創(chuàng)投旗艦店 | 構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能行業(yè)研究

　　如果您對(duì)文章有更深入的見解與想法，可以聯(lián)系本文作者：南京市創(chuàng)新投資集團(tuán)投資四部 張嘉勛 zhangjx@njicg.com

　　一、行業(yè)背景

　　新型電力系統(tǒng)的“雙高”特點(diǎn)是高比例的可再生能源接入和高比例的電力電子設(shè)備應(yīng)用。高比例新能源的接入使得電力系統(tǒng)短路容量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，頻率、電壓穩(wěn)定問題凸顯，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了風(fēng)險(xiǎn)。此外，電網(wǎng)無法對(duì)偏遠(yuǎn)海島、山區(qū)等地區(qū)提供充足的電能，該地區(qū)有建設(shè)微電網(wǎng)的需求。與跟網(wǎng)型儲(chǔ)能相比，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)可以補(bǔ)償系統(tǒng)缺失的慣性阻尼，為系統(tǒng)提供可靠的電壓、頻率支撐，特別是對(duì)微電網(wǎng)提供有效支撐。

　　二、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展歷程

　　1997—2009年，IEEE Task Force工作組A-A Edris、德國勞斯克塔爾工業(yè)大學(xué)的Beck教授、英國謝菲爾德大學(xué)鐘慶昌教授等多位學(xué)者先后提出“靜止同步機(jī)”“虛擬同步機(jī)”及“Synchronverter”等概念，通過模擬同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型，虛擬了同步發(fā)電機(jī)的電磁特性、轉(zhuǎn)子特性、調(diào)頻和調(diào)壓特性。

　　2021年，美國能源部太陽能技術(shù)辦公室發(fā)起成立了構(gòu)網(wǎng)型逆變器通用互操作性聯(lián)盟(UNIFI)，以實(shí)現(xiàn)太陽能、風(fēng)能、電池和電動(dòng)汽車等基于逆變器的資源的無縫集成。

　　2022年7月27日，特斯拉公司將位于澳大利亞Hornsdale Power Reserve 的150MW/193.5MWh電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)由跟網(wǎng)型升級(jí)為構(gòu)網(wǎng)型。

　　2022年12月，澳大利亞可再生能源局劃撥1.75億澳元，用于新建和改造2GW/4.2GWh的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目。同月，中國首個(gè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站——湖北荊門新港一期12.6MW/26.8MWh構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目并網(wǎng)。

　　2023年，由國家電網(wǎng)青海電科院聯(lián)合中國電科院共同開展的構(gòu)網(wǎng)型光儲(chǔ)系統(tǒng)并網(wǎng)性能現(xiàn)場測(cè)試在青海共和華潤濟(jì)貧光伏電站實(shí)施。同年，科華數(shù)能在寧夏的百M(fèi)W級(jí)共享儲(chǔ)能項(xiàng)目開展構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用。

　　2023年至2024年9月，國內(nèi)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)招標(biāo)總量約3.63GW/8.37GWh。

　　三、技術(shù)路線對(duì)比

　　構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能與跟網(wǎng)型儲(chǔ)能是兩種不同的儲(chǔ)能技術(shù)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和功能上有顯著的區(qū)別。

　　跟網(wǎng)型儲(chǔ)能：儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作狀態(tài)依賴于電網(wǎng)的電壓和頻率。在跟網(wǎng)模式下，儲(chǔ)能變流器會(huì)精準(zhǔn)地捕捉電網(wǎng)的相位信息，通過鎖相環(huán)(PLL)測(cè)量并網(wǎng)點(diǎn)(PCC)的相位，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步。這種控制模式使得儲(chǔ)能系統(tǒng)自身無法提供電壓和頻率支撐，必須依賴電網(wǎng)提供的穩(wěn)定電壓和頻率才能正常工作。在孤島和離網(wǎng)模式下，跟網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行。跟網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)更適用于電網(wǎng)穩(wěn)定性較好的區(qū)域。

　　構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能：模擬常規(guī)同步發(fā)電機(jī)特性，能夠自主設(shè)定電壓參數(shù)，輸出穩(wěn)定的電壓與頻率，提升變流器的電壓、頻率支撐能力，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在頻率和慣量支撐方面，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)通過控制釋放直流側(cè)儲(chǔ)能能量，等效為同步機(jī)慣量機(jī)械能或阻尼能量，進(jìn)而提供慣量響應(yīng)與振蕩抑制。

　　逆變器主要有兩種控制技術(shù)，即跟網(wǎng)型控制技術(shù)和構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)。當(dāng)前，并網(wǎng)儲(chǔ)能逆變器通常采用跟網(wǎng)型控制技術(shù)。

　　四、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能的市場空間

　　根據(jù)高工產(chǎn)研儲(chǔ)能研究所(GGIL)的數(shù)據(jù)，2023年澳大利亞、歐洲、美國、中國的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能滲透率分別為23%、8.6%、2.6%、1.3%。從構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能裝機(jī)量看，2023年澳大利亞的累計(jì)裝機(jī)量約為0.53GW，中國的累計(jì)裝機(jī)量約為0.46GW，歐洲的累計(jì)裝機(jī)量約為0.34GW，美國的累計(jì)裝機(jī)量約為0.21GW。GGIL預(yù)計(jì)2024年中國構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到2GW，2025年累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到7GW。從招標(biāo)總量看，2023年至2024年9月，中國構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)招標(biāo)總量約3.63GW/8.37GWh。

　　GGIL預(yù)計(jì)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能未來5年在全球有望達(dá)到20%滲透率?！?024年中國新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》預(yù)測(cè)2030年中國新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到170GW。假設(shè)新型儲(chǔ)能中構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能占比為15%-20%，預(yù)計(jì)2030年中國構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)25.5GW-34GW。

　　五、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用案例

　　1、新疆克州300MW/1200MWh構(gòu)網(wǎng)型獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目

　　2、運(yùn)城市芮城縣莊上村“光儲(chǔ)直柔”新型配電系統(tǒng)項(xiàng)目

　　3、湖北荊門新港50MW/100MWh儲(chǔ)能電站

　　六、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能與虛擬電廠的發(fā)展

　　虛擬電廠通過先進(jìn)的通信、控制和管理技術(shù)，整合海量地理位置分散的分布式電源、儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等資源，對(duì)外形成一個(gè)統(tǒng)一整體，像傳統(tǒng)電廠一樣，參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力市場交易。虛擬電廠能否像傳統(tǒng)同步電廠一樣，為電網(wǎng)提供慣性支持，這對(duì)于未來高滲透率可再生能源電網(wǎng)的安全穩(wěn)定至關(guān)重要。虛擬同步發(fā)電機(jī)(VSG)控制是構(gòu)網(wǎng)型逆變器提供慣性支持的有效方式。VSG通過模擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，引入了慣性環(huán)節(jié)，同時(shí)保留了頻率/功率靜差特性。使用構(gòu)網(wǎng)型逆變器構(gòu)建同步虛擬電廠，可以實(shí)現(xiàn)虛擬電廠慣性水平的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。

　　七、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能的未來發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著新能源滲透率不斷提升，“跟網(wǎng)型”向“構(gòu)網(wǎng)型”轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)，成為儲(chǔ)能技術(shù)未來發(fā)展的趨勢(shì)之一。

　　構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)未來的發(fā)展有以下趨勢(shì)：

　　趨勢(shì)1：構(gòu)網(wǎng)型光儲(chǔ)一體化技術(shù)的發(fā)展，使光伏系統(tǒng)具備強(qiáng)慣量支撐、瞬時(shí)穩(wěn)壓與故障穿越能力，緩解光伏發(fā)電的頻率和電壓波動(dòng)。提升光伏配儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性。

　　趨勢(shì)2：與同步機(jī)相比，電力電子設(shè)備的過流能力較差，提供短路容量、慣量支撐時(shí)功率容易受限，廠商致力于提升構(gòu)網(wǎng)型器件的過流能力。

　　趨勢(shì)3：對(duì)于分布式系統(tǒng)和微電網(wǎng)等應(yīng)用場景，并網(wǎng)和離網(wǎng)之間的切換很重要。并離網(wǎng)切換會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的參數(shù)振蕩，需要做得更加平滑，主要通過算法優(yōu)化。

　　構(gòu)網(wǎng)控制策略的改進(jìn)有利于實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)的自由切換。

　　趨勢(shì)4：構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備比例的上升帶來控制難度增大。從電力系統(tǒng)層面，需考慮構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備和跟網(wǎng)型設(shè)備的合理配置。

　　趨勢(shì)5：國家還沒有出臺(tái)構(gòu)網(wǎng)型設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，未來或形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　來源：投資四部 張嘉勛

　　審核：薛瑤

　　發(fā)布：尤異