【摘要】2023年12月23日，由于英國和法國間的高壓傳輸線路突然跳閘，英國電網(wǎng)在瞬間損失了1GW的電力，系統(tǒng)頻率從50赫茲驟降至49.3赫茲。

然而，由于陽光電源位于英國的多個兆瓦時儲存電站迅速響應(yīng)，并提供柔性的慣量支撐，使得5分鐘之內(nèi)電網(wǎng)頻率從49.3赫茲恢復(fù)至正常運行范圍，因此避免了大規(guī)模停電事故。

這便是如今的儲能新潮流“構(gòu)網(wǎng)技術(shù)”。

通過模擬大型同步發(fā)電機，構(gòu)網(wǎng)儲能為電網(wǎng)提供必要的慣性支持，同時彌補電網(wǎng)在調(diào)峰調(diào)頻能力上的不足，有效增加了新能源電力的消納率。

PCS作為儲能技術(shù)的底層核心技術(shù)，呈現(xiàn)出組串式應(yīng)用增加、功率提升、液冷溫控、光儲融合的四大趨勢。

如南瑞繼保、華為數(shù)字能源、陽光電源憑借自身商業(yè)化應(yīng)用的多元案例實現(xiàn)有效的技術(shù)積累，位于構(gòu)網(wǎng)型儲能企業(yè)的第一梯隊；科華、科陸、盛虹等企業(yè)同樣加足馬力，在商業(yè)化落地與技術(shù)賦能層面深耕。

然而，當(dāng)前構(gòu)網(wǎng)型儲能仍處于發(fā)展初期，各企業(yè)面臨著技術(shù)、性價比、市場拓展等方面的重重困境。

在中東市場具有先發(fā)優(yōu)勢的儲能企業(yè)，在面對歐美市場的貿(mào)易保護壁壘下，在電網(wǎng)這一涉及國家命脈的關(guān)鍵行業(yè)中，構(gòu)網(wǎng)型又能否成為最優(yōu)解呢？

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以下為正文：

01

電網(wǎng)控制邏輯轉(zhuǎn)型，向“構(gòu)網(wǎng)”進軍

在新能源電力裝機及發(fā)電量占比提升的大背景下，我國電力系統(tǒng)正經(jīng)歷著前所未有的變革，電力系統(tǒng)“雙高”，即高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備兩大趨勢帶來的安全問題突出。

新能源電力裝機中心與用電負荷中心的逆向分布，加劇了電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，也增大了新能源的消納壓力。

隨著新能源在電網(wǎng)中占比的增加，電網(wǎng)的控制邏輯發(fā)生了變化。

傳統(tǒng)能源發(fā)電是通過切割磁力線產(chǎn)生電流，具有慣量，并以電壓源的形式控制電壓。

而新能源以電子形式，即電流源為主，通過鎖相環(huán)獲取電網(wǎng)的相位和幅值來控制電流輸入，沒有慣量。

當(dāng)電網(wǎng)中的新能源占比越來越高時，非慣量的能源形式增多，在出現(xiàn)故障時，由于慣量不足，難以像傳統(tǒng)能源那樣支撐電網(wǎng)故障期間的運行。

這就要求新能源要能夠模擬傳統(tǒng)能源的慣量支撐形式，從電流源變成電壓源，以模擬傳統(tǒng)能源對電網(wǎng)的支撐能力。

與此同時，構(gòu)網(wǎng)型儲能應(yīng)勢而生。

構(gòu)網(wǎng)型儲能是指儲能電站能支撐電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行，適用于大電網(wǎng)和微網(wǎng)，本質(zhì)上是電壓源，能夠自主設(shè)定電壓參數(shù)，輸出穩(wěn)定的電壓與頻率，提升變流器的電壓、頻率支撐能力，增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過功率同步控制機制，構(gòu)網(wǎng)型儲能將儲能變流器塑造成電壓源外特性，可在不依賴外界交流系統(tǒng)的情況下，自行構(gòu)建交流側(cè)電壓幅值與相位，為電力系統(tǒng)提供強大的電壓支撐。

與之相對的，是跟網(wǎng)型儲能系統(tǒng)。

跟網(wǎng)型儲能系統(tǒng)本質(zhì)上是電流源，自身無法提供電壓與頻率的支撐，必須依賴電網(wǎng)的電壓和頻率來運行，因此，無法獨立支撐電網(wǎng)系統(tǒng)。

因此，二者主要區(qū)別在于電源屬性和控制方式。

構(gòu)建PCS（儲能變流器）上的能力構(gòu)建也是二者對比的重要指標。

跟網(wǎng)型PCS的控制結(jié)構(gòu)簡單，已有較為成熟的技術(shù)模式，但局限性在于必須依賴電網(wǎng)提供的穩(wěn)定頻率和電壓參考值，控制回路的穩(wěn)定性相對較弱。

而構(gòu)網(wǎng)型PCS在內(nèi)部設(shè)定電壓參考信號，通過功率計算模塊及頻率下垂控制實現(xiàn)與電網(wǎng)的同步，具備在沒有外界發(fā)電供給的情況下調(diào)動自身運行實時調(diào)整輸出的能力。

02

政策+需求，商業(yè)化實踐爭奪戰(zhàn)

目前，我國已有多地提出鼓勵或強制新能源項目配建構(gòu)網(wǎng)型儲能。

2023年至今，新疆、西藏、江蘇等地方相繼發(fā)布了探索建設(shè)構(gòu)網(wǎng)型儲能相關(guān)政策文件，支持構(gòu)網(wǎng)型儲能等技術(shù)研發(fā)與工程示范。

政策的出臺必定以需求為導(dǎo)向。

據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，24年以來，我國構(gòu)網(wǎng)型儲能招標規(guī)模達1.468GW/4.613GWh，西藏構(gòu)網(wǎng)型招標、開工的項目有11個，容量規(guī)模達到1.15GWh。

因此，政策與市場需求的驅(qū)動之下，各企業(yè)紛紛下場構(gòu)網(wǎng)型儲能市場，提前布局。

南瑞繼保作為全能型構(gòu)網(wǎng)技術(shù)選手，當(dāng)之無愧成為業(yè)內(nèi)構(gòu)網(wǎng)型能力一流的龍頭企業(yè)。

公司主營PCS的傳統(tǒng)為打造構(gòu)網(wǎng)型儲能打下堅實的技術(shù)鋪墊，南瑞繼保在業(yè)內(nèi)率先提出完整構(gòu)網(wǎng)理念，打造出以構(gòu)網(wǎng)型儲能為核心的源網(wǎng)荷儲一體化解決方案，產(chǎn)品包括構(gòu)網(wǎng)型儲能、構(gòu)網(wǎng)型柔性直流、構(gòu)網(wǎng)型SVG和靜止同步調(diào)相機等。

目前，南瑞構(gòu)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用落地的項目超30個，分布在湖北、新疆、內(nèi)蒙、西藏、吉林等地，23年，南瑞為內(nèi)蒙古電力集團額濟納地區(qū)源網(wǎng)荷儲新型電力系統(tǒng)示范工程提供30臺、總?cè)萘?5MW/25MWh的儲能、協(xié)調(diào)控制和能量管理在內(nèi)的一、二次設(shè)備。

與此同時，陽光和華為憑借著巨額的技術(shù)資金投入，招募電網(wǎng)博士成立電網(wǎng)研究實驗室，同樣躋身于構(gòu)網(wǎng)型儲能的第一梯隊，并已在部分指標上實現(xiàn)對南瑞的超越。

自2011年，華為數(shù)字能源就一直壓強式投入新能源并網(wǎng)的安全穩(wěn)定性研究，公司研發(fā)了構(gòu)網(wǎng)型儲能的功率模組和控制芯片，實現(xiàn)了暫態(tài)高倍率有功、無功快速支撐，提升了在復(fù)雜、惡劣環(huán)境條件下的長時間可靠運行能力。

沙特紅海新城首期400MW光伏和1.3GWh儲能系統(tǒng)，全部采用華為組串式逆變器和智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能解決方案，自2023年9月全部投入運營，提供了超過10億度綠色電力，成為全球首個100%可再生能源供電的城市微網(wǎng)。

2023年3月，陽光電源就推出了以光儲構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)為核心的《干細胞電網(wǎng)技術(shù)白皮書》，該技術(shù)適用于能源基地、柔性輸電、孤島供電、終端用能等場景，已經(jīng)搭載到陽光電源交直流一體系統(tǒng)PowerTitan 2.0中，并實現(xiàn)規(guī)模化出貨。

科華、科陸、盛虹等企業(yè)暫時位于第二梯隊，主要差異在于企業(yè)的技術(shù)應(yīng)用案例。

構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的研發(fā)既需要企業(yè)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的長期深耕，也需要在實踐項目中積累經(jīng)驗。

在項目調(diào)試及運行過程中，廣泛的應(yīng)用案例可以為南瑞、華為、陽光等頭部企業(yè)提供更多學(xué)習(xí)經(jīng)驗，進一步促進技術(shù)提升。

03

技術(shù)制高點，PCS的底層較量

除商業(yè)化實踐之外，構(gòu)網(wǎng)技術(shù)同樣成為各企業(yè)拉開差距的關(guān)鍵點。

儲能變流器PCS可謂是這場較量的底層技術(shù)核心。

變流器要能夠作為一個智能和靈活的發(fā)動機，無論在強網(wǎng)還是弱網(wǎng)的環(huán)境下，都可以自適應(yīng)按照既定的頻率和電壓運轉(zhuǎn)，同時，也需建立和維持電壓與頻率穩(wěn)定。

作為決定儲能技術(shù)路線及適應(yīng)應(yīng)用場景的主要力量，PCS也呈現(xiàn)出組串式應(yīng)用增加、功率提升、液冷溫控、光儲融合的四大趨勢。

組串式PCS一方面可以有效匹配工商業(yè)儲能產(chǎn)品需求，另一方面也有效適應(yīng)儲能電站的精細化運營趨勢。上能電氣、索英電氣、南瑞繼保、特變電工等推出了2.5MW、5MW組串式一體機，由組串式單模塊組成。

值得關(guān)注的是，隨著直流側(cè)電池艙容量的增大，PCS的功率也在提升。科華數(shù)能、上能電氣、陽光電源、匯川技術(shù)等都推出2.5MW集中式PCS，以及集中式升壓變流一體機。

各企業(yè)的單臺PCS的過流能力也所差異。

多數(shù)公司單臺只能提供1.2倍過流能力，而頭部公司當(dāng)前能做到1.5-2倍。

當(dāng)前，PCS(儲能變流器)市場也呈現(xiàn)量價齊升的趨勢。

由于構(gòu)網(wǎng)型儲能在應(yīng)對復(fù)雜電網(wǎng)形態(tài)時需要具備更多功能，并且其短時過載能力需要超配更高功率的PCS，因此其產(chǎn)品具有較高的溢價，平均溢價水平可達30%左右。

與此同時，在黑啟動方面，不同廠家實現(xiàn)方式和速度差異較大。

頭部廠商目前可以在小時級別實現(xiàn)電站所有資源同時啟動，而部分廠商則需以天甚至周為單位。

在過流支撐層面，眾企業(yè)過流能力支撐時間差異明顯。

2秒還是5秒的支撐時間，看似差距細微，但是對于毫秒級別的電網(wǎng)響應(yīng)卻有極大的撼動能力，過流支撐時間不足會極大影響電網(wǎng)頻率支持，導(dǎo)致故障連鎖反應(yīng)。

總而言之，為了在這場技術(shù)競賽中脫穎而出，各企業(yè)紛紛加大研發(fā)投入，致力于多維提升產(chǎn)品技術(shù)的性能、效率和可靠性，可謂花樣百出。

04

層層考驗，構(gòu)網(wǎng)型儲能是出海最優(yōu)解嗎？

當(dāng)前，構(gòu)網(wǎng)技術(shù)仍處于發(fā)展初期，作為建設(shè)高質(zhì)量電網(wǎng)的的重要通路，在技術(shù)、行業(yè)標準、成本、市場拓展等方面均具備不少挑戰(zhàn)。

構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)具有較高的技術(shù)壁壘，PCS的短時過載成為“剛需”。

行業(yè)普遍采用“超配”2-2.5倍PCS的方式來滿足儲能系統(tǒng)在3倍過載時能夠提供10秒的支撐能力，而下一步如何加強變流器的過流能力，從而有效降低因變流器電流快速增長帶來的過流風(fēng)險危及變流器硬件組件是面臨的主要挑戰(zhàn)。

此外，在電池的過充過放、超導(dǎo)磁體的運行穩(wěn)定性、超級電容的短路等安全問題，也成為技術(shù)方面的重大挑戰(zhàn)。

同時，構(gòu)網(wǎng)型儲能作為電壓源，若多臺電壓源設(shè)備并列運行，可能存在環(huán)流、搶功率等問題，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

該技術(shù)也常常需要與風(fēng)力、光伏等發(fā)電能源儲存設(shè)備進行結(jié)合使用，如何優(yōu)化混合儲能系統(tǒng)的配置與運行策略，也是現(xiàn)階段面臨的難題。

性價比，在儲能行業(yè)是重中之重。

為了滿足短時擴展能力，PCS需要具備較大的容量冗余，這直接增加了系統(tǒng)成本，而構(gòu)網(wǎng)型參與慣量支撐，頻率，黑啟動等輔助服務(wù)的評價和回報機制尚不明確，給技術(shù)盈利能力提出考驗。

出海，也是儲能行業(yè)發(fā)展的一大命題。

2023年6月，國際可再生能源署提出，要在2030年將全球可再生能源裝機容量增至三倍，全球可再生能源目標大幅提升，大幅提升的新能源目標為儲能行業(yè)打開了廣闊的市場空間，中美歐的儲能行業(yè)迎來爆發(fā)式增長。

然而，新一輪逆全球化浪潮涌動，隨著全球多地地緣政治風(fēng)險上升、產(chǎn)業(yè)鏈趨于本土化，對我國企業(yè)出口儲能產(chǎn)品帶來不確定性。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，即使未來新能源占比達60-70%，在3-5年時間內(nèi)，火電仍會在電網(wǎng)中占較大比例，不過，構(gòu)網(wǎng)型儲能在全球有望達到50%的滲透率。

就構(gòu)網(wǎng)型儲能而言，盡管構(gòu)網(wǎng)型儲能和構(gòu)網(wǎng)型新能源發(fā)展是未來趨勢，但不同國家和項目發(fā)展階段與需求迫切性不同，因此項目出海存在較大差異。

沙特的規(guī)劃新城項目，完全依靠新能源供電，并涉及幾百兆瓦負載。由于沒有主干網(wǎng)作為支撐，則需要通過構(gòu)網(wǎng)型儲能來應(yīng)對負載波動和故障等問題，對構(gòu)網(wǎng)型的需求是100%，需求極高。

當(dāng)前，中東的儲能項目基本由中國企業(yè)參與，海外企業(yè)多為陪標，初始項目名單中很少有海外公司，而一帶一路地區(qū)，逆變器用構(gòu)網(wǎng)型的情況只是特定項目。

轉(zhuǎn)向歐美市場，作為儲能的高價值市場，歐美市場的儲能毛利水平可達30%以上。

與此同時，電網(wǎng)投資呈現(xiàn)出景氣上行的態(tài)勢。美國公用事業(yè)公司的資本支出持續(xù)攀升，電網(wǎng)投資占比將達到較高比例，多家公用事業(yè)公司均上調(diào)了最新電網(wǎng)資本投資規(guī)劃，以應(yīng)對老舊電網(wǎng)升級改造和新增需求帶來的挑戰(zhàn)。

歐洲電網(wǎng)也面臨著老化問題嚴重、擴建周期較長等挑戰(zhàn)，大量新能源項目并網(wǎng)擁堵甚至被擱置，其輸配電網(wǎng)開發(fā)及運營機構(gòu)正在加大投資力度，布局大規(guī)模的電網(wǎng)投資計劃。

然而，變流器儲能pcs出于直接控制電網(wǎng)的特性，可能會涉及到各個國家的主權(quán)與利益問題，在當(dāng)前歐美地區(qū)的貿(mào)易保護主義政策之下，國內(nèi)企業(yè)出?；虼嬖谳^大困難。

由此，構(gòu)網(wǎng)型儲能是否憑借能夠化解眼前自身發(fā)展困境，成為儲能出海的最優(yōu)解，仍需要時間來檢驗。

05

尾聲

“雙高”背景之下，構(gòu)網(wǎng)型儲能憑借自身優(yōu)勢，或有望在未來迎來行業(yè)機遇期。

在商業(yè)化實踐極為關(guān)鍵的市場競爭中，眾企業(yè)能否利用技術(shù)突破再上一層臺階？又能否在政治、經(jīng)濟交錯混雜的國際市場中逆勢突圍？

時間自會給出答案。

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- NEBR -

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