吳安順

（福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建石獅 362712）

1 儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

2020 年5 月20 日，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）正式發(fā)布《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2020》，最新數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)的儲(chǔ)能能力在2019 年年底達(dá)到了3 240 萬kW。 預(yù)計(jì)未來幾年儲(chǔ)能市場(chǎng)將繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)。 據(jù)中國(guó)儲(chǔ)能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，未來20 年全球儲(chǔ)能投資額為6 200 億美元， 到2040 年全球累計(jì)安裝量將達(dá)到942 GW/2857 GWh。 離子電池成本逐年下降正在推動(dòng)這一趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2030 年公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本將下降約52%。 近10 年，鋰電池性能大幅提高，成本大幅下降，商業(yè)化應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域基本成熟。 國(guó)家能源局《關(guān)于建立健全清潔能源消納長(zhǎng)效機(jī)制的指導(dǎo)意見》提出，要通過構(gòu)建以消納為核心的清潔能源發(fā)展機(jī)制、 加快形成有利于清潔能源消納的電力市場(chǎng)機(jī)制等來提升清潔能源消納， 為電化學(xué)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)的發(fā)展提供空間。 《新疆電網(wǎng)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能管理暫行規(guī)定》對(duì)根據(jù)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)指令進(jìn)入充電狀態(tài)的電儲(chǔ)能設(shè)施所充電的電量進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.55 元/kWh。 但現(xiàn)有的政策和標(biāo)準(zhǔn)還存在不確定性， 如儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)交易缺乏穩(wěn)定和明確的價(jià)格機(jī)制、管理和審批缺乏統(tǒng)一的規(guī)則、儲(chǔ)能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚不完善等。

2 火電廠AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)概況

2.1 工作原理

AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、 儲(chǔ)能雙向變流器實(shí)現(xiàn)鋰電池和廠用電源之間的雙向流動(dòng)，工作原理如圖1所示。

由多個(gè)直流電池組集成的大容量電源系統(tǒng)， 機(jī)組在調(diào)頻降負(fù)荷時(shí)，電儲(chǔ)能裝置處于充電狀態(tài)，6 kV 廠用電系統(tǒng)經(jīng)干式變壓器降至低壓，再由整流裝置整流成直流對(duì)電池充電，消耗電能；當(dāng)機(jī)組調(diào)頻需要升負(fù)荷時(shí)，儲(chǔ)能裝置放電，電池組經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換經(jīng)干式變壓器逆變至6 kV 廠用電系統(tǒng)，電能釋放出去。AGC/ACE 投入運(yùn)行模式下電儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)后，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)下達(dá)的調(diào)頻指令發(fā)送至RTU，RTU 接收到調(diào)度調(diào)頻指令后，機(jī)組AGC 動(dòng)作控制機(jī)組出力朝目標(biāo)值調(diào)整； 同時(shí)RTU 將AGC/ACE 調(diào)頻指令發(fā)送至儲(chǔ)能控制器。 儲(chǔ)能系統(tǒng)控制單元根據(jù)指令目標(biāo)負(fù)荷與調(diào)頻機(jī)組實(shí)時(shí)負(fù)荷之間的差值自動(dòng)控制電儲(chǔ)能系統(tǒng)出力大小，將儲(chǔ)能系統(tǒng)出力反饋值發(fā)送至RTU，RTU 將機(jī)組出力與儲(chǔ)能系統(tǒng)出力進(jìn)行合并， 并將合并后的出力信號(hào)上傳調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，作為輔助服務(wù)考核依據(jù)。 通過儲(chǔ)能控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)控制調(diào)頻目標(biāo)值與機(jī)組出力差值， 直到燃煤機(jī)組出力滿足調(diào)頻指令要求和目標(biāo)值要求，本次調(diào)頻結(jié)束。 在聯(lián)合儲(chǔ)能過程中， 儲(chǔ)能裝置能做到協(xié)調(diào)并匹配燃煤機(jī)組和儲(chǔ)能系統(tǒng)各自對(duì)應(yīng)出力， 快速準(zhǔn)確完成調(diào)節(jié)任務(wù)。 在本次調(diào)頻指令結(jié)束后，儲(chǔ)能控制單元將儲(chǔ)能裝置蓄電池恢復(fù)至額定狀態(tài)，等待下一次調(diào)頻指令到來。 作為單獨(dú)控制的分立系統(tǒng)，儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)控制單元不影響機(jī)組對(duì)AGC 的響應(yīng)控制流程。

圖1 AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)工作原理

2.2 收益方式

福建電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建立前，對(duì)于提供調(diào)頻服務(wù)的電廠，采用 “容量補(bǔ)償+里程補(bǔ)償”。 其中容量補(bǔ)償按照定額補(bǔ)償?shù)姆绞?，里程補(bǔ)償采用市場(chǎng)化補(bǔ)償?shù)姆绞剑?］。 里程補(bǔ)償以機(jī)組的調(diào)頻里程作為交易標(biāo)的，采用日前報(bào)價(jià)、實(shí)時(shí)出清的模式；以15 min 為1 個(gè)計(jì)費(fèi)周期，按邊際價(jià)格出清。 調(diào)頻市場(chǎng)實(shí)行日清月結(jié)。 在調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，增加儲(chǔ)能調(diào)頻設(shè)備聯(lián)合發(fā)電機(jī)組共同開展AGC 調(diào)頻業(yè)務(wù)。 通過儲(chǔ)能新技術(shù)優(yōu)化AGC 調(diào)頻服務(wù)質(zhì)量， 實(shí)現(xiàn)快速折返、 精確輸出以及瞬間調(diào)節(jié)，彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)偏差，提高機(jī)組隨AGC 指令調(diào)整的響應(yīng)速率。 只有在調(diào)頻市場(chǎng)，中標(biāo)發(fā)電單元可獲得相應(yīng)調(diào)頻里程補(bǔ)償費(fèi)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(fèi)用。

3 火電廠AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

火電廠建設(shè)儲(chǔ)能項(xiàng)目參與系統(tǒng)調(diào)頻服務(wù)， 從中獲得調(diào)頻交易服務(wù)費(fèi)用。 項(xiàng)目能否獲得收益取決于機(jī)組參與調(diào)頻服務(wù)的調(diào)節(jié)里程和中標(biāo)價(jià)格以及全年參與調(diào)頻服務(wù)的時(shí)間［2］。目前全國(guó)已有多個(gè)項(xiàng)目建成參與調(diào)頻服務(wù)，如：廣東茂名臻能熱電AGC 儲(chǔ)能調(diào)頻輔助項(xiàng)目、華電忻州廣宇煤電有限公司AGC 儲(chǔ)能調(diào)頻輔助項(xiàng)目（9 MW/4.5 MWh），內(nèi)蒙古能源發(fā)電準(zhǔn)大發(fā)電有限公司2 臺(tái)300 MW 火電機(jī)組（9 MW）儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助項(xiàng)目、湛江中粵能源有限公司發(fā)電機(jī)組為2×600 MW 亞臨界燃煤火電機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)頻輔助項(xiàng)目等。 從這些已建項(xiàng)目來看，投資額、投資回報(bào)周期與建設(shè)規(guī)模息息相關(guān)。 如某個(gè)電廠建設(shè)40 MW/20 MWh 儲(chǔ)能調(diào)頻輔助系統(tǒng)的投資估算和收入評(píng)估情況見表1 和表2。

表1 投資估算表 單位：萬元

該電廠與儲(chǔ)能服務(wù)單位簽署能源管理合同， 收益在兩家之間分?jǐn)偂?儲(chǔ)能服務(wù)單位提供設(shè)備和工程服務(wù)及維保服務(wù)，合同期限為10 年，產(chǎn)生的收益按照儲(chǔ)能服務(wù)單位和電廠之間前5 年按照4∶1 的比例進(jìn)行分成；后5 年按照1∶1 比例進(jìn)行分成。投資方10 年的總調(diào)頻收益為21 644.11 萬元，電廠10 年的總調(diào)頻收益為9 432.63 萬元，投資回收期約為4.6 年。

4 供熱電廠AGC 系統(tǒng)目前存在的問題

目前機(jī)組在供熱工況下，調(diào)節(jié)里程無法滿足《福建省電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則》“單機(jī)容量30 萬kW 且可調(diào)節(jié)容量15 萬kW 及以上的火電機(jī)組可參與調(diào)頻交易” 以及在之前AGC 試運(yùn)行階段也無法滿足調(diào)節(jié)速率 “采用直吹式制粉系統(tǒng)的燃煤機(jī)組AGC 控制時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率為1.0%機(jī)組額定有功功率/分鐘”的要求，根據(jù)《福建省電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則》第十三條：調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)對(duì)機(jī)組性能設(shè)置準(zhǔn)入門檻，要求機(jī)組調(diào)頻性能綜合指標(biāo)不低于0.53， 并視市場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整。 在單機(jī)供熱時(shí)段，供熱機(jī)組目前未達(dá)到準(zhǔn)入市場(chǎng)門檻，不能申報(bào)調(diào)頻交易，需要進(jìn)行純凝、供熱工況AGC 優(yōu)化，并經(jīng)過第三方及省調(diào)考核合格后，方可重新申請(qǐng)參與調(diào)頻交易。存在問題具體如下：

（1）供熱工況下，熱用戶對(duì)熱負(fù)荷的需求量變化不可控，當(dāng)機(jī)組調(diào)頻方向與熱負(fù)荷需求同向疊加時(shí) （特別是早高峰和晚低谷時(shí)間段），鍋爐的出力將很難跟上負(fù)荷指令，調(diào)頻性能綜合指數(shù)達(dá)不到要求的可能性很大。

（2）制粉系統(tǒng)熱風(fēng)調(diào)門的自動(dòng)特性仍然存在較多的問題，如調(diào)門卡澀、調(diào)節(jié)線性差、自動(dòng)跟蹤不好等。

（3）機(jī)組在供熱工況下，鍋爐負(fù)荷指令為AGC 電負(fù)荷指令和供熱指令之和， 但供熱折合換算成的指令與實(shí)際需求量存在很大偏差，鍋爐指令也出現(xiàn)偏差，鍋爐實(shí)際出力與供熱和發(fā)電量的需求不匹配，同樣會(huì)使鍋爐參數(shù)出現(xiàn)異常。

（4）供熱機(jī)組的供熱工況下，機(jī)組的可調(diào)節(jié)容量?jī)H有9 萬kW，并不滿足調(diào)頻交易規(guī)則。 因此機(jī)組供熱時(shí)，若要滿足可調(diào)節(jié)容量要求，則鍋爐必須按照最大連續(xù)蒸發(fā)量運(yùn)行。

（5）當(dāng)前機(jī)組的多個(gè)子系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)水平較差，很難滿足機(jī)組投入AGC 的需求。這些子系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)問題，在機(jī)組投入AGC 前，應(yīng)該完成調(diào)試并確保能夠有效投入，減輕運(yùn)行人員的操作量。

5 建設(shè)供熱電廠AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)節(jié)項(xiàng)目的一些想法

（1）未來核電、新能源裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，火電調(diào)頻需求量會(huì)更大。 國(guó)家電網(wǎng)支持電化學(xué)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)發(fā)展，也明確表示在儲(chǔ)能技術(shù)攻關(guān)等方面給予福建更多支持， 因此蓄電池儲(chǔ)能項(xiàng)目未來將會(huì)有一定的發(fā)展空間。 投資建設(shè)項(xiàng)目前應(yīng)進(jìn)行充分的調(diào)研、可研，確保項(xiàng)目的可行性。

（2）供熱機(jī)組AGC 系統(tǒng)現(xiàn)存問題必須先行解決，一旦建成后無法投運(yùn)，將無法實(shí)現(xiàn)投資收益。 調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)對(duì)機(jī)組性能設(shè)置準(zhǔn)入門檻，要求機(jī)組調(diào)頻性能綜合指標(biāo)不低于0.53。 若機(jī)組持續(xù)8 個(gè)中標(biāo)小時(shí)未能達(dá)到門檻值， 則6 個(gè)月內(nèi)不準(zhǔn)許其參與調(diào)頻市場(chǎng)。 發(fā)電企業(yè)對(duì)機(jī)組性能進(jìn)行改造后，可向省調(diào)申請(qǐng)測(cè)試綜合調(diào)頻性能指標(biāo)， 測(cè)試期間機(jī)組AGC 應(yīng)連續(xù)8 h 投入調(diào)頻模式。

表2 儲(chǔ)能收入評(píng)估表

（3）AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)節(jié)項(xiàng)目能否獲得收益，主要取決于機(jī)組參與調(diào)頻服務(wù)的調(diào)節(jié)里程和中標(biāo)價(jià)格以及全年參與調(diào)頻服務(wù)的時(shí)間。 我廠作為供熱電廠，目前可調(diào)節(jié)容量?jī)H有9 萬kW，供熱工況下若要滿足調(diào)節(jié)里程必須再建設(shè)6 萬kW 可調(diào)容量，即項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為120 MW/60 MWh，按300 萬元/MW，工程總投資需36 000 萬元，總投資太大。目前集成儲(chǔ)能蓄電池一般3 MW/1.5 MWh 1 個(gè)集裝箱（29 m2），項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為120 MW/60 MWh，需40 個(gè)多集裝箱，占地2 000 多平方米，占地面積較大。

（4）單純凝工況建設(shè)AGC 儲(chǔ)能輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以改善機(jī)組AGC 調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)偏差問題。 按機(jī)組容量需建設(shè)儲(chǔ)能項(xiàng)目容量為18 MW/8.957 MWh，總投資預(yù)計(jì)需5 400萬元。 系統(tǒng)需要布置功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用集裝箱室外布置型式， 整個(gè)系統(tǒng)共有20 個(gè)30 尺集裝箱和1 個(gè)45 尺集裝箱，分別為9 個(gè)電池集裝箱、9 個(gè)中壓變流箱、2 個(gè)高壓環(huán)網(wǎng)箱和1個(gè)集控箱（45 尺），項(xiàng)目整體占地面積約1 600 m2。 但我廠雙機(jī)供熱與雙機(jī)在網(wǎng)比常年大于97%，投資后，單機(jī)切純凝參與調(diào)頻時(shí)間短，只能減免部分考核，投資回收周期長(zhǎng)，建設(shè)儲(chǔ)能項(xiàng)目單為純凝工況參與調(diào)頻意義不大。

（5）調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則隨市場(chǎng)在不斷變化，而且西北5 省已開始實(shí)行火電1 省1 央企，電力市場(chǎng)隨政策變化存在不確定性，項(xiàng)目投資收益也會(huì)存在不確定性。

（6）化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)日新月異。 目前市場(chǎng)成熟的成品為鋰電池，其更新?lián)Q代也很快，在過去10 年成本已下降了90%。1 個(gè)項(xiàng)目投資后，在未來幾年成本快速下降，對(duì)項(xiàng)目投資決策造成潛在風(fēng)險(xiǎn)，而且石墨烯蓄電技術(shù)也在快速發(fā)展成熟，未來不久，更大容量、更快充放電石墨烯蓄電池一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)造成較大沖擊。