数字储能网讯：惯量辅助服务是指在电力系统频率受到扰动时，能够提供快速正阻尼调节，阻止系统频率突变的服务。惯量辅助服务对于保障电力系统安全稳定运行，应对新能源发电波动等不确定因素具有重要作用。随着新能源的大规模并网，电力系统中的转动惯量逐渐减少，导致故障扰动后的频率变化率增大，系统安全性下降。因此，开展惯量辅助服务补偿和市场化交易，激励各类资源提供惯量辅助服务，是构建新型电力系统的重要举措。

  本文将介绍惯量辅助服务的基本概念，国际上惯量辅助服务的发展情况和南方区域推出的国内首个转动惯量辅助服务补偿机制的设计思路。

01.惯量辅助服务的概念

  电力辅助服务是指为维持电力系统运行质量和安全稳定所提供的各类服务，包括有功平衡服务、无功平衡服务和事故应急及恢复服务等。惯量辅助服务属于有功平衡服务的一种。有功平衡服务还包括调频、调峰、备用、爬坡等。

  惯量辅助服务主要在频率响应过程的遏制期（即扰动发生后的第一阶段）发挥作用，通过系统内部的惯性特性在第一时间内阻止频率下降或上升，为机组调频动作提供缓冲时间。惯量辅助服务是无法由其他辅助服务替代的。

  在电力系统运行中提到的惯量，通常包含同步惯量（转动惯量）和非同步惯量（虚拟惯量）。同步惯量是直接与电网连接的同步资源储存的旋转动能总和，来自同步发电机、调相机和同步电动机等。这类设备的转子在并网运行时与系统频率同步旋转，当系统频率受到扰动时，转子可以释放或吸收其储存的动能，从而产生有功功率变化，对抗系统频率变化。同步发电机转子的转动惯量由其物理特征决定，与其质量和旋转半径有关。我们提到的惯量辅助服务，就是指此类旋转惯量。

  非同步惯量是指由非同步资源（如风电、光伏、储能等）根据频率变化率所提供的瞬时功率支撑功能。非同步资源并网运行时不与系统频率同步旋转，因此没有固有的转动惯量。但非同步资源可以通过控制器模拟出类似于同步发电机转子的响应特性，从而提供虚拟的转动惯量。非同步资源提供的非同步惯量由其控制策略决定，与其出力水平和响应速度有关。目前国际上此类设备提供的快速功率支撑能力大都纳入快速频率响应（Fast Frequency Response，FFR）辅助服务范畴。

02.惯量辅助服务的国内外发展情况

  国际上，已有部分新能源高渗透运行国家将转动惯量作为一类市场品种进行交易。爱尔兰(EirGrid)和北爱尔兰(SONI)系统运营商共同组成的合作机构EirGrid/SONI于2016年正式将转动惯量纳入辅助服务，名称为同步惯量响应（Synchronous Inertial Response, SIR）。在该辅助服务中，系统运行商对参与辅助服务的机组依据SIR可用容量、机组所在的区位以及服务时段的惯量稀缺程度支付费用，以市场激励的手段提升电网的惯量水平。

  2020年1月英国国家电网（Electricity System Operator, ESO）与Drax、Rassau Grid Services（Welsh Power）、Statkraft、Triton Power和 Uniper五家企业签订了为期六年的惯性服务合同，价值3.28亿英镑，由这五家企业向ESO提供系统频率稳定性服务。这是管理电力系统稳定性的一种新的方法。

  2021年6月18日，Triton Power公司Deesid电厂两台原已关停的燃气机组重新启用，用以接入电网提供系统惯性支持。Drax通过其Cruachan 抽水蓄能电站来提供惯量。Welsh Power公司已经开始在威尔士的工业区建造同步调相机和飞轮储能，以进一步提升电网惯性并改善西南地区的电压控制。Statkraft正在利物浦和苏格兰的基思建设两台同步调相机。

  澳大利亚国家电力市场（NEM）已经完成了惯量辅助服务市场方案的初步设计，后续将根据系统运行需要组织实施。

  在中国，2021年12月，国家能源局印发了《电力辅助服务管理办法》，首次将转动惯量纳入有功平衡电力辅助服务中，这标志着转动惯量由一种发电“附属品”转变为新的辅助服务市场品种。2023年1月1日正式实施的《南方区域电力辅助服务管理实施细则》借鉴爱尔兰经验推出了国内首个惯量辅助服务品种。

03.南方区域转动惯量辅助服务

补偿机制设计思路

  在系统低转动惯量与新能源高渗透的典型场景下，若要增开同步机，必然会挤占新能源的发电空间，且有可能造成弃电的局面，因此南方区域考虑对能低功率运行，并为系统提供转动惯量、尽可能少挤占新能源发电空间的同步机组提供补偿，鼓励火电灵活性改造以及水电低负荷运行。

  1）转动惯量辅助服务方案设计

  2）未来市场的补偿规模测算

  根据测算，2025年，云南电网非同步电源渗透率在40%—60%之间运行的时长为1553.18时，超过60%及以上为313.4小时。云南全网转动惯量年补偿费用约228.67万元，均为水电厂获得补偿。

  随着新能源渗透率的逐渐升高，未来南方电网转动惯量的补偿对象将主要包括煤电、气电、水电、抽蓄。根据初步测算，2025年南方电网中东部主网新能源渗透率超过40%的时长约为300小时，2025年中东部主网的转动惯量总补偿费用约为1000万元。

  现行补偿标准可根据未来新能源投产进度和系统稳定需要进行适应性调整。

04.总结

  转动惯量辅助服务的补偿机制设计将为解决高比例新能源电力系统中惯量需求难以满足、常规发电资源参与调节意愿不足等问题提供重要的解决路径。未来转动惯量补偿机制可以从以下几个方面持续改进：

  1）完善技术支持系统和辅助服务补偿体系：研究系统转动惯量需求分析和实时评估与预警技术，为惯量辅助服务补偿提供参考，根据未来电网运行需求对补偿系数进行适应性调整；跟踪分析国外转动惯量辅助服务产品设计方案和市场机制，结合国内新型电力系统建设进程，完善辅助服务市场体系建设。

  2）分场景挖掘转动惯量潜在资源：根据不同地区电网特点，利用市场化手段实现多元转动惯量资源的经济调用。对于清洁能源占比较高的送端电网，可以侧重挖掘常规水电的惯量支撑潜力。对于以火力发电为主的受端电网，深入研究抽蓄调度控制策略，实行有益于火电机组长周期低功率运行的容量成本回收机制和市场化运营机制。同时发挥新能源、新型储能、虚拟电厂的快速频率响应能力，降低转动惯量需求和系统运行成本。