7月9日，“第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在江苏南通文峰酒店召开。在本次会议上，清华四川能源互联网研究院常务副院长鲁宗相分享了主题报告《考虑频率安全约束的储能-电网联合规划》。
鲁宗相：大家上午好，时间有限，我就直入主题。
现在大家知道未来储能比较大的一个领域应用还是在大电网。事实上，在构建以新能源为主体的新型电力系统当中，一个核心的问题就是要解决未来的灵活性问题。如果从一个更大的范围来看，未来其实是面临两个方面的新变化：
第一个方面，大量的电力电子装备接入进来后，整个系统的惯量水平在下降。这种惯量水平的下降实际上是跟整个新能源发展规模的提升，以及对传统带有惯量的同步机组的替代所带来的必然趋势。这种趋势就对原来电网传统的频率安全带来了很大危险。
第二个方面，新能源自身资源的波动特性会给我们带来灵活性调节的需求。不管是在日尺度上，还是在中长期的年度尺度上来看，这样的波动都是我们以前电网没有碰到的这么复杂的情况。实际上在年、日这样不同尺度上，它的波动性周期冲撞，跟储能的应用场景是密切配合的。
这种场景跟以前传统的电网场景之间有一个很大的差别，以前同步机组干了所有的事，又发有功，又发无功，还干调节，全干。这是一个电力系统运行的优秀参与者。现在可能情况有所不同。你会发现新能源提供电量没有问题，但在电力功能上支撑不了，谁来提供电力支撑？现在灵活调节的需求上来了，谁又能够完成这样的需求？
实际上未来新能源主导的电力系统一个很大的矛盾就是很难找到类似传统火电机组这样的全才，一招打天下的，各有各的特点，我们只能想办法去组合。在这么一种模式之下，未来对整个系统的分析，我们要建立一个新的平衡机制，我们把它叫做灵活性供需平衡的机制。传统的电源、电网、需求响应都可以纳入到灵活性的资源范畴。
这当中还需要加一个储能，特意在图中把它圈了起来。刚才也有很多专家介绍了不同的储能在实际电网应用。这些供给侧的能力，主要应对的是源荷两端的波动和变化，包括传统的负荷波动，以及风光为代表的新能源出力波动。这样的一个平衡过程，实际上就是我们以前所讲的电力电量平衡，但实际上是一个老瓶装新酒，其实在技术上有了很大的差别。
我们今天实际上是拿一个小案例来说这个事情，怎样把储能跟以前的电网规划放到一块来，尝试做一点新的工作。这个大的背景是什么？我们给大家看了一条曲线，蓝色的这条曲线是原始的，没有新能源的一个情景，我们的负荷一天24小时的曲线。原来在教科书里讲过，负荷曲线有一个峰荷，有一个谷荷，也有一个腰荷，这个特点我们掌握得很好了。
随着新能源比例不断的上升，这样的净负荷特性有了很大变化。什么是净负荷呢？就是把我们的负荷和波动的、不具有调节能力的一类电源合并在一块的等效负荷。未来情境下，它呈现三个比较突出的特点，第一个就是峰谷差变大了，而且尖峰负荷的问题已经变得越来越突出。第二个就是整个输电线路的利用率是降下来，对大家的投资压力会越来越大。
我们就在想，有没有一种办法来解决整个投资上的矛盾，解决输电网的规划问题。左边给的图是现状，或者说在新能源比例比较低的条件下，大家去做一个输电规划的时候考虑的。因为我们整个上下包络线，可以很好的去处理整个负荷的波动需求。到了新能源上来比较多的时候，我们面临两方面的压力，一方面可能存在切负荷的问题，可能要加大输电线的投资。另一方面也存在新能源弃电的问题。两头的关系都处理不好，原因是什么？
扩建一条线路增加多少的输电容量，是一个台阶式的增加。那么，我们增加一条线路跟增加两条线路所带来输电能力变化的大台阶调整能力，跟我们实际上的波动需求的快速，多变化的特点，实际上是不够匹配的。也就是说，线路的扩建并不能够有效的提升系统的灵活调节能力。我们就在想，有没有可能把储能的问题引入到传统的输电规划里，来做一个所谓储、输的联合规划。
这样的一个基本思路是什么呢？我在大的层级来讲，如果我有一个大的新能源上了，我利用输电线的扩建来满足输送要求。如果小的调节的时候，我们利用储能装置来实现一个移峰填谷。我们造了一个词叫“无线路的扩容”，实际上它是从负荷曲线整形的角度来做的一个工作，这种方式也可以实现一种对系统的整体性优化。我们具体做一做，看看是不是能够达到这样的目标。
总体目标来讲，这是我们建立的规划模型。你要做规划，肯定以成本最小，这当中既然引入了储能，就得把输电和储能的成本联系起来考虑，而约束条件方面由传统研究电网规划的约束，包括潮流约束、电源的出力约束。若要把储能放进来，一定把储能的充放电约束放进来，当然其他的约束也要考虑在内，这个模型是比较经典的MILP模型。
接下来，我们考虑怎样把低惯量特性的频率安全放进去，我们知道频率模型，刚才赵主任也讲到了，它本身是一种非线性的特性，我们要把它放在规划目标里面求解，一个很大的问题，怎么样把它简化，变成线性的模型可以求解。事实上讲，我们需要把这个模型的频率特性简化出来，把传统的火电机组和储能控制特性的下垂特性的频率调节能力，把它一体化建模后，再引入到整体的规划模组当中去。
这当中有一个天然的矛盾，搞规划的人原来不太关心分秒尺度的事情，这些是运行阶段关心的事，但是现在你要把频率特性放到规划里面去，那必须要解决中小尺度和大尺度怎么联合的问题，这个实际上是跨界的问题。尽管整个模型来讲感觉没有大的变化，但是实际上在技术理念上是有很大的跨界，因为我们知道以前搞运行和规划的人是聊不到一块的，因为大家所有关切的问题点是完全不一样的，在运行阶段安全打倒一切，在规划阶段，最后总要算算经济账，一定要实现技术经济平衡。
基于这样一个基本思路，我们把它建立了一个新的模型，这当中增加了频率安全的约束，我们通过这样一个简化的模型过后，努力保证了原来模型的线性化，就是原来模型还可以继续做。
这样做下来过后，我们可以得到整个联合规划的思路，当然这个思路我们不给大家详细讲了，因为这是学校里面老师和研究生喜欢做的工作，我们直接看看它的结果，看看能够带来什么样的物理意义。拿一个简单的算例系统，为了体现现在电网交直流输电的发展变化，我们增加的三个点，把这三个发电节点变成一个注入的主流功率，这样一个交直流网络的特性有所体现。
再此基础上我们先算一算，如果我要让储能对原来传统的机组功能有所替代的话，我需要配置多少的储能，我们可以看到，要去替代传统的机组进行调频的功能，需要的储能量还是很大的，而且在不同点的配置量有一个不同的变化。当节点数配置比较少的时候，你的总成本是偏高的，如果采用分散配置的方式，这个效果会更好一些。
进一步我们对比分析，如果我们假设，也不能太多，那么我们考虑5个点，实际2个点的配置量大概是百兆瓦级，另外3个点大概是几十兆瓦级的量。我们发现有一定的规律，储能装置更多是配置在直流落点附近，对整个外来注入功率的平衡调节，利用储能是更有利的。如果储能在源端和荷端都做配置的话，对整个效果也有好处，可以减少我们在网络当中传输的量，这个从整个的结果来看，跟基本的物理认识和概念认识是对的上的。既然考虑频率就要考虑他对频率的贡献是什么。
我配置储能过后，主要的改善，第一个是对频率最低点的提升，能够让原来不合规的状态进入到满足频率规划的要求方案。还有他把我们所要求的最大频率偏差，控制在0.5赫兹，我们所要求的范围内。
在我们输电规划里面，增加了储能这个规划过后，对我整个快速调频的性能有一个很大的改善，这种方式之下我们可以做一个对比，左边是之前规划的，右边是采用储能过新规划的。很明显看到，我们之前和之后线路的载荷率是往下降的，就是它可以对线路的过载有一个很好的改善。
我对整个线路在整个网络当中的均衡部署，有一个很大的好处，也就是可以延缓我对新建线路的需求。以前在美国电科院和国家可再生能源实验室里，他们研究储能在电网侧应用的重要场景，就是看它能否替代传统的输电线的规划，或者能够减缓它的规划需求，因为在美国，要做这样输电线的规划投资比在国内更加困难，因为你要经过一个原住民的土地架设输电线，基本上不用想了，线路就得绕着走了。
通过这么一个简单案例，证明我们刚才讲储能和输电规划的联合规划方式，还是一个值得去做的。接下来我们想进一步探讨一下关键的影响因素。
第一，储能是分散接入还是集中的接入更好，我们可以看到储能分散接入的方式对替代的效果是更明显的，但是也有一个饱和作用，也不是说无穷尽的越多越好。
第二，我们还是要寄希望于储能成本的下降，才能够对其在电网侧的应用有一个更好的适应场景，而且这个东西还是有一个台阶的特性，就是不是想象的完全线性变化的过程。这样的特点规律，对我们的规划有什么样的启发，也就是我们在选好一个电网的布局点，对储能未来的电网应用来讲，是一个非常关键的问题。
进一步说，我们可以总结得一些结论，因为我们现在的工作还是一个初步探索，目前还没有一个实际的线路规划，采用这种方式去做，所以我们只是初步结论。如果把频率安全的问题纳入到系统规划当中来，进行多个地点的储能配置，应该是一个很好的解决方案。
另外，储能配置的节点数和成本是影响整个规划的关键要素，从未来的发展趋势来看，我们找到储能在电网侧的新的应用场景，也就是把他跟我们的线路规划结合起来，解决大规模新能源接入带来的频率安全的问题，应该是一个值得探索的技术路线。
因为时间问题，我就给大家介绍这么多，谢谢。
