据能源圈了解到，当传统发电厂不再，电网如何维持稳定？这是目前电网稳定及能源安全专家们当下正在研究的问题。迄今为止，确保电网系统及其频率稳定的主力仍是热电厂的传统同步发电机。但业界已经有公司提出了将所谓的构网型逆变器与储能系统相结合的可再生能源方案。

在今年欧洲的Intersolar展会，SMA总部电网服务产品经理 Daniel Duckwitz与行业解决方案主管Hariram Prabhakaran一起接受了主办方采访，共同探讨了构网型电站如何工作、欧洲市场前景，以及利用该技术是否可以实现全天候可再生能源供应。

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“构网型逆变器（Grid-forming Inverters）”是目前太阳能光伏行业的热议词汇。您是否可以为我们解释这一概念以及这款逆变器与常规逆变器的区别？

H. Prabhakaran: 首先，介绍一下背景情况——如果我们想成功掌握能源转型并脱离传统发电厂，需要做到三点：一，我们需要更多的可再生能源。二，也是最重要的一点，需要更多的储能系统。三，需要维持电网稳定。只有具备以上条件，我们才能成功过渡到100%可再生能源。

SMA已利用构网型技术为德国小镇博德斯霍姆打造了一套系统，并以此证明了：a）仅利用可再生能源、储能系统和构网型技术是可以运行电网的；b）该电网可以保持稳定。构网型技术是能源转型的重要组成部分。

博德斯霍姆镇 - 10MW储能电站项目

D. Duckwitz: 实际上，这种逆变器并不是赛道的起点，而是能源系统实际上必须满足的要求。构网型逆变器可以稳定电网，从本质上说，它 "构成"了这个能源系统，这意味着仅由基于可再生能源及构网型储能系统的逆变器所构成的电网也能运行。这就是我们称之为 "构网"的原因。常规光伏逆变器的标准并非如此，仅由一般逆变器和光伏发电组成的电网无法独立运行。未来，电网将由可再生能源和储能系统构建。

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电网稳定运行的要素有哪些？

D. Duckwitz: 首先，电压和频率的稳定性至关重要。当电网发生扰动时，电压和频率必须始终能够恢复和稳定。其次是电网恢复，即在极少数情况下极端事件发生后电网重新启动的能力。

到目前为止，这些要素都来自于传统发电厂，但这些发电厂大部分都将在未来消失，所以有必要将重点放在构网型技术上。具体来讲，这样逆变器可作为电压源进行控制，其系统惯性稳定了电压和频率，类似于传统发电厂的飞轮质量。

然后是黑启动（“Black Start”）能力。带有构网型逆变器的储能系统可以自行启动，并以此作为电网恢复的启动装置，使其成为第一个提供电压的系统，使得电网由此进行恢复。

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对于构网型逆变器的电力电子而言，SMA现在处于什么阶段？目前正在开发的构网型逆变器会有哪些技术特性，例如更大的过载能力？

D. Duckwitz：当系统存在惯性时，过载能力可以快速的提供额外功率，因此很重要。除此之外，构网功能将由新的控制系统构成，比方说新的逆变器软件，这使得我们一方面实现了构网，同时也可全面支持之前的普通系统功能。

电池可以成为储能系统，不仅实现早晚能量的峰谷调节，也能随时用于额外的电力峰值时段，以维持电网频率稳定。这种调节、系统，实际上是新的东西。即使逆变器本身，也就是硬件，虽然看起来相同或非常相似，但它的功能大大增强，可以在没有传统发电厂的情况下实现完全的系统运行。

我们所做的基本上是重新开发整个软件，即整个控制系统。我们不仅要去遵守每个市场在稳定性、构网型技术等方面推陈出新的标准，也要符合此前的标准。结果就是，我们的产品在硬件方面看起来可能与以前相同，但在运行和功能方面却有很大不同。比如，在运行过程中，预定义的输出不再是简单地馈入，而是根据电网稳定性在必要时立即偏移。

如果电网一旦有其他需求，系统就必须偏离设定点。这是非常精妙且重要的，因为它的行为可能与我们之前的预期略有不同。虽然这可能只是一瞬间的事情，但在整个运行控制中必须考虑到这一点。

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构网型技术可运用于哪些部署来实现电网稳定？以及这些部署有何不同？

D. Duckwitz：我们目前只考虑大型电站，即输出功率从10ＭＷ左右到GW不等，因此当前暂时排除了较小的储能设备。该技术尚属新兴技术，更容易通过大型电站启动，且这样的大型电站已经可以为电网的稳定性做出重大贡献。

当前，在高压及超高压范围内，通过大型电池储能系统来为电网提供维持稳定性的服务已经可行，储能系统能稳定频率。如果没有储能系统，光伏就无法做到全天候可控，因为只有光照才有发电。这也是我们目前首先注重大型电池储能项目的原因。我们预计配备有储能系统的大型光储混合电站也将很快跟进。

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在已经使用电池储能系统（BESS）和构网型技术的新市场中，目前有哪些商业模式？

D. Duckwitz：首先，有电网稳定性服务，比如新电网服务，特别是在针对电力系统惯性、短路输出等方面。英国在这一领域领先。两年前，英国发布了首批大型招标邀请，电池项目也可以参与其中。在不同的新技术中，只有电池储能系统获得了补贴。这使得英国，尤其是苏格兰，成为 SMA 参与的项目目前正在实施的首个市场，今年第一批创业项目也将在这里启动。

欧盟也正在基于新的“非频率辅助服务”建立类似的市场，这些服务目前正在全国范围内实施。在德国，相关的市场设计预计将于今年被采纳，这意味着德国有望成为欧洲大陆第一个电力系统惯性市场。此外还有其他市场，比如澳大利亚。那里也有电力系统惯性招标，尽管通常是区域性的。

此外还存在着一种将构网系统连接至电网的方案。也就是弱电网——即输电能力不足的电网，但仍希望在这些电网建设可再生能源电站。其中一个例子是澳大利亚沙漠中远离消费中心的地区，你必须仔细考虑到底要在那里建设多少条输电线，但另一方面，该地区很容易被用于光伏系统。

因此，许多光伏电站正在建设中，但挑战在于那里是否有电网能够接入。构网型电池储能系统可以做到两点：第一，提高当地电网的稳定性，即保持稳定电压；第二，还可以实现晚间电力传输。从项目开发商的视角来看，这一切都是为了实现当地与电网的有效连接。

不仅在澳大利亚如此，未来在欧洲，电网的高利用率也将是常态；电网的扩建可能是一个漫长的、长达数十年的过程；并且必须与利用率高的弱电网配合使用。大型电池储能系统将解决德国市场面临的两大难题——即稳定和缓解电网压力。

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您认为英国等已启动首批项目的国家面临哪些困难?

D. Duckwitz：目前面临挑战是，一方面，我们正制定标准和规范，但另一方面，我们又想快速开展工作。所有参与人员都认识到电网稳定的重要性。换句话说，我们希望快速行动，并在过程中实现标准化，因为大量项目等待开展。而平衡新的要求、建立标准和速度是不容易的。

H. Prabhakaran：有些国家还没有记录相关要求，这对系统而言是一个技术挑战。他们确实有标准，但这些标准已经过时，最初发布时并未考虑构网型技术。如何激励项目开发商，也需要思考。

在 SMA，技术使我们能够提供电力系统惯性，同时也意味着额外的成本，对于我们的客户、项目开发商也是如此。合适的商业模式和投资环境才能让这项技术营利，这在英国已经实现了。

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与同步发电机相比，使用电池储能系统＋构网型技术提供电网稳定服务有哪些优点和缺点？

D. Duckwitz：电池是一个非常高效的系统，因为它可以同时解决两大问题：储存能量以将可再生能源转移给负载，并且稳定系统。因此，只要能够建造足够多的此类系统，我就可以通过一个系统解决这两个问题。这与市场设计有很大关系。那么，能源市场本身是否接受，建造电池储能系统、将储存的能量转移至晚间，是经济实惠的？

一方面，是的，另一方面，稳定性服务是否得到了相应的报酬？如果是，那么电池显然是最好的、最具成本效益的技术，而且它也非常灵活。各个功能也可以在不同时间有不同的安排，这样某些功能只能在需要时才打开，并且在能源交易和稳定功能之间具有不同的权重。

如果我们将其与同步电机进行比较——它建成后就结束了，不会对任何事情产生影响。如果不再建造传统的燃料发电厂，发电机只能用作独立机器，即调相机。这意味着它也可以稳定电网，但不能做任何其他事情，而且这样做太贵了。

英国也有这种情况——同步电机也在英国中标，但用于电网稳定服务，其价格是电池系统的好几倍。换句话说，从经济角度来看，依赖同步电机的成本要高得多。

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未来火电发电厂的同步发电机能被彻底替代吗？

D. Duckwitz：是的。在一年中的某些时段，可再生能源已经能够100%满足电力需求，但我们仍然不愿意在这些时段完全关闭传统发电厂。一旦电网中有足够的构网型电池储能，就可以完全关闭传统电厂。

H. Prabhakaran：这取决于我们有多少储能容量。例如，如果我们的构网型技术可以提供 24 小时的存储容量，那么理论上我们可以替代所有旋转机组。但当然，并非所有同步发电机都能够在短期内被取代。这需要几十年的时间。

未来几十年，仍需要不时使用可再生燃料的传统发电厂。问题是，电池储能系统和氢能发电厂的经济最优点在哪里？氢能的低效率和高成本表明，更高比例的电池储能才是最优解。

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电池储能系统+构网型技术为项目开发商和运营商带来哪些新的商业潜力？

D. Duckwitz：首先，电网稳定服务有招标。其优点是稳定服务合同的合约期较长，例如五到十年。这对双方都有吸引力——项目开发商的投资有保障，而且可以以低成本为公共电网保证稳定。其次是应对电网扩张延迟的问题。从项目开发商的角度来看，可以通过加强本地电网来利用电网连接。

从公众的角度来看，这为市场带来了额外的低成本能源。此外，电池还可用于重建电网——这也是一项有偿的系统服务。从运营商的角度来看，这其中涉及了三个不同的领域——能源交易、稳定性和电网重构。