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中國(guó)電力科學(xué)研究院技術(shù)戰(zhàn)略研究中心副主任趙強(qiáng)發(fā)表了名為《低慣量電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用探究》的主題演講。

趙強(qiáng)：這些年新能源的大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)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(biāo)將導(dǎo)致未來電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)的變化，我在很多新聞中看到報(bào)道，由于新能源的接入擠占了傳統(tǒng)火電的空間，導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，實(shí)際上很多人對(duì)慣量的物理意義缺乏基本的認(rèn)識(shí)。

我們看一個(gè)物體，假如說是直線運(yùn)動(dòng)，慣量是什么？慣量就是質(zhì)量M，那是它固有的特性，如果一個(gè)物體是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于這個(gè)機(jī)組的質(zhì)量和它的半徑，所以一臺(tái)發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)了，他的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就不會(huì)改變了，電網(wǎng)增加再多的新能源，也不會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，除非說你增加新能源的同時(shí)，強(qiáng)制要求火電退役，否則全網(wǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是不會(huì)下降的。所以不能簡(jiǎn)單說新能源增加就導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量是旋轉(zhuǎn)剛體，其大小是由質(zhì)量和半徑?jīng)Q定的。

我自己做了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，對(duì)1950年一直到2060年電網(wǎng)慣性時(shí)間常數(shù)做了預(yù)估，不見得完全準(zhǔn)確，但可以看出趨勢(shì)變化。從2010年左右往后，電網(wǎng)慣性時(shí)間常數(shù)越來越低，預(yù)計(jì)到2060年，大概到3左右。實(shí)際上，歐洲電網(wǎng)慣性時(shí)間常數(shù)的下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于我們，1996-2016年，歐洲電網(wǎng)慣性時(shí)間常數(shù)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(guó)電網(wǎng)的趨勢(shì)，但應(yīng)該是到2050年，2060年才能出現(xiàn)。

低的慣性時(shí)間常數(shù)會(huì)導(dǎo)致什么情況呢？我預(yù)估了一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，就是2040年，2040年之前我個(gè)人判斷主要是新能源消納問題，主要矛盾是中短時(shí)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(shí)間尺度電力平衡和長(zhǎng)周期電量平衡。2040年是我個(gè)人預(yù)判的時(shí)間，主要是按照中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按火電廠壽命30-35年，從2035年開始國(guó)內(nèi)火電廠將會(huì)大量的退役，當(dāng)然肯定有部分的火電有延壽。

那么儲(chǔ)能的作用是什么？?jī)?chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度電力電量平衡，下面是我做的算例：

1、儲(chǔ)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(chǔ)能肯定是不同地區(qū)有不同地區(qū)的特點(diǎn)。

3、我看網(wǎng)上還有很多的聲音，覺得這個(gè)儲(chǔ)能的利用率太低了，目前只有12%左右，我談一點(diǎn)我個(gè)人的認(rèn)識(shí)，儲(chǔ)能不創(chuàng)造能量，只是一個(gè)媒介，如果是光伏或者是風(fēng)電我認(rèn)為利用率越高越好，因?yàn)閯?chuàng)造新的能量和價(jià)值，而儲(chǔ)能是搬移的手段，如果目前一個(gè)地區(qū)一個(gè)電網(wǎng)你的儲(chǔ)能的利用率達(dá)到50%，那我只能說明你這個(gè)地區(qū)，你這個(gè)電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)是有問題的，先天是不合理的。你需要50%的時(shí)間利用這個(gè)儲(chǔ)能，那儲(chǔ)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(gè)利用率來表示儲(chǔ)能的作用，我覺得值得商榷。

現(xiàn)在大家一直都在說，隨著電網(wǎng)慣量的下降，出現(xiàn)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(shí)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(xiàn)，可以看到最開始的時(shí)候，慣量低的系統(tǒng)最低頻率更低，下降率也更陡，現(xiàn)在很多專家說轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降了怎么辦？我們要給電網(wǎng)上虛擬慣量，我談一下自己的個(gè)人看法。

1、是否應(yīng)該缺什么補(bǔ)什么？未來高占比的新能源火電機(jī)組少，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量少了，是否就應(yīng)該缺什么補(bǔ)什么？你那個(gè)時(shí)候基本系統(tǒng)特性都變了，你能否換一個(gè)思路來解決問題？你用一個(gè)固有的思路缺什么補(bǔ)什么，缺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就必須補(bǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量么？

2、是否能補(bǔ)得上？可以算一算退役的火電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有多大，是天文數(shù)字級(jí)別的，你依靠虛擬慣量你能補(bǔ)上這個(gè)天文數(shù)字嗎？

3、是否具有經(jīng)濟(jì)性？現(xiàn)在的火電廠具有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是免費(fèi)給大家的，機(jī)組設(shè)計(jì)出來發(fā)電必然需要一個(gè)大軸轉(zhuǎn)動(dòng)，大家從來沒有為這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的大軸提供的旋轉(zhuǎn)慣量付錢，這是免費(fèi)的附加送給你的東西，現(xiàn)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(jīng)濟(jì)嗎？

4、是否會(huì)導(dǎo)致新的問題？大量電力電子裝置裝了也許會(huì)導(dǎo)致新的振蕩問題。實(shí)際上想解決頻率問題很簡(jiǎn)單，依靠?jī)?chǔ)能，平衡掉小部分不平衡功率，如果從工程上采用儲(chǔ)能而不是虛擬慣量更合適，。

我做了一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真，結(jié)論就是儲(chǔ)能可以非常有效地提高系統(tǒng)的頻率的最低點(diǎn)，系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)越小，作用越顯著。

原標(biāo)題：中國(guó)電力科學(xué)研究院技術(shù)戰(zhàn)略研究中心趙強(qiáng)：低慣量電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用探究