关于4.28西班牙/葡萄牙大停电事件的思考（续集）

一、前言

根据网友们的留言反馈，笔者觉得有必要就电池储能的商业化应用，再进行一次通俗的必要性分析。

笔者注：之所以没有采用“电化学储能”这个词，是因为电化学储能族谱中还包括全钒液流电池、铅炭电池这样的既属于“长时储能”分类又属于电化学储能技术范畴的“门派”，而目前电化学储能进入商业化应用的主流是锂电池、以及钠电池，它们属于“短时储能”的分类。为避免概念上的混淆，所以笔者把锂电/钠电这样的短时电化学储能统称为“电池储能”。

二、传统电力系统的“源随荷动”

大家知道，我国电网的额定频率是50Hz，如果再乘上每分钟的60秒，就有了一个重要概念：3000转/分钟，这就是我国所有的火电、水电等“转动类”发电机组的额定转速。当然也有不同转速的，例如小型的余热发电机组，汽轮机的转速是5600转/分钟（为提升汽轮机的热效率），但通过变速箱与发电机相连后，转速依然变成了3000转/分钟。

笔者刚参加工作进行实习那会儿，有一次问我师傅：“我给汽轮机增加负荷（开大调速汽门增加进汽量），汽轮机的转速为什么不上升呢？”我至今还记得师傅那时一脸懵逼的表情，后来他回过神来对我说：因为汽轮机的转速是被电网给“拖住”的，所以你增加汽轮机的负荷，只会增加发电机的发电出力，不可能增加汽轮机的转速的。

听后我仍然很懵逼，直到自己成了工程师之后。在“汽轮发电机组”中：汽轮机是“原动机”（提供动力），发电机是“从动机”（是负载）。当发电机与电网连接后（并网），汽轮机增加出力时（机械力矩增加），发电机会同时增加一个“反向力矩”去平衡（即：电磁力矩相应增加），这在外部表现上就是发电机的发电出力增加了（即：发电机的磁场强度增加了，而汽轮机带动发电机的转子仍在切割发电机的“定子磁场”，所以“感应电流”增加了，再乘上“定子电压”，不就是发电机“功率”增加了么）。

再回到电网频率50Hz这件事上。当电网中的总用电负荷大于总发电负荷时，表现为电网频率低于50Hz，这反映到汽轮发电机组上就是转速低于3000转/分钟了，于是汽轮机在调速系统的作用下，“自动”开大调速汽门以增加发电负荷，最终电网中的大部分发电机组都是如此的操作，于是电网频率又回到了50Hz附近。当电网中的总用电负荷小于总发电负荷时，表现为电网频率高于50Hz，这反映到汽轮发电机组上就是转速高于3000转/分钟了，于是汽轮机在调速系统的作用下，“自动”关小调速汽门以降低发电负荷，最终电网中的大部分发电机组都是如此的操作，于是电网频率又回到了50Hz附近。

这就叫“源随荷动”。

三、新型电力系统的“源荷互动”

传统电力系统的“源随荷动”一直是这么“丝滑”，这跟传统发电机组是机械转动设备具有天然的关系。但到了新型电力系统，电源点将以新能源发电作为主体，而新能源发出的电是直流，要和交流电网（或者用电设备）进行连接，必然需要通过逆变器（PCS）进行交直流的转换。

打个比方：高保真音响采用的是“电子管”，因为电子管属于模拟电子，所以它将电子信号进行放大是“连续”的（即：不失真）。而数字音响采用的是“晶体管”，因为晶体管属于数字电子，所以它是通过“拟合”去模拟信号放大的连续性（即：音质是带有毛刺的）。

回到电力系统，即使是“构网型”逆变器，仍然是“数字音响”，虽然采用了控制策略去“模拟”机械转动设备的特性，但依然无法“模仿”传统发电机组的固有特性（具体的技术细节就不展开了）。因此，在新型电力系统中维持传统机组的“最小开机组合”，依然是目前新型电力系统安全运行最有效的保障措施。这也是造成本次西班牙/葡萄牙大停电事件的主要原因之一。

见上图：当电网频率突降时，首先起作用的是转动发电设备的“转动惯量”（这就好比汽车刹车时，由于惯性作用车还是要往前“冲”一段距离那样），虽然此时电网频率是在快速下降，但转动发电设备的“转动惯量”对频率的下降还是具有“阻止”作用的，所以被称为“阻尼”效应。然后是各种并网发电机组的“一次调频”作用，笔者在上一章节其实是介绍了传统机组“一次调频”的工作原理，随着《并网电源一次调频技术规定及试验导则》（GB/T 40595-2021）的颁布实施，新能源发电项目同样也具备“一次调频”的能力。再后来就是“二次调频”作用了，近日发布的《电力辅助服务市场基本规则》中明确指出：调频服务主要为二次调频服务（第29条的内容）。

这里重点讨论“二次调频”的适用场景。

首先，为什么笔者老拿电网的频率“突降”说事，而不提频率“突升”呢？因为频率“突升”的应对措施比较简单。对于传统机组来讲，只要将汽轮机的调速汽门关小，马上就能把发电负荷降下来，这跟升负荷需要锅炉加强燃烧不同，几乎是“立竿见影”的（即：传统机组的功率“下爬坡”能力还是靠谱的），而锅炉即使是短时间内蒸汽压力会升高（毕竟部分蒸汽是被“憋”住了），但还是有其它应急调整措施的（例如开向空排汽阀），人不会被尿给憋死。而新能源发电“降负荷”其实更简单，电力电子设备的响应速度往往比机械设备高几个数量级。

其次，电网频率“突降”的主要原因是新能源发电出力的“突降”（例如：“阵风”对风电出力的影响，“乌云”对光伏出力的影响，等等），所以这对新能源的“二次调频”能力就不要指望了。而传统机组升负荷的功率“爬坡”能力先天不足（原因分析详见笔者的上篇文章），所以需要像电池储能这样的功率型储能先去“顶”一把，但这还不够。

再次，新能源发电“间歇性、波动性、随机性”的特点，几乎将电网“N-1”的事故备用策略中的“1”无限放大了，因此，光有发电侧的“旋转备用容量”还不够（其实也“备”不起，容量费用太高了），还需要“需求侧响应”（即：用电侧同时降“用电负荷”）。

四、“源荷互动”的商业化场景

1、“调频、爬坡”辅助服务的需求侧响应场景

我们可以“脑补”一下以下场景：当电网频率突降时，电网调度按个与用户们打电话：你能降点用电负荷吗？显然“黄花菜早就凉了”。因此，需要虚拟电厂去“聚合”用户资源进行需求侧响应。

据国家统计局的数据：2024年我国全社会用电量达到9.76万亿千瓦时，其中居民生活用电达到1.21万亿千瓦时，占比约12.4%。目前大家首先想到的是“空调负荷”，空调负荷确实是推高迎峰度夏期间用电高峰的原因之一。但国外的实践表明：对空调负荷“有序用电”确实能立竿见影，但有序用电恢复后马上会形成一个“人为”的用电尖峰——由于依然是高温，家家户户在供电恢复后“集体”开空调制冷，此时无论是设置26℃还是18℃，其实空调基本都在满负荷运行，这样的集体“报复性消费”只会形成另一个“用电尖峰”。

其次是充电负荷。笔者在以前的文章中就描述过：迎峰度夏期间，白天的工商业线路、晚上的居民区线路都是重载，下辖的充电桩基本是“无电可供”，既然无法充电，为什么人们还要把车“连”在相应的充电桩上（进行V2G）呢？因此，正确的解法是：在合适的时段，挑轻载线路（合适的地段）上的充电桩充电（普通人白天上班、晚上休息，显然即使有钱赚也是没时间的，但移动储能就是“专业”干这事的）——如此操作的目的是为了给送端电网腾出“最小开机组合”的系统容量。移动储能响应V1G（有序充电）——当电网发出“二次调频”指令时，虚拟电厂优先切断移动储能的充电功率。如果充电桩具备V2G功能，移动储能同时响应V2G（反向给电网供电）——当电网发出“二次调频”指令时，虚拟电厂不仅切断移动储能的充电功率，还要求移动储能反向放电，以响应“爬坡”指令。

综上所述，虚拟电厂“聚合”充电桩（或者V2G桩）与移动储能这个“组合”，才是靠谱的“调频、爬坡”辅助服务的需求侧响应。

2、微电网之间“互通有无”的场景

目前新型电力系统的挑战之一就是“双高”（高比例新能源发电、高比例电力电子设备），如果再加上即将面临的“高比例新型用电负荷”（例如电动汽车补能）——凑齐“三高”，电网离送ICU也差不多了。

因此，需要大力发展各种“微电网”。关于微电网的理解，笔者以前的文章有如下的描述。

既然微电网有“直流化”的趋势，作为微电网之间“互通有无”的媒介，移动储能当然提供直流接口就行了。

正所谓“计划没有变化快”，微电网本身也有各种“无奈”——一方面，作为电源属性的微电网：节假日工商业光伏的消纳问题、屋顶下用电负荷“消失”了的工商业光伏、农村的户用光伏（即使是采取了“集中汇流”措施）……另一方面，作为负荷属性的微电网：节假日高速服务区的充电站、缺少供电容量的工商业（居民区）充电站、农村充电基础设施以及“智慧农业”供电基础设施……以上电源和负荷属性的微电网，具有时空对应的关系，通过移动储能不仅可以实现“互通有无”，而且能实现电能量的“市场化交易”。

这就是电力市场“场外交易”，也叫虚拟电厂（作为信息平台）的“撮合交易”。它的意义在于：让分布式新能源发电少上网“添乱”；让需频繁临时增容的负荷少下网“添堵”。

因此，降低电网“送ICU”风险的同时，为分布式新能源、电动汽车等的进一步发展拓展了增量空间。

3、配网“无线路增容”场景

再“坚强”的配电网，也会有检修甚至“掉链子”的时候。特别是面对日益频发的极端灾害性气候，抢险救灾已日益成为社会应急管理的重要内容。对比国内和国外的抢险救灾场景，我国始终是把“人民群众的利益放在第一位”的。因此，电力保供一直是我国电力系统的重要职责之一。

但电力保供也是要讲成本投入的（否则何来的可持续发展），因此，构建“兼具韧性和经济性”的配电网是新型电力系统的重要建设内容之一。

2025年我国统调最高用电负荷预计在15.5亿千瓦左右，如果夏季出现极端高温天气，最高用电负荷可能增至15.7亿千瓦。同时，笔者曾做过测算：假设全国3亿辆机动车全部更换为纯电车型，将需要15亿千瓦（30亿千瓦时）的移动储能。

这将是一种什么样的场景呢？——“聚、则蚂蚁雄兵”，即使是在最高用电负荷、且短时间内全部依靠新能源供电，照样可以维持电网的安全运行，这将为电网进行运行方式调整提供缓冲时间。“散、则精准救援”，即使是在极端灾害性气候影响下，移动储能可以实现抢险救灾、一级负荷、民生保障等的离网型供电任务，这将为配电线路的抢修、恢复供电等提供缓冲时间。

五、结语

电池储能的商业化应用——电源侧：136号文明确“不得将配置储能作为新建新能源项目核准、并网、上网等的前置条件”；电网侧：交流电网一直“偏好”能提供转动惯量的储能技术；配售侧：无论是用户侧的微电网、还是“兼具韧性和经济性”的新型配电网构建，更需要“移动储能”。