日前，山西電網發(fā)文要求接入在35千伏及以上的已投產的新能源場站進行一次調頻改造，并且明確了新投產的新能源場站須具備一次調頻功能方可并網運行，引起了行業(yè)熱議。但實際上，這并不是電網第一次推出風、光伏場站的快速調頻改造。
早在2016年，西北電網(含青海、陜西、新疆、寧夏、甘肅)新能源場站就啟動了快速頻率響應試點工作，此后區(qū)域內的不少光伏電站業(yè)主也就快速調頻改造等進行了招標。
2019年，南方電網也要求轄區(qū)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的光伏電站以及110 kV及以上電壓等級并網的風電進行一次調頻，明確新建新能源場站在全場站正式投產運行后2個月內應進行一次調頻試驗并投入一次調頻功能。此外，湖南、湖北以及山西也專門出臺文件要求新能源場站需具備一次調頻能力。
究其原因，隨著我國光伏、風電裝機的不斷攀升，新能源在整個電力系統(tǒng)中的占比也逐步提高，“以風電、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(wěn)定，相較于火電、水電等傳統(tǒng)發(fā)電，這是極大的弊端”，國能日新一次調頻技術專家告訴光伏們，隨著新能源占比越來越高，大電網中這種輸出電量波動將越來越明顯，給電網維持供需平衡穩(wěn)定帶來極大挑戰(zhàn)，同時傳統(tǒng)的調頻電站將很難響應這種頻發(fā)的、大額的快速調整。”
“不僅僅是對電網提出了挑戰(zhàn)，從用戶端來說，電量的過多或過少帶來的頻率過高或過低，直接影響著用電設備的正常運轉，會造成設備損壞或生產效率降低”，該技術專家補充道。
以西北地區(qū)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，為促進西北電網內新能源消納，網內常規(guī)電源已按照“負備用”安排開機方式，擠占了具有轉動慣量的常規(guī)水、火電機組空間，電源結構發(fā)生較大變化，電網可用的快速頻率響應資源逐步減少。
來源：中國電科院
“中午時段新能源達日最大發(fā)電出力時，全網火電機組深度調峰運行，無法提供向下一次調頻能力，電網頻率控制特性的結構性困境日趨明顯，造成頻率安全風險進一步加大”，張軍軍補充道。
電網友好性將直接決定“十四五”光伏、風電的市場規(guī)模
實際上，新能源占比的迅速提升，對消納以及電網穩(wěn)定性帶來的挑戰(zhàn)已經成為共識。與要求快速調頻改造類似的是，最近山東、青海等省份均在2020年的光伏競價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、電網安全這都是電網公司的職責，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入平價了，配套儲能的話又回到以前了”，某行業(yè)人士抱怨道。
如果單純從光伏行業(yè)的角度來看，這是可以理解的。但不得不引起關注的是，電網消納已經成為風、光電站新增容量的決定性因素之一。從全國的裝機規(guī)模來看，各省基本都要以電網公司給出的消納空間來決定當年的新增規(guī)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殺出一片天地，首當其沖的就是如何突破電網的約束。
其中利益集團博弈導致電力調度偏好等原因，這不是一個行業(yè)能夠解決的問題，擺在光伏行業(yè)面前是，如何通過自身的努力去搶消納。“讓電網發(fā)自內心的支持光伏發(fā)展，首先最重要的就是如何讓光伏電力成為電網友好型電源”，某資深能源行業(yè)人士余華(化名)感慨，盡管這個問題爭議頗多，但不得不承認的是，這是光伏邁向市場化競爭無法回避的問題。
無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物。余華認為，“如果新能源想要成為未來的主力能源形勢，承擔電網調頻的職責是必不可少，這是‘成年禮’之后的光伏、風電不得不面對的現(xiàn)實”。
“新能源快速調頻能力將會是和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(tǒng)，也是電站響應電網要求履行電站責任的必要舉措。通過快速頻率響應功能工作的改造，機組調節(jié)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層次，能更加快速、準確的響應電網調度”，據(jù)國能日新技術專家分析稱，隨著電力交易和平價時代的到來，新能源電站對于電網是否“友好”是實現(xiàn)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站必備“技能”
據(jù)張軍軍介紹，2016-2017年，西北電網新能源場站快速頻率響應試點階段工作全部完成。在報請國家能源局西北監(jiān)管局同意后，2018年國家電網西北分部組織西北各省(區(qū))電力公司及相關新能源發(fā)電企業(yè)開展了新能源場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一次調頻已開展相關試點研究，逐步步入實用化階段。
根據(jù)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(tǒng)網源協(xié)調技術規(guī)范》DL/T 1870，明確新能源場站應具備參與電網快速調頻能力，該標準于當年10月1日起正式實施。
實際上，除了上述提到的已經明確發(fā)文要求新能源場站進行快速調頻改造之外，東北、華東、華中以及華北地區(qū)也在“兩個細則”考核中提出了相關的要求。
“一般單獨發(fā)文要求進行快速調頻改造的區(qū)域，都明確了滿足接網條件的新能源電站必須在某個時間節(jié)點前完成改造，這樣該區(qū)域符合條件的電站一般就會自覺的開展招標工作了。另外，目前部分地區(qū)有一次調頻補償，對于業(yè)主來說，早安裝早得到補償”，據(jù)知情人士透露，有些區(qū)域只是在雙細則中提到了一次調頻相關指標或考核標準，未明確下發(fā)通知，所以電站一般還在觀望狀態(tài)。這也和各區(qū)域新能源分布、占比有關，新能源占比相對高的區(qū)域，一般會加快開展速度。
不可否認的是，我國風、光裝機規(guī)模正快速提升，各區(qū)域對新能源場站具備快速調頻能力的要求已經勢在必行。對于投資企業(yè)來說，這也是一項不可避免的“功課”。
據(jù)國能日新一次調頻技術專家介紹，目前存量電站進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(tǒng)實現(xiàn)、新增快速頻率響應裝置實現(xiàn)、逆變器或風機自身改造實現(xiàn)以及配備具有調頻功能的儲能裝置等。
1、現(xiàn)有AGC系統(tǒng)的改造主要受限于當前AGC裝置的性能和廠家的改造能力等。同時，按照電網業(yè)務功能區(qū)分，一次調頻(快速頻率響應)和二次調頻(AGC)的功能實現(xiàn)方式不同，兩個系統(tǒng)的整合對于實際運行、調度等帶來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，通過新增快速頻率響應裝置，和已有AGC配合聯(lián)動，和機組建立獨立專屬通道，既不影響原有二次系統(tǒng)，還能專一、快速的實現(xiàn)需求功能改造，屬于性價比最高的一種方案;
3、通過逆變器或風機等機組改造實現(xiàn)一次調頻的方案想要大規(guī)模推廣也比較困難。對于光伏電站來說，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頻率變化，并迅速在調度控制的基礎上實現(xiàn)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(jié)量滿足要求，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的話題，但儲能裝置本身高昂的投資造價，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說，在不影響逆變器或風機出力的前提下，利用儲能設備高速充放電來實現(xiàn)一次調頻，也是可取的一種方案。
另外，專家提醒，當下大部分區(qū)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?shù)貙τ谠摴δ芡茝V的具體要求，然后根據(jù)自身電站機組情況，要求機組廠家及通訊鏈路均要滿足相應施工要求，使其具備快速調頻相關要求，選擇適當?shù)膹S家進行快速調頻功能安裝以及入網檢測。
對于光伏、風電行業(yè)來說，只有盡力去解決電力波動性的先天劣勢之后，才有資格去跟電網“談條件”，來爭取新能源的發(fā)展空間。
