摘 ?要：隨著可再生能源的飛速發(fā)展和大范圍接入電網(wǎng)，電網(wǎng)對電源側(cè)調(diào)頻的能力要求也越來越高。儲能火電聯(lián)合調(diào)頻技術(shù)是目前用于提升火電機(jī)組調(diào)頻性能的主要措施，在實現(xiàn)電網(wǎng)有功平衡、維護(hù)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定方面的應(yīng)用逐漸增多。故本文就儲能火電聯(lián)合調(diào)頻的優(yōu)化配置及收益預(yù)測展開討論。

關(guān)鍵詞：儲能火電;聯(lián)合調(diào)頻;儲能系統(tǒng)

中圖分類號：TM935.26 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0043-03

Abstract：With the rapid development of renewable energy and large-scale access to the power grid，the ability of the power grid to adjust the frequency of the power supply side is also increasing. The energy storage thermal power combined frequency modulation technology is currently the main measure for improving the frequency modulation performance of thermal power units，and the application in realizing the power balance of the power grid and maintaining the stability of the power grid is increasing. Therefore，this paper discusses the optimal configuration and revenue forecast of energy storage thermal power combined frequency modulation.

Keywords：energy storage thermal power;joint frequency modulation;energy storage system

0 ?引 ?言

我國能源分布主要集中在中西部地區(qū)，東部地區(qū)屬于資源短缺、高耗能地區(qū)。能源與電力需求的逆向分布，是我國電力能源的主要特點。與此同時，隨著可再生能源的飛速發(fā)展和大范圍接入電網(wǎng)，進(jìn)一步增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的運行調(diào)控難度，電網(wǎng)對優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源的需求也越來越高。由于區(qū)域、地形以及地址環(huán)境等要素的限制，水電站在調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率方面具有一定的局限性，因此許多地區(qū)依然主要采用火電機(jī)組進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)頻。而火電機(jī)組調(diào)頻性能參差不齊，特別是燃煤機(jī)組性能較差。而且頻繁的進(jìn)行出力調(diào)節(jié)，勢必會使火電設(shè)備產(chǎn)生巨大壓力，不但影響設(shè)備使用壽命，增加燃料損耗，同時也有可能造成一定設(shè)備運行風(fēng)險，故有必要對儲能火電聯(lián)合調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行探討。

1 ?儲能調(diào)頻應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 ?國際儲能調(diào)頻發(fā)展現(xiàn)狀

美國：美國從本世紀(jì)初就開始加大對儲能的研究力度，經(jīng)過多年的研究試驗，發(fā)現(xiàn)儲能的調(diào)頻性能是火電機(jī)組的20余倍以上。隨后，美國2007年通過的“890法案”要求區(qū)域電力市場允許儲能等非傳統(tǒng)發(fā)電電源提供AGC調(diào)頻服務(wù);2011年推出的“755法案”解決了儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)AGC調(diào)頻的合理回報問題;2013年7月，“784法案”進(jìn)一步解決了儲能的身份問題，并增強(qiáng)了輔助服務(wù)市場的競爭力和透明度;2013年11月，“792法案”為儲能開設(shè)了快速并網(wǎng)審批通道，進(jìn)一步掃清了儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)障礙。[1]

韓國：韓國電力公司大規(guī)模采購儲能設(shè)備，預(yù)計規(guī)模達(dá)500MW，受此帶動，Kokam、三星SDI等韓國主要鋰離子電池廠商在韓國市場連續(xù)建設(shè)多個大型調(diào)頻儲能電站項目。2016年9月，韓國工業(yè)貿(mào)易和能源署（MOETI）宣傳將從2017年起對安裝了儲能系統(tǒng)的光伏電站也給予額外的可再生能源證書。根據(jù)MOETI的預(yù)測，由于新能源電站加裝儲能設(shè)備科獲取證書獎勵，預(yù)計截至2020年該政策可帶來800MWh的增量儲能需求，并創(chuàng)造4400億韓元（3.92億美元）產(chǎn)值。

1.2 ?國內(nèi)儲能調(diào)頻發(fā)展現(xiàn)狀

我國儲能參與電網(wǎng)調(diào)頻發(fā)展較晚，雖然石景山熱電廠儲能項目在2013年已投運，但直到2017年華北地區(qū)出臺調(diào)頻輔助服務(wù)政策后才逐步得到推廣應(yīng)用，根據(jù)CNESA研究部預(yù)測，儲能應(yīng)用于調(diào)頻輔助服務(wù)領(lǐng)域的比例在2020年有望達(dá)到18%，2倍于現(xiàn)有的市場份額。[2]

從總體發(fā)展態(tài)勢上看，行業(yè)發(fā)展呈大幅上升趨勢，儲能配置容量大部分為機(jī)組額定容量的3%。蓄電池類型主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池兩大類。

2018年南方能源監(jiān)管局發(fā)布了《廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場交易規(guī)則（試行）》并于2018年9月1日正式實施。該規(guī)則的印發(fā)標(biāo)志著南方區(qū)域電力市場化改革又取得新的突破，進(jìn)一步激發(fā)了市場主體提供更優(yōu)質(zhì)調(diào)頻輔助服務(wù)的積極性。

目前廣東地區(qū)調(diào)頻輔助服務(wù)市場鼓勵發(fā)電企業(yè)提供更高性能、更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻輔助服務(wù)。根據(jù)該規(guī)則，調(diào)頻性能越好的機(jī)組中標(biāo)可能性越高，調(diào)頻服務(wù)時長越長，調(diào)頻里程越大，最終獲得的調(diào)頻里程補(bǔ)償和AGC容量補(bǔ)償更多。電化學(xué)儲能系統(tǒng)具有反應(yīng)時間短、調(diào)節(jié)速率高、調(diào)節(jié)精度高的優(yōu)勢，使得其比傳統(tǒng)調(diào)頻手段更為高效。近年來，隨著電池成本的下降，儲能火電聯(lián)合調(diào)頻項目逐漸增多，經(jīng)濟(jì)性也逐漸呈現(xiàn)。

2 ?儲能火電聯(lián)合調(diào)頻原理分析

2.1 ?工作原理

作為一種新型的調(diào)頻技術(shù)，電化學(xué)儲能系統(tǒng)具有反應(yīng)時間短、調(diào)節(jié)速率高、調(diào)節(jié)精度高等特點。根據(jù)美國太平洋西北國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）的2008年研究報告顯示，平均來看，儲能系統(tǒng)的調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.4倍，是天然氣機(jī)組的2.3倍，是燃煤機(jī)組的20倍以上。儲能的AGC執(zhí)行曲線幾乎與AGC指令曲線重合，基本不會出現(xiàn)反向調(diào)節(jié)、延遲調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)偏差等問題。因此，儲能系統(tǒng)適合與電網(wǎng)AGC調(diào)頻且儲能的綜合AGC調(diào)節(jié)性能要遠(yuǎn)好于火電機(jī)組。[3]

在功能實現(xiàn)方面，儲能系統(tǒng)接入電廠高廠變低壓側(cè)，通過控制自身充放電來調(diào)節(jié)廠用電負(fù)荷，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)組送出的有功值，以達(dá)到響應(yīng)AGC信號、平衡電力系統(tǒng)有功、穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的目的。儲能系統(tǒng)與火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻的接入原理如圖1所示。

2.2 ?系統(tǒng)組成

儲能火電聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)組成包括AGC主控單元、高倍率功率型儲能長壽命電池、儲能雙向變流器、變壓器、開關(guān)柜等，系統(tǒng)一般采用集裝箱式單元化設(shè)計，可根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行靈活組合，便于運輸、安裝、調(diào)試和維護(hù)。集裝箱內(nèi)部集成電池、BMS、PCS、溫控、視頻監(jiān)控、消防和照明等子系統(tǒng)，具有較高的安全性。

3 ?應(yīng)用案例分析

以廣東地區(qū)某300MW機(jī)組為例進(jìn)行容量配置及收益預(yù)測分析。

3.1 ?容量配置

在儲能火電聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)中，在確定儲能系統(tǒng)功率配置時應(yīng)考慮以下要求，一是儲能功率配置應(yīng)大于機(jī)組調(diào)節(jié)死區(qū)，二是儲能功率應(yīng)覆蓋大部分AGC目標(biāo)出力與機(jī)組實際出力偏差值，三是應(yīng)兼顧儲能設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。

以廣東地區(qū)某300MW燃煤機(jī)組為例，整理其2018年的歷史運行數(shù)據(jù)，通過軟件分析后，統(tǒng)計如表1所示。

由表1的運行偏差分布可知，正常運行情況下，機(jī)組的AGC指令值與響應(yīng)值偏差主要分布在6MW范圍內(nèi)，但有少部分時段偏差分布在大于10MW范圍內(nèi)。綜合考慮投資收益率、設(shè)備利用率等因素，配置9MW儲能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)97%左右的指令值與響應(yīng)值的偏差。

在儲能系統(tǒng)電量配置方面，由于儲能系統(tǒng)只用于補(bǔ)償AGC指令與機(jī)組出力的差額，在機(jī)組出力跟上后，儲能設(shè)備的出力應(yīng)逐漸退出，因此電量配置應(yīng)兼顧性能與經(jīng)濟(jì)性。目前行業(yè)內(nèi)在選擇儲能系統(tǒng)電量配置時，按滿功率充放持續(xù)0.5小時的配置。以上述機(jī)組為例，儲能系統(tǒng)配置容量為9MW/4.5MWh。

3.2 ?算例驗證

根據(jù)《廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場交易規(guī)則（試行）》，通過建立模型，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真得出機(jī)組的調(diào)頻性能K值。選取2018年某日的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真，未配置儲能系統(tǒng)時，其K值約為0.5。配置9MW/4.5MWh儲能系統(tǒng)之后的機(jī)組的K值約為1.3，較配置儲能前性能值提升了2.6倍。增加儲能系統(tǒng)后的機(jī)組運行曲線如圖2所示，儲能系統(tǒng)電量變化曲線如圖3所示。

4 ?效益分析

4.1 ?效益組成

儲能火電聯(lián)合調(diào)頻的收益主要來源于調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償。以廣東地區(qū)為例，調(diào)頻市場補(bǔ)償費用分為調(diào)頻里程補(bǔ)償和AGC容量補(bǔ)償，在調(diào)頻市場中中標(biāo)的發(fā)電單元可獲得相應(yīng)調(diào)頻里程補(bǔ)償費用，所有提供合格AGC服務(wù)的發(fā)電單元均可獲得相應(yīng)AGC容量補(bǔ)償費用。月度調(diào)頻里程補(bǔ)償計算公式如下：

4.2 ?效益分析

從上述收益計算公式中可以看出，廣東地區(qū)的AGC調(diào)頻市場按調(diào)頻效果補(bǔ)償，性能相對好的調(diào)頻系統(tǒng)獲得的補(bǔ)償較高。據(jù)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，廣東地區(qū)在調(diào)頻市場運行初期，平均出清價格為18.6元;燃?xì)鈾C(jī)組單機(jī)的K值最大為1.64，最小為1.01，平均為1.37;燃?xì)鈾C(jī)組單機(jī)中標(biāo)時長每天最大為23.99小時，最小為1小時，平均每天為10.86小時;390MW的燃?xì)鈾C(jī)組平均K值為1.37，平均每小時調(diào)頻里程為158MW，其中K值大于1.3的機(jī)組平均每小時調(diào)頻里程為166MW，K值小于等于1.3的機(jī)組平均每小時調(diào)頻里程為147MW。

據(jù)此推算，如300MW燃煤機(jī)組配置9MW/4.5MWh儲能系統(tǒng)后K值達(dá)1.3，其每日調(diào)頻里程預(yù)計可達(dá)約1000MW。按每年運行300天計算，年收益約790萬元。

實際影響儲能設(shè)備調(diào)頻效益的因素有許多，包括政策、調(diào)頻需求、其他主體的市場行為、調(diào)頻性能計算規(guī)則等，故而準(zhǔn)確測算項目效益與回報存在一定難度。而依據(jù)當(dāng)前已投入運行使用的項目來看，均取得了較好的收益。但隨著配置儲能系統(tǒng)的機(jī)組數(shù)量的增加，其獲取的收益會被逐漸攤薄。

5 ?結(jié) ?論

儲能系統(tǒng)由于反應(yīng)時間短、調(diào)節(jié)速率高、調(diào)節(jié)精度高，并且可雙向調(diào)節(jié)，是一種優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源，具有很高的應(yīng)用價值。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)送AGC指令要求機(jī)組增加出力時，儲能系統(tǒng)放電，相當(dāng)于增加機(jī)組對外輸出功率;當(dāng)AGC指令要求機(jī)組降低出力時，儲能系統(tǒng)充電，相當(dāng)于減少機(jī)組的對外輸出功率[4]。系統(tǒng)采用高倍率功率型儲能系統(tǒng)，具有秒級的功率響應(yīng)速度，火電機(jī)組配置電化學(xué)儲能系統(tǒng)，不僅可以顯著提高機(jī)組的AGC性能指標(biāo)，獲取可觀的經(jīng)濟(jì)收益，而且可以減少機(jī)組的設(shè)備磨損，降低煤耗，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 封紅麗.2016年全球儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J].電器工業(yè)，2016（10）：23-29.

[2] 《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2018》發(fā)布 [J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2018（4）：38-41.

[3] 賈璟瑤.基于火電廠AGC調(diào)頻的電池儲能系統(tǒng)SOC狀態(tài)評估 [D].北京：華北電力大學(xué)（北京），2017.

[4] 本刊編輯部.曙光初現(xiàn)——儲能在電力調(diào)頻領(lǐng)域的商業(yè)探索 [J].中國電力企業(yè)管理，2015（5）：21-23.

作者簡介：王琦（1988.12-），男，漢族，陜西西安人，項目管理工程師，工程師，本科，研究方向：儲能技術(shù)與應(yīng)用。