固有的思路缺什么補什么,缺轉動慣量就必須補轉動慣量么?
2、是否能補得上?可以算一算退役的火電機組轉動慣量有多大,是天文數字級別的,你依靠虛擬慣量你能補上這個天文數字嗎?
3、是否具有經濟性?現在的火電廠具有的轉動慣量是免費給大家的,機組設計出來發(fā)電必然需要一個大軸轉動,大家從來沒有為這個轉動的大軸提供的旋轉慣量付錢,這是免費的附加送給你的東西,現在附加送給你的大軸退役了,你說要花很多錢上虛擬慣量,這經濟嗎?
4、是否會導致新的問題?大量電力電子裝置裝了也許會導致新的振蕩問題。實際上想解決頻率問題很簡單,依靠儲能,平衡掉小部分不平衡功率,如果從工程上采用儲能而不是虛擬慣量更合適,。
我做了一個簡單的仿真,結論就是儲能可以非常有效地提高系統(tǒng)的頻率的最低點,系統(tǒng)慣性時間常數越小,作用越顯著。
原標題:中國電力科學研究院技術戰(zhàn)略研究中心趙強:低慣量電力系統(tǒng)儲能應用探究