日前，山西電網(wǎng)發(fā)文要求接入在35千伏及以上的已投產(chǎn)的新能源場(chǎng)站進(jìn)行一次調頻改造，并且明確了新投產(chǎn)的新能源場(chǎng)站須具備一次調頻功能方可并網(wǎng)運行，引起了行業(yè)熱議。但實(shí)際上，這并不是電網(wǎng)第一次推出風(fēng)、光伏場(chǎng)站的快速調頻改造。
早在2016年，西北電網(wǎng)(含青海、陜西、新疆、寧夏、甘肅)新能源場(chǎng)站就啟動(dòng)了快速頻率響應試點(diǎn)工作，此后區域內的不少光伏電站業(yè)主也就快速調頻改造等進(jìn)行了招標。
2019年，南方電網(wǎng)也要求轄區內的廣東、廣西、貴州、云南、海南五省35 kV及以上電壓等級并網(wǎng)的光伏電站以及110 kV及以上電壓等級并網(wǎng)的風(fēng)電進(jìn)行一次調頻，明確新建新能源場(chǎng)站在全場(chǎng)站正式投產(chǎn)運行后2個(gè)月內應進(jìn)行一次調頻試驗并投入一次調頻功能。此外，湖南、湖北以及山西也專(zhuān)門(mén)出臺文件要求新能源場(chǎng)站需具備一次調頻能力。
究其原因，隨著(zhù)我國光伏、風(fēng)電裝機的不斷攀升，新能源在整個(gè)電力系統中的占比也逐步提高，“以風(fēng)電、光伏為主的新能源發(fā)電因直接受到天氣變化影響，發(fā)電很不穩定，相較于火電、水電等傳統發(fā)電，這是極大的弊端”，國能日新一次調頻技術(shù)專(zhuān)家告訴光伏們，隨著(zhù)新能源占比越來(lái)越高，大電網(wǎng)中這種輸出電量波動(dòng)將越來(lái)越明顯，給電網(wǎng)維持供需平衡穩定帶來(lái)極大挑戰，同時(shí)傳統的調頻電站將很難響應這種頻發(fā)的、大額的快速調整。”
“不僅僅是對電網(wǎng)提出了挑戰，從用戶(hù)端來(lái)說(shuō)，電量的過(guò)多或過(guò)少帶來(lái)的頻率過(guò)高或過(guò)低，直接影響著(zhù)用電設備的正常運轉，會(huì )造成設備損壞或生產(chǎn)效率降低”，該技術(shù)專(zhuān)家補充道。
以西北地區為例，中國電科院新能源研究中心主任張軍軍在此前的演講中介紹，為促進(jìn)西北電網(wǎng)內新能源消納，網(wǎng)內常規電源已按照“負備用”安排開(kāi)機方式，擠占了具有轉動(dòng)慣量的常規水、火電機組空間，電源結構發(fā)生較大變化，電網(wǎng)可用的快速頻率響應資源逐步減少。
來(lái)源：中國電科院
“中午時(shí)段新能源達日最大發(fā)電出力時(shí)，全網(wǎng)火電機組深度調峰運行，無(wú)法提供向下一次調頻能力，電網(wǎng)頻率控制特性的結構性困境日趨明顯，造成頻率安全風(fēng)險進(jìn)一步加大”，張軍軍補充道。
電網(wǎng)友好性將直接決定“十四五”光伏、風(fēng)電的市場(chǎng)規模
實(shí)際上，新能源占比的迅速提升，對消納以及電網(wǎng)穩定性帶來(lái)的挑戰已經(jīng)成為共識。與要求快速調頻改造類(lèi)似的是，最近山東、青海等省份均在2020年的光伏競價(jià)配置中提出了配套儲能的要求。不少行業(yè)人士認為，消納空間、調峰、電網(wǎng)安全這都是電網(wǎng)公司的職責，強加到新能源發(fā)電企業(yè)身上，這并不公平。“光伏電站好不容易要進(jìn)入平價(jià)了，配套儲能的話(huà)又回到以前了”，某行業(yè)人士抱怨道。
如果單純從光伏行業(yè)的角度來(lái)看，這是可以理解的。但不得不引起關(guān)注的是，電網(wǎng)消納已經(jīng)成為風(fēng)、光電站新增容量的決定性因素之一。從全國的裝機規模來(lái)看，各省基本都要以電網(wǎng)公司給出的消納空間來(lái)決定當年的新增規模。在國家優(yōu)先消納的支持性政策退坡之后，要想在競爭激烈的電力市場(chǎng)殺出一片天地，首當其沖的就是如何突破電網(wǎng)的約束。
其中利益集團博弈導致電力調度偏好等原因，這不是一個(gè)行業(yè)能夠解決的問(wèn)題，擺在光伏行業(yè)面前是，如何通過(guò)自身的努力去搶消納。“讓電網(wǎng)發(fā)自?xún)刃牡闹С止夥l(fā)展，首先最重要的就是如何讓光伏電力成為電網(wǎng)友好型電源”，某資深能源行業(yè)人士余華(化名)感慨，盡管這個(gè)問(wèn)題爭議頗多，但不得不承認的是，這是光伏邁向市場(chǎng)化競爭無(wú)法回避的問(wèn)題。
無(wú)論是快速調頻還是儲能配置的要求，都是基于這一大背景下的產(chǎn)物。余華認為，“如果新能源想要成為未來(lái)的主力能源形勢，承擔電網(wǎng)調頻的職責是必不可少，這是‘成年禮’之后的光伏、風(fēng)電不得不面對的現實(shí)”。
“新能源快速調頻能力將會(huì )是和AGC、AVC一樣，成為新能源電站必須具備的剛需能力，安裝快速頻率響應系統，也是電站響應電網(wǎng)要求履行電站責任的必要舉措。通過(guò)快速頻率響應功能工作的改造，機組調節速度和精度都將得到改善，電站整體發(fā)電控制效果將提升一個(gè)層次，能更加快速、準確的響應電網(wǎng)調度”，據國能日新技術(shù)專(zhuān)家分析稱(chēng)，隨著(zhù)電力交易和平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，新能源電站對于電網(wǎng)是否“友好”是實(shí)現最大化消納的重要約束條件，而快速頻率響應功能及AGC/AVC正是保障電站發(fā)電優(yōu)先權的主要利器。
快速調頻將成為新能源場(chǎng)站必備“技能”
據張軍軍介紹，2016-2017年，西北電網(wǎng)新能源場(chǎng)站快速頻率響應試點(diǎn)階段工作全部完成。在報請國家能源局西北監管局同意后，2018年國家電網(wǎng)西北分部組織西北各省(區)電力公司及相關(guān)新能源發(fā)電企業(yè)開(kāi)展了新能源場(chǎng)站快速頻率響應功能的推廣應用。目前，國內新能源參與電網(wǎng)一次調頻已開(kāi)展相關(guān)試點(diǎn)研究，逐步步入實(shí)用化階段。
根據國家能源局2018年第8號公告已批準電力行業(yè)標準《電力系統網(wǎng)源協(xié)調技術(shù)規范》DL/T 1870，明確新能源場(chǎng)站應具備參與電網(wǎng)快速調頻能力，該標準于當年10月1日起正式實(shí)施。
實(shí)際上，除了上述提到的已經(jīng)明確發(fā)文要求新能源場(chǎng)站進(jìn)行快速調頻改造之外，東北、華東、華中以及華北地區也在“兩個(gè)細則”考核中提出了相關(guān)的要求。
“一般單獨發(fā)文要求進(jìn)行快速調頻改造的區域，都明確了滿(mǎn)足接網(wǎng)條件的新能源電站必須在某個(gè)時(shí)間節點(diǎn)前完成改造，這樣該區域符合條件的電站一般就會(huì )自覺(jué)的開(kāi)展招標工作了。另外，目前部分地區有一次調頻補償，對于業(yè)主來(lái)說(shuō)，早安裝早得到補償”，據知情人士透露，有些區域只是在雙細則中提到了一次調頻相關(guān)指標或考核標準，未明確下發(fā)通知，所以電站一般還在觀(guān)望狀態(tài)。這也和各區域新能源分布、占比有關(guān)，新能源占比相對高的區域，一般會(huì )加快開(kāi)展速度。
不可否認的是，我國風(fēng)、光裝機規模正快速提升，各區域對新能源場(chǎng)站具備快速調頻能力的要求已經(jīng)勢在必行。對于投資企業(yè)來(lái)說(shuō)，這也是一項不可避免的“功課”。
據國能日新一次調頻技術(shù)專(zhuān)家介紹，目前存量電站進(jìn)行快速調頻改造主要有以下幾種可行的方案，包括改造電站AGC系統實(shí)現、新增快速頻率響應裝置實(shí)現、逆變器或風(fēng)機自身改造實(shí)現以及配備具有調頻功能的儲能裝置等。
1、現有AGC系統的改造主要受限于當前AGC裝置的性能和廠(chǎng)家的改造能力等。同時(shí)，按照電網(wǎng)業(yè)務(wù)功能區分，一次調頻(快速頻率響應)和二次調頻(AGC)的功能實(shí)現方式不同，兩個(gè)系統的整合對于實(shí)際運行、調度等帶來(lái)的影響目前尚不可知，并且改造再調試成本也不低;
2、新增快速頻率響應裝置是目前主流的方案，通過(guò)新增快速頻率響應裝置，和已有AGC配合聯(lián)動(dòng)，和機組建立獨立專(zhuān)屬通道，既不影響原有二次系統，還能專(zhuān)一、快速的實(shí)現需求功能改造，屬于性?xún)r(jià)比最高的一種方案;
3、通過(guò)逆變器或風(fēng)機等機組改造實(shí)現一次調頻的方案想要大規模推廣也比較困難。對于光伏電站來(lái)說(shuō)，逆變器本身并不具備這種功能，想要改造使得每一臺機組都能精確采集到電網(wǎng)頻率變化，并迅速在調度控制的基礎上實(shí)現一次調頻響應，這并不容易達到。并且大多機組容量不同，所處環(huán)境導致可發(fā)功率也不相同，如何保障最終調節量滿(mǎn)足要求，也是一大難題;
4、儲能裝置參與一次調頻目前也是比較熱門(mén)的話(huà)題，但儲能裝置本身高昂的投資造價(jià)，以及儲能裝置自身容量大小的限制，讓眾多投資者望而卻步。但對于有些配備儲能裝置的電站來(lái)說(shuō)，在不影響逆變器或風(fēng)機出力的前提下，利用儲能設備高速充放電來(lái)實(shí)現一次調頻，也是可取的一種方案。
另外，專(zhuān)家提醒，當下大部分區域的新建電站都要求必須配備快速調頻能力，所以新建電站首先要做的就是搞清楚當地對于該功能推廣的具體要求，然后根據自身電站機組情況，要求機組廠(chǎng)家及通訊鏈路均要滿(mǎn)足相應施工要求，使其具備快速調頻相關(guān)要求，選擇適當的廠(chǎng)家進(jìn)行快速調頻功能安裝以及入網(wǎng)檢測。
對于光伏、風(fēng)電行業(yè)來(lái)說(shuō)，只有盡力去解決電力波動(dòng)性的先天劣勢之后，才有資格去跟電網(wǎng)“談條件”，來(lái)爭取新能源的發(fā)展空間。
