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深度: 新能源大規(guī)模并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)-速度與可靠性
發(fā)布時間:2022-04-24 14:38:47 文章來源:KE科日光伏網(wǎng)
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電力系統(tǒng)是一個由數(shù)百萬個并網(wǎng)連接的部件(斷路器、變壓器、逆變器等)組成的生態(tài)系統(tǒng),它也是一個由實體組成的生態(tài)系統(tǒng),這些實體共同作用,確保向終端消費者可靠、安全的輸送電力。

全球各地的清潔能源政策正在迅速加快風能、太陽能光伏、電池儲能系統(tǒng)(BESS)和混合電站的并網(wǎng)互通。我們必須記住,在向以逆變器資源為基礎的、極高的滲透率轉變時,每個實體都要發(fā)揮作用。能源轉型是一種共享的經(jīng)歷。我們必須共同努力,在經(jīng)歷技術快速變革的同時保持燈火通明。

我們一再聽到可再生能源開發(fā)團體面臨著僵化、不靈活的并網(wǎng)流程的問題。在美國,有超過800GW的資源"卡在"在待并網(wǎng)隊列中,開發(fā)團體對新資源與大宗電力系統(tǒng)并網(wǎng)時出現(xiàn)的挑戰(zhàn)感到沮喪。

我們最常聽到的是,更多清潔能源并網(wǎng)(以及更新現(xiàn)有資源)面臨的最大障礙是"破碎的"發(fā)電并網(wǎng)流程,以及難以滿足商運先決條件的并網(wǎng)要求和研究流程。

發(fā)電團體最常面臨的一些挑戰(zhàn)包括:

-不同地區(qū)的并網(wǎng)流程不一致

-復雜的建模、性能和調試要求,這些要求不可預測且不斷變化

-對規(guī)則的解釋不透明或不公平

另一方面,我們也聽到了來自輸電規(guī)劃方和運營商的一些抱怨之聲,例如:

-快速發(fā)展的技術(如電網(wǎng)逆變器、電池、混合電站)需要新的建模、研究和工藝

-對提交的研究模型缺乏信任,模型不正確或參數(shù)化程度低,缺乏驗證模型的輔助材料

-同一項目提出多個申請,在并網(wǎng)隊列中博弈,導致不必要的重新研究和高退出率

-現(xiàn)有資源的實時性能不可靠,沒有對模型或設備進行明確的修正以解決可靠性問題(NERC報告結論)

雙方都表達了挫折感,并重點指出了改進并網(wǎng)互通流程的明確需求。我們不應該將這個問題視為"我們與他們"的問題;通常,雙方都希望新的清潔能源可以安全、可靠、精簡、經(jīng)濟的并網(wǎng),從而避免下一次大停電。那種糟糕的日子帶來的影響實在難以承受。

改革的需要

NERC的多份報告都指出了改進發(fā)電并網(wǎng)流程的必要性,最近的一份報告是《Odessa干擾報告》,報告分析了德克薩斯州太陽能光伏資源并網(wǎng)時出現(xiàn)的大范圍損失。[2]此外,NERC還強烈建議所有輸電服務提供商更新和改進并網(wǎng)流程和要求,為日益增長的、以逆變器為基礎的資源提供支持。 [3]長期解決方案不可避免的需要時間。這種長期解決方案表現(xiàn)為改進的現(xiàn)代監(jiān)管流程,在不影響分析充分性的前提下,這種長期解決方案可以統(tǒng)一和簡化并網(wǎng)流程。我們迫不及待的希望改變需求和現(xiàn)有流程,從而管理當前的并網(wǎng)隊列。

我們看到多個地區(qū)在并網(wǎng)流程改革方面有所行動。并網(wǎng)改革倡議正在解決與澳大利亞國家電力市場并網(wǎng)相關的延誤問題和復雜性問題。[4]美國聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)最近發(fā)布了一份擬議規(guī)則的預通知(ANOPR),旨在改革、簡化以及實現(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)電并網(wǎng)流程。[5]全球電力系統(tǒng)改造(GPST)聯(lián)盟也在致力于開發(fā)可以提升系統(tǒng)可靠性、在能源轉型加速的情況下簡化并網(wǎng)流程的技術[6] 。

尋找平衡

鑒于逆變器資源的高滲透率,確保大型電力系統(tǒng)的可靠運行和快速并網(wǎng)新電力資源是存在一定沖突的概念,它們必須取得微妙的平衡。這兩個方面的平衡行為至關重要。

在一個完美的世界中,輸電服務供方會提出明確的并網(wǎng)流程和要求,并能進行快速、準確的可靠性研究。實際上,提交給輸電規(guī)劃方的模型并不代表計劃安裝設備或已安裝的設備、或完全不能用于執(zhí)行研究,這些都大大增加了流程的復雜性、所需的時間和研究工作。我們能簡單的忽略這些問題嗎?我們能避免研究嗎?我們能夠忍受建模錯誤嗎?絕對不可以!如果我們想讓電燈還亮,那就不可以。

可行建議

我們需要停止欣賞問題,而要積極參與制定解決方案來應對這些挑戰(zhàn)。正在開發(fā)的電網(wǎng)新興技術帶來了令人興奮的機遇,但需要有效的政策、合理的要求、準確的建模和充分的研究。為了努力提供我們現(xiàn)在就可以踐行的指導意見,筆者向開發(fā)團體提出以下建議,助力快速能源轉型。

-了解并網(wǎng)流程的復雜性。今天的并網(wǎng)隊列比過去要復雜得多。過去,只有少數(shù)建設時長為5-10年的大型同步發(fā)電機希望并網(wǎng)。當前我們看到,進度顯著加速,大量不同的資源互相關聯(lián)。充分研究這些復雜的資源給現(xiàn)有流程帶來了壓力,更不用說在如此短的時間內了。然而,輸電服務供應商必須履行責任,識別可靠性問題并制定緩解措施?;谀孀兤鞯募夹g提出了需要解決的復雜新問題。例如,控制的相互作用、短路問題、振蕩、電能質量問題、穿越性能問題以及所需的電網(wǎng)逆變器。隨著我們將更多的電子接口電力設備并入電網(wǎng),這些挑戰(zhàn)會普遍存在,而且會越來越嚴重。歸根結底,在現(xiàn)代社會中是沒有辦法繞過這些挑戰(zhàn)的;然而,這些可靠性問題可以通過在并網(wǎng)流程中的詳細建模和研究來解決。

-為滿足并網(wǎng)要求做好準備。并網(wǎng)客戶應該確保已為滿足大容量電力系統(tǒng)可靠運行制定的要求做好了準備。除了NERC和FERC的要求外,輸電服務供應商也有自己的獨特要求。NERC發(fā)布了一份可靠性指南[7],強烈建議這些實體公司全面更新并網(wǎng)要求,做到清晰、一致并適合逆變器技術。在整個流程中,輸電規(guī)劃方將提出詳細的建模、驗證和研究要求。市場運營商(如適用)也會提出并網(wǎng)要求、商業(yè)慣例手冊、操作指南等。所有這些要求都會發(fā)揮至關重要的作用,必須一直堅持下去。隨著技術領域的快速發(fā)展,開發(fā)商應該期望需求以類似速度發(fā)展,從而跟上不斷變化的電網(wǎng)可靠性需求。請與您的輸電服務提供商和其他實體公司協(xié)調,盡早解決問題。

-在并網(wǎng)研究中確保建模質量和準確性。這一點怎么強調都不為過。建模的準確性和質量非常重要,也是當今并網(wǎng)流程面臨的最大挑戰(zhàn)之一。在對太陽能光伏大范圍損失事件的分析中,NERC重點指出,在多種干擾因素的作用下,太陽能光伏資源的不可靠表現(xiàn)源于并網(wǎng)流程中不準確的建模和研究。在許多情況下,提供給規(guī)劃方的建模是不準確的,沒有經(jīng)過驗證,或者沒有經(jīng)過輸電規(guī)劃方的充分檢查;因此,資源在未經(jīng)研究的狀態(tài)下運行,我們需要盡快解決這個問題。提供一種建模是必要的,但仍然不夠,這個建模必須與已安裝設備相匹配。NERC重點指出,輸電規(guī)劃方需要在調試前后制定全面的建模質量檢查措施,確保建模與實際設備和設置相符。如果發(fā)現(xiàn)差異,應立即采取緩解措施。在商運之前,這些措施包括重新研究或由開發(fā)商提供額外文件。試運行后,需要縮減開支或采取措施直至解決方案得以實施。在進行研究之前,開發(fā)商應該想到的是,整個北美地區(qū)的輸電規(guī)劃方,乃至全球各地的輸電規(guī)劃方會更加強調建模的質量保障,例如單線圖、OEM證明、規(guī)格明細和工廠測試報告等。在并網(wǎng)流程后期才識別出這些問題會導致延誤。避免使用通用設備型號"排隊",這會在之后被標記出來并使所有的研究無效。

-了解物料變動,盡早挑選設備。需要盡早鎖定設備。設備選型越晚,并網(wǎng)流程所需的時間就越長。規(guī)劃方必須研究正在安裝的實際設備。參數(shù)確定后,使用通用設備的建模大大增加了重新研究的機率。這是開發(fā)商的一個痛點,但規(guī)劃方必須要研究實際計劃安裝設備的性能。使用推測數(shù)據(jù)的并網(wǎng)申請應該能夠預估并網(wǎng)流程可能出現(xiàn)的延誤,直至可以就設備、控制模式、設置和設施的其他方面內容做出合適的決定。在一個需要反復選擇的流程中,會需要重新進行研究,會出現(xiàn)延誤。"物料變動"又增加了這一領域的混亂。它意味著太多的內容。在北美,解決這些問題的活動正在進行當中。然而最主要的信息是,在做出會影響設施的電力輸出或響應的修改之前,開發(fā)方應與輸電服務提供商和輸電規(guī)劃方進行協(xié)調。盡早選擇設備和設置,盡量減少設備改動會大大有助于加快并網(wǎng)流程。

-與原始設備制造商樹立牢固的關系,更新合同。開發(fā)商和電站業(yè)主/運營商應與原始設備制造商(OEM)建立牢固的工作關系,還應確保更新合同以反映輸電公司的要求。對開發(fā)商提出的要求經(jīng)常被推給OEM,特別是建模要求。需要考慮那些公開透明、有意愿且有能力提供清晰文件和調試后支持的OEM。例如,行業(yè)正朝著使用由實際安裝設備源代碼生成的"真實代碼"模型發(fā)展。規(guī)劃方可能會要求在EMT建模中包括這種類型的代碼,OEM需要在并網(wǎng)流程和項目生命周期內提供這些信息。OEM應努力支持由公用事業(yè)部門確定的可靠性倡議。僅僅依靠第三方顧問和開發(fā)建模不足以滿足未來的并網(wǎng)要求。

-終結排隊游戲。許多輸電服務供應商重點指出,同一個項目會提交多個并網(wǎng)申請。隨著輸電公司的可行性研究以及系統(tǒng)影響研究的進行,這些相同的項目會在流程的不同階段被撤回。隨著項目退出隊列(通常是由于輸電容量有限以及昂貴的輸電基礎設施費用),這需要大量的額外工作,包括編寫更新應急文件、修訂單線圖、更新建模和基本情況、重新進行可靠性研究,重新確定可靠性問題的適當緩解措施。這一切都為并網(wǎng)流程帶來了不必要的延誤。這個問題的一個可能解決方案是提高客戶進入并網(wǎng)隊列的門檻(目前是非常低的)。如果認真對待進入隊列的并網(wǎng)項目(土地許可、設備選型、設計完工、施工準備等)并支付較高的"首付款",那么我們會看到更少的冗余和延誤。在隊列的各個階段,在最后一分鐘決定繼續(xù)或退出只會延長每個人的流程。

-聘用信譽良好、參考價值高的顧問以及設計、采購和施工(EPC)承包商。雖然開發(fā)商有責任滿足并網(wǎng)流程的要求,但在整個流程中使用的顧問和EPC承包商支持團隊往往是執(zhí)行工作、證明符合要求的實體。目前的主要關注領域是為開發(fā)和驗證研究建模而進行的咨詢工作。同樣,由于開發(fā)團體聘請的顧問開發(fā)的建模存在錯誤,因此需要大量返工。例如,顧問使用設定小時數(shù)(成本)和交付進度(日期)來確定建模開發(fā)范圍。然而,電站使用了混合逆變器,由一家OEM主導現(xiàn)場控制。根據(jù)用戶定義的建模以及開發(fā)適用的電站建模需要比預期更長的時間和更多的費用。因此,開發(fā)方和顧問決定使用不能反映實際設備的通用建模。如上所述,NERC呼吁輸電公司更細致的篩選這些類型的錯誤,并要求提供證明建模與現(xiàn)實相符的驗證材料。開發(fā)方應該期待這些問題被標記出來。解決辦法是分配足夠的資源,聘請信譽良好的顧問,這些顧問可以提供滿足并網(wǎng)隊伍要求所需的結果。

-配備現(xiàn)場技術人員。投資公司應確保在項目的整個生命周期內,開發(fā)商的技術人員都在現(xiàn)場并能提供服務。工作人員應了解設計、建模、研究和電站其它方面的內容,從而有效滿足并網(wǎng)流程的每個里程碑。排除必要的輸電升級等外部因素外,在整個流程中解決已發(fā)現(xiàn)問題的能力直接關系到資源并網(wǎng)速度。混淆或錯誤的解讀結果、要求或問題會導致項目完工出現(xiàn)重大延誤,或無法滿足技術要求。輸電公司也將需要確保配備的設計人員能夠對這些新資源類型進行建模、研究和分析。

-未來的IEEE 2800標準即將出臺。一批業(yè)內專家目前正在起草與相關輸電系統(tǒng)并網(wǎng)的、基于逆變器的資源并網(wǎng)和操作性IEEE標準草案,[8]草案規(guī)定了BPS并網(wǎng)逆變器資源的容量和性能的統(tǒng)一最低技術要求。這一標準草案將涵蓋從建模、研究到電能質量和穿越性能等一系列主題。這一項目是為了解決并網(wǎng)流程中的挑戰(zhàn)與逆變器資源BPS可靠運行的差距而啟動的,其中一個重要驅動因素是北美地區(qū)持續(xù)的、大面積的太陽能光伏干擾的損失。這一標準近期被IEEE標準協(xié)會RevCom[9]批準,并得到了業(yè)界高度認可。請注意,IEEE標準是自愿的。業(yè)界有望充分、全面采用未來的IEEE 2800標準及2800.2測試和驗證補充標準。[10] OEM和開發(fā)團體應該了解這一未來標準的使用,為滿足標準中列出的所有要求和建議做好準備,因為它們可能很快就會生效。

我們有責任認識到我們正在做的工作的嚴肅性。僅在美國,就有近4億人依靠可靠、安全的輸電,這推動了現(xiàn)代社會的方方面面。我們不能讓可靠性保證和新能源并網(wǎng)的平衡工作向任何一個方向快速傾斜。過分關注可靠性將阻礙低成本能源和清潔能源并網(wǎng)。當下,一次影響數(shù)百萬人的大面積停電可能與可再生能源的不可靠運行有關。在沒有充分盡職調查的情況下,過分傾向資源快速并網(wǎng)將使所有相關方付出極大代價。我們可以盡最大努力確保這種情況不會發(fā)生,但我們要認識到,在發(fā)電并網(wǎng)流程中,提供這種保證是需要時間的。

標簽: 輸電服務 解決方案 電力系統(tǒng)

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