火电退役，转动惯量何来？

来源：中国南方电网 时间：2025-11-07 10:16

　　在清华大学与中国能源研究会联合主办的“电力市场建设助力高比例可再生能源发展——迈向低碳未来”学术研讨会上，美国得克萨斯大学奥斯汀分校教授罗斯·鲍迪克（Ross Baldick，以下简称“鲍迪克”）发表了题为“北美电力市场中的新型辅助服务体系与惯量辅助服务”的报告。鲍迪克重点分析了火电机组退役背景下日益凸显的电网惯性问题，强调储能在辅助服务方面能够发挥不可忽视的作用，并创新提出新型转动惯量辅助服务机制。

　　会后，在接受《南方能源观察》（以下简称“eo”）记者采访时，鲍迪克进一步阐述了未来电力市场设计需同时关注能量容量（Energy Capacity）和装机（功率）容量，为新型储能参与辅助服务市场创造公平、可量化条件；激发需求侧灵活性也是提升电力系统韧性的关键，要通过价格机制让工业用户从“问题”转变为“解决方案”。

　　探索转动惯量辅助服务

　　可再生能源在节能降碳的同时，也为电力系统增添了更多不确定性。鲍迪克介绍，高比例可再生能源电力系统主要需应对更快速的频率波动和更剧烈的负荷爬坡需求两类挑战，这也催生了快速调频响应和爬坡响应两类重要的辅助服务品种。

　　可再生能源占比提高往往伴随着火电机组占比持续下降。除了提供已被纳入辅助服务市场的服务品种之外，火电机组还提供一些尚未单独计价或纳入计价系统的辅助服务，如无功支撑、自动频率响应及转动惯量等。随着火电机组比例持续下降，其提供的机械惯性作用也随之降低，惯量缺失造成系统频率稳定性下降成为系统稳定运行面临的核心问题之一。

　　转动惯量是指在系统经受扰动时，并网主体根据自身惯量特性提供响应系统频率变化率的快速正阻尼，阻止系统频率突变的服务。惯量响应是一次调频的前置环节，为一次调频赢得时间窗口和调节裕度。虽然快速调频可部分替代转动惯量减缓频率波动，但转动惯量在电力系统中仍不可被替代。

　　火电、水电、核电、抽水蓄能等同步发电机及电动机、电机类负荷可为电力系统提供转动惯量，部分新型储能也能通过虚拟惯量控制器等新技术提供与频率变化率成比例的有功功率响应，模拟同步发电特性。换句话说，依靠大量同步发电机的传统电力系统“自带”转动惯量。然而，随着转动惯量下降，电网风险发生概率增加。鲍迪克说，必须通过市场机制，明确激励能够提供转动惯量的市场主体，将转动惯量由公共品转变为可定价的商品。

　　鲍迪克建议，从功率贡献角度衡量转动惯量。电力系统需要在事故发生后，将瞬间频率变化限制在一定范围内，因此，转动惯量的“数量”可以被定义为：在系统规定的最大频率变化率下，可以提供转动惯量的市场主体所能提供的功率变化量。这种定义方式适用于传统同步发电机及可以提供转动惯量的新型储能。

　　他说，不同于“自带”转动惯量的同步发电机，可以提供转动惯量的新型储能需明确预留相应的能量容量，并通过控制策略，在频率恢复时“吸收”能量补回损耗，因此需精准界定最大频率变化率等，以满足技术需求。“幸运的是，总能量与系统频率总变化量成正比，从电力系统额定频率到最低准许频率的最大频率偏差，决定了转动惯量所需的最大能量储备，这意味着要求新型储能为转动惯量辅助服务预留特定量的能量可行且可量化。”

　　鲍迪克建议进一步完善转动惯量辅助服务定义，明确功率提供能力和能量储备要求，公平对待同步发电机和新型储能。

　　现阶段中国是否需要将转动惯量纳入辅助服务市场？鲍迪克说，在规模较小的电力系统中，随着传统火电机组退役，转动惯量下降明显，中国电力系统规模庞大，火电机组完全退役需要更长时间，因此，现阶段暂不需要专门激励提供转动惯量的主体，但需注意云南等高比例可再生能源地区可能比其他地区更早面临缺乏转动惯量的问题。

　　能量容量是关键

　　“当电力系统越来越需要储能提供辅助服务时，能量容量将变得至关重要。转动惯量只是其中一个具体体现，能量容量适用于所有需要储能提供辅助服务的场景。”鲍迪克在接受eo记者专访时说。

　　据了解，目前新型储能已在辅助服务中发挥重要作用，但储能可以提供的辅助服务具有能量局限性。传统辅助服务只要求容量可用，并未明确考虑能量存储要求。具体来说，火电机组可以在一天之内被多次调用，但储能可以提供的总能量受限于其能量容量，若被长时间或多频次调用，储能可能耗尽能量。在实际场景中，电力系统运营商往往希望储能保证充足的能量，储能所有者通常则希望最小化预留能量以降低成本。

　　随着可再生能源占比不断提高，电力系统将越来越需要储能。而储能的关键特性就是同时具有功率容量和能量容量，这在过往设计辅助服务品种时较少被考虑。“转动惯量就是同时关注功率容量和能量容量的例子。在设计应对突发事件和供需失衡的其他辅助服务品种时，也需同时关注功率和能量。”鲍迪克说。

　　对整个电力系统而言，能量容量也至关重要。

　　传统电力系统有备用裕量概念，即根据预测的峰值要求，规划10%—30%的电力系统裕量。在拥有大量可再生能源和新型储能的电力系统中，峰值需求可能更高，总裕量要求也更大。

　　鲍迪克认为，未来电力系统重要的问题不是峰值时刻需要多少装机容量，而是峰值当天乃至数日内的总能源供应量能否满足负荷需求曲线，这主要取决于可再生能源预测能量、储能能量及火电能量三个关键因素。

　　对以水电为主的电力系统来说，最重要的不是水电站的装机容量，而是水库有多少水及预测降雨量。未来电力系统将需要类似于水电为主电力系统的思维方式，不同的是水电为主电力系统考虑的时间周期是月度或季度，新能源为主的电力系统考虑的时间周期是数小时或数天。

　　“辅助服务市场并非独立存在，而是要将市场主体的电能量生产能力与辅助服务提供能力进行统一协同优化设计，这是实现能源高效利用的关键。”鲍迪克说，“进行市场设计还需具有前瞻性，不仅考虑现状，更要考虑可再生能源渗透率大幅提升之后的情况，重点在于使电力系统能应对更快速、更大规模的净负荷变化需求，提升系统快速响应能力。”

　　他还提到要建立有效的价格激励机制，充分挖掘和利用需求侧灵活性，保障电网稳定与高效运行。“不少工业用户和数据中心具有巨大的灵活性调节潜力，应将这些工业用户和数据中心视为电力系统的‘解决方案’而非‘问题’”。具体而言，数据中心负荷可以快速调节，部分工业用户则可以在可再生能源发电富足时增加生产，短缺时减少生产，在一定时间周期内实现总生产配额下的灵活用电。

　　鲍迪克说，让工业用户面对批发市场的实时价格信号，是激发其灵活性的根本驱动力。应确保工业用户能够直接或通过售电公司接触到批发市场的实时价格，让具备调节能力的用户通过价格激励为电力系统提供价值，在保障电力系统稳定和高效运行的同时获取收益。

责任编辑：刘础琪