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秦海岩:不要让并网标准杀死新能源产业

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-02  浏览次数:15

修订中的新一轮新能源并网标准,正将一些无用的技术要求纳入并强制执行,这无疑是在扼杀来之不易的新能源产业

《风电场接入电力系统规定》GB/T-19963-2011自发布以来已经执行到了第六个年头,当时风电行业内关于这个标准的争议和讨论,以及随之而来的大改造过程和几十亿元的改造投入还历历在目,岁月如梭,新的一轮修订工作已经开始。

过去的6年新能源发电高速发展,技术革新日新月异,由微不足道的补充电源成为了占比5%的重要替代能源。遗憾的是,当时寄希望于用规范的电网技术标准来解决刚露苗头的技术矛盾,也许收到了短时的效果,但旋即就在更大更难解决的体制和利益矛盾面前一溃千里,弃风弃光问题逐年恶化。时至今日,我国在电力系统整体技术水平并不落后的情况下,以高于世界常规水平10-20倍的限电率(部分地区限电率高达30%-40%)为代价,维持运行着仅相当于美欧等国一半甚至几分之一电量贡献率的新能源电源。

常年的弃风弃光以及新能源、火电、电网、政府机构之间交织的利益格局冲突,已经剪不断理还乱,一段时间出现了一种倾向,即想尽办法把弃风弃光这样实质上由于体制约束和利益格局冲突导致的复杂问题,描述为“客观的技术挑战”。这显然对很多方面是有很大好处的:因为局部利益没理顺而导致新能源的空前浪费,相关各方毫无疑问难逃“不顾大局”的诟病;如果主要因为“技术挑战”导致不能消纳,则变成了大家都不得不尊重的“客观现实”。如果事情仅止于此,倒也无伤大局,毕竟现状是体制与利益矛盾交织的产物,不能简单归咎于任何一方,更不能归咎于个人。如果上上下下都认可“技术上不可解决”,起码可以让企业和个人不要承受太大的压力。

然而,如果演员入戏太深,假戏真做,开始为某些似是而非的“技术挑战”找起解决手段来了,还强行让新能源企业为这些手段买单,那问题就变味了。新能源装机是全社会的财富,尤其是一多半都是央企的资产,都是人民的财产。人民的血汗钱不是天上掉下来的,投资了清洁发电资产却不让发清洁电造福社会,非要烧煤,这先按下不表,还要再往里面砸进巨额的改造费用,去圆那些个“技术挑战”的戏码,这个问题就严重了。新的《风电场接入电力系统规定》以及一系列分项细则行业标准,就在这个阴影下,在2015年底启动。

如果说弃风弃光问题恶化的头一两年,业内还有很多争论的话,现今恐怕矛盾各方从上到下都不会否认,资源是否能够市场化配置,或者经济低碳最优配置,局部利益与全局利益、短期利益与长期利益之间的冲突,才是这个问题的源头和关键。无论是欧洲还是北美,当他们的新能源电量占比达到我们目前水平的时期,其无论整体电源装备还是信息化水平都远远不如今天的我们,一次能源结构也只有少数比我们条件更好,可他们几乎没有限电,至今如此。因此,指望靠提高某些技术要求就能“解决机网协调问题”,恐怕连提出来的人自己能够相信多少都是个问号。

具体的标准修订内容很多,三天三夜也讨论不完,仅仅举几个例子吧:

新能源必须提供模拟转动惯量、强制参与一次调频

“转动惯量”是指传统发电机转子的物理转动惯量在电力系统动态特征中的表现;“一次调频”是指系统中的部分电源应当留有一定的出力冗余,并且自动根据实时测得的系统频率快速调整,以在系统中发电和用电突然产生较大的不平衡,频率快速偏离50Hz工频的情况下,尽快将系统频率支撑住。两者均是传统理论中电网频率稳定的关键因素之一。

2015年9月华东电网锦苏线出现闭锁故障,系统瞬间丢失了约500万千瓦电源,随后的频率下跌远超预期,实际原因是网内电源(主要是大容量火电)一次调频能力严重不足,区外特高压直流电力大量馈入导致系统转动惯量下降,以及原有仿真建模需改进等等(见《电力系统自动化》2017,41(7):149-155,华东调度主导的事故分析)。但神奇的是,此次事故原因随即被迅速引申到新能源行业,提出了“新能源电源不具备常规的转动惯量,严重减少了全系统转动惯量,因此频率下跌更快”,“新能源电源必须参与调频”,最后不断演绎,终于炼成了一套“虚拟同步电机”理论,也就是要求新能源电源必须在任何特性上都符合传统的同步电机模型。真正导致系统惯量减少的原因“大容量特高压直流馈入”反而被有意忽略了。新能源成为特高压输电的“专用背锅侠”。

就算忽略那个事实上的“主犯”特高压,“虚拟同步机”看似一环一环的推论,逻辑充满了似是而非和矛盾,只是行外人士不易发现罢了:

系统转动惯量的减少,是实实在在减少同步机运行的情况下才会发生的,也就是说,因为并网新能源多了而关掉相应多余的火电机组。然而事实上至今为止,两大电网公司控制区内没有任何一家调度机构会因为新能源多了而大量关掉火电(火电自身太多了导致部分被关掉自然与此无关)。他们只会让火电压低出力以空出新能源发电的空间。因为,调度需要保证,如果下一刻钟所有的风和光都没了,这些在线运行的火电站也能立即顶上支撑住所有的负荷(这个极为保守原则其实也是现在“灵活性不足问题”的根源,这又涉及到另外一个巨大的浪费,大家有时间可以去读读张树伟的文章《系统“调峰服务与辅助服务”是啥意思》,《风能》杂志2017年第10期)。因此粗略的来看,无论当天网内是否有新能源机组发电,需要并网并运行的常规机组数量并不会有很大差别。其差别只是这些常规机组是全力运行还是低载运行提供备用而已。

既然该在的传统机组们绝大多数都在线,谈何严重减少全系统转动惯量呢?机组带给系统的转动惯量可和它是重载还是轻载没什么关系。再退一步说,系统的转动惯量不仅仅是火电机组提供的,相同容量的水电机组提供的转动惯量远大于火电;此外还有大量的转动惯量来自于负荷侧由电网电直接驱动的旋转设备,通常是各类工业用电机。(随着电力电子拖动产业的发展,这部分正在明显减小倒是真的)。更不用说事实上特高压直流一条线路就能将上千万千瓦火电机组的惯量“归零”。由于来自特高压的远方电能实实在在地对本地电源形成了永久性的替代,这部分机组是真的停下去了,其对应的惯量自然就从网上消失了。

在这种客观事实下,竟然有人提出:只占到全网5%发电量的新能源机组“严重减少了系统的转动惯量”,岂不是滑稽而令人哭笑不得的“神推论”?

也许未来新能源真的成为最重要的电源主力的那一天,这个说法会开始有点道理,那么,悖论来了:

为什么在一个新型发电装置为主的系统中,还必须去模拟传统同步机的性状呢?为何不是反过来呢?为什么不是各取所长呢?不能因为我们研究了100年的同步电机,对它最熟悉,就形成这样的路径依赖吧?这才是科研真正应该投入的方向,而不是卯足了劲削足适履。

至于“新能源电源必须参与调频”这样的结论,就更加是借题发挥了。就华东那次事故而言,结论其实很明确:网内火电机组一次调频响应普遍不合格(大机组合格率仅30%,中小机组尚无统计)。不知什么样的逻辑能够推导出“因此新能源需要参与调频”。要知道15年底华东网境内新能源装机容量占比不过5%,平均出力恐怕1%多一点,这样的细小胳膊不知能产生多大的影响。监管机构出几个短差,下几个文件,随机抽检几个火电的一次调频响应,产生的效果足以让新能源的任何改变都忽略不计了。

 
 
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