【摘要】2023年12月23日，由于英国和法国间的高压传输线路突然跳闸，英国电网在瞬间损失了1GW的电力，系统频率从50赫兹骤降至49.3赫兹。
然而，由于阳光电源位于英国的多个兆瓦时储存电站迅速响应，并提供柔性的惯量支撑，使得5分钟之内电网频率从49.3赫兹恢复至正常运行范围，因此避免了大规模停电事故。
这便是如今的储能新潮流“构网技术”。
通过模拟大型同步发电机，构网储能为电网提供必要的惯性支持，同时弥补电网在调峰调频能力上的不足，有效增加了新能源电力的消纳率。
PCS作为储能技术的底层核心技术，呈现出组串式应用增加、功率提升、液冷温控、光储融合的四大趋势。
如南瑞继保、华为数字能源、阳光电源凭借自身商业化应用的多元案例实现有效的技术积累，位于构网型储能企业的第一梯队；科华、科陆、盛虹等企业同样加足马力，在商业化落地与技术赋能层面深耕。
然而，当前构网型储能仍处于发展初期，各企业面临着技术、性价比、市场拓展等方面的重重困境。
在中东市场具有先发优势的储能企业，在面对欧美市场的贸易保护壁垒下，在电网这一涉及国家命脉的关键行业中，构网型又能否成为最优解呢？
以下为正文：
01
电网控制逻辑转型，向“构网”进军
在新能源电力装机及发电量占比提升的大背景下，我国电力系统正经历着前所未有的变革，电力系统“双高”，即高比例可再生能源、高比例电力电子设备两大趋势带来的安全问题突出。
新能源电力装机中心与用电负荷中心的逆向分布，加剧了电网的不稳定性，也增大了新能源的消纳压力。
随着新能源在电网中占比的增加，电网的控制逻辑发生了变化。
传统能源发电是通过切割磁力线产生电流，具有惯量，并以电压源的形式控制电压。
而新能源以电子形式，即电流源为主，通过锁相环获取电网的相位和幅值来控制电流输入，没有惯量。
当电网中的新能源占比越来越高时，非惯量的能源形式增多，在出现故障时，由于惯量不足，难以像传统能源那样支撑电网故障期间的运行。
这就要求新能源要能够模拟传统能源的惯量支撑形式，从电流源变成电压源，以模拟传统能源对电网的支撑能力。
与此同时，构网型储能应势而生。
构网型储能是指储能电站能支撑电网安全平稳运行，适用于大电网和微网，本质上是电压源，能够自主设定电压参数，输出稳定的电压与频率，提升变流器的电压、频率支撑能力，增强电力系统的稳定性。
通过功率同步控制机制，构网型储能将储能变流器塑造成电压源外特性，可在不依赖外界交流系统的情况下，自行构建交流侧电压幅值与相位，为电力系统提供强大的电压支撑。
与之相对的，是跟网型储能系统。
跟网型储能系统本质上是电流源，自身无法提供电压与频率的支撑，必须依赖电网的电压和频率来运行，因此，无法独立支撑电网系统。
因此，二者主要区别在于电源属性和控制方式。
构建PCS（储能变流器）上的能力构建也是二者对比的重要指标。
跟网型PCS的控制结构简单，已有较为成熟的技术模式，但局限性在于必须依赖电网提供的稳定频率和电压参考值，控制回路的稳定性相对较弱。
而构网型PCS在内部设定电压参考信号，通过功率计算模块及频率下垂控制实现与电网的同步，具备在没有外界发电供给的情况下调动自身运行实时调整输出的能力。
02
政策+需求，商业化实践争夺战
目前，我国已有多地提出鼓励或强制新能源项目配建构网型储能。
2023年至今，新疆、西藏、江苏等地方相继发布了探索建设构网型储能相关政策文件，支持构网型储能等技术研发与工程示范。
政策的出台必定以需求为导向。
据高工产业研究院数据，24年以来，我国构网型储能招标规模达1.468GW/4.613GWh，西藏构网型招标、开工的项目有11个，容量规模达到1.15GWh。
因此，政策与市场需求的驱动之下，各企业纷纷下场构网型储能市场，提前布局。
南瑞继保作为全能型构网技术选手，当之无愧成为业内构网型能力一流的龙头企业。
公司主营PCS的传统为打造构网型储能打下坚实的技术铺垫，南瑞继保在业内率先提出完整构网理念，打造出以构网型储能为核心的源网荷储一体化解决方案，产品包括构网型储能、构网型柔性直流、构网型SVG和静止同步调相机等。
目前，南瑞构网技术应用落地的项目超30个，分布在湖北、新疆、内蒙、西藏、吉林等地，23年，南瑞为内蒙古电力集团额济纳地区源网荷储新型电力系统示范工程提供30台、总容量25MW/25MWh的储能、协调控制和能量管理在内的一、二次设备。
与此同时，阳光和华为凭借着巨额的技术资金投入，招募电网博士成立电网研究实验室，同样跻身于构网型储能的第一梯队，并已在部分指标上实现对南瑞的超越。
自2011年，华为数字能源就一直压强式投入新能源并网的安全稳定性研究，公司研发了构网型储能的功率模组和控制芯片，实现了暂态高倍率有功、无功快速支撑，提升了在复杂、恶劣环境条件下的长时间可靠运行能力。
沙特红海新城首期400MW光伏和1.3GWh储能系统，全部采用华为组串式逆变器和智能组串式构网型储能解决方案，自2023年9月全部投入运营，提供了超过10亿度绿色电力，成为全球首个100%可再生能源供电的城市微网。
2023年3月，阳光电源就推出了以光储构网型控制技术为核心的《干细胞电网技术白皮书》，该技术适用于能源基地、柔性输电、孤岛供电、终端用能等场景，已经搭载到阳光电源交直流一体系统PowerTitan 2.0中，并实现规模化出货。
科华、科陆、盛虹等企业暂时位于第二梯队，主要差异在于企业的技术应用案例。
构网型技术的研发既需要企业在电力电子技术领域内的长期深耕，也需要在实践项目中积累经验。
在项目调试及运行过程中，广泛的应用案例可以为南瑞、华为、阳光等头部企业提供更多学习经验，进一步促进技术提升。
03
技术制高点，PCS的底层较量
除商业化实践之外，构网技术同样成为各企业拉开差距的关键点。
储能变流器PCS可谓是这场较量的底层技术核心。
变流器要能够作为一个智能和灵活的发动机，无论在强网还是弱网的环境下，都可以自适应按照既定的频率和电压运转，同时，也需建立和维持电压与频率稳定。
作为决定储能技术路线及适应应用场景的主要力量，PCS也呈现出组串式应用增加、功率提升、液冷温控、光储融合的四大趋势。
组串式PCS一方面可以有效匹配工商业储能产品需求，另一方面也有效适应储能电站的精细化运营趋势。上能电气、索英电气、南瑞继保、特变电工等推出了2.5MW、5MW组串式一体机，由组串式单模块组成。
值得关注的是，随着直流侧电池舱容量的增大，PCS的功率也在提升。科华数能、上能电气、阳光电源、汇川技术等都推出2.5MW集中式PCS，以及集中式升压变流一体机。
各企业的单台PCS的过流能力也所差异。
多数公司单台只能提供1.2倍过流能力，而头部公司当前能做到1.5-2倍。
当前，PCS(储能变流器)市场也呈现量价齐升的趋势。
由于构网型储能在应对复杂电网形态时需要具备更多功能，并且其短时过载能力需要超配更高功率的PCS，因此其产品具有较高的溢价，平均溢价水平可达30%左右。
与此同时，在黑启动方面，不同厂家实现方式和速度差异较大。
头部厂商目前可以在小时级别实现电站所有资源同时启动，而部分厂商则需以天甚至周为单位。
在过流支撑层面，众企业过流能力支撑时间差异明显。
2秒还是5秒的支撑时间，看似差距细微，但是对于毫秒级别的电网响应却有极大的撼动能力，过流支撑时间不足会极大影响电网频率支持，导致故障连锁反应。
总而言之，为了在这场技术竞赛中脱颖而出，各企业纷纷加大研发投入，致力于多维提升产品技术的性能、效率和可靠性，可谓花样百出。
04
层层考验，构网型储能是出海最优解吗？
当前，构网技术仍处于发展初期，作为建设高质量电网的的重要通路，在技术、行业标准、成本、市场拓展等方面均具备不少挑战。
构网型储能技术具有较高的技术壁垒，PCS的短时过载成为“刚需”。
行业普遍采用“超配”2-2.5倍PCS的方式来满足储能系统在3倍过载时能够提供10秒的支撑能力，而下一步如何加强变流器的过流能力，从而有效降低因变流器电流快速增长带来的过流风险危及变流器硬件组件是面临的主要挑战。
此外，在电池的过充过放、超导磁体的运行稳定性、超级电容的短路等安全问题，也成为技术方面的重大挑战。
同时，构网型储能作为电压源，若多台电压源设备并列运行，可能存在环流、抢功率等问题，影响系统的稳定性。
该技术也常常需要与风力、光伏等发电能源储存设备进行结合使用，如何优化混合储能系统的配置与运行策略，也是现阶段面临的难题。
性价比，在储能行业是重中之重。
为了满足短时扩展能力，PCS需要具备较大的容量冗余，这直接增加了系统成本，而构网型参与惯量支撑，频率，黑启动等辅助服务的评价和回报机制尚不明确，给技术盈利能力提出考验。
出海，也是储能行业发展的一大命题。
2023年6月，国际可再生能源署提出，要在2030年将全球可再生能源装机容量增至三倍，全球可再生能源目标大幅提升，大幅提升的新能源目标为储能行业打开了广阔的市场空间，中美欧的储能行业迎来爆发式增长。
然而，新一轮逆全球化浪潮涌动，随着全球多地地缘政治风险上升、产业链趋于本土化，对我国企业出口储能产品带来不确定性。
据业内人士预测，即使未来新能源占比达60-70%，在3-5年时间内，火电仍会在电网中占较大比例，不过，构网型储能在全球有望达到50%的渗透率。
就构网型储能而言，尽管构网型储能和构网型新能源发展是未来趋势，但不同国家和项目发展阶段与需求迫切性不同，因此项目出海存在较大差异。
沙特的规划新城项目，完全依靠新能源供电，并涉及几百兆瓦负载。由于没有主干网作为支撑，则需要通过构网型储能来应对负载波动和故障等问题，对构网型的需求是100%，需求极高。
当前，中东的储能项目基本由中国企业参与，海外企业多为陪标，初始项目名单中很少有海外公司，而一带一路地区，逆变器用构网型的情况只是特定项目。
转向欧美市场，作为储能的高价值市场，欧美市场的储能毛利水平可达30%以上。
与此同时，电网投资呈现出景气上行的态势。美国公用事业公司的资本支出持续攀升，电网投资占比将达到较高比例，多家公用事业公司均上调了最新电网资本投资规划，以应对老旧电网升级改造和新增需求带来的挑战。
欧洲电网也面临着老化问题严重、扩建周期较长等挑战，大量新能源项目并网拥堵甚至被搁置，其输配电网开发及运营机构正在加大投资力度，布局大规模的电网投资计划。
然而，变流器储能pcs出于直接控制电网的特性，可能会涉及到各个国家的主权与利益问题，在当前欧美地区的贸易保护主义政策之下，国内企业出海或存在较大困难。
由此，构网型储能是否凭借能够化解眼前自身发展困境，成为储能出海的最优解，仍需要时间来检验。
05
尾声
“双高”背景之下，构网型储能凭借自身优势，或有望在未来迎来行业机遇期。
在商业化实践极为关键的市场竞争中，众企业能否利用技术突破再上一层台阶？又能否在政治、经济交错混杂的国际市场中逆势突围？
时间自会给出答案。
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