電化學(xué)儲(chǔ)能在電力調(diào)頻系統(tǒng)中的應(yīng)用.

1、電化學(xué)儲(chǔ)能在電力調(diào)頻系統(tǒng)中的應(yīng)用一、發(fā)展背景隨著中國風(fēng)電和光伏的發(fā)展， 在積極消納清潔能源、 特高壓電網(wǎng)加快建設(shè)、“兩個(gè)細(xì)則”全面實(shí)施的背景下，火電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻性能的提升是目前發(fā)電集團(tuán)和電網(wǎng)共同關(guān)注的問題， 火電機(jī)組不僅隨著中國北方風(fēng)電和光伏的發(fā)展， 在積極消納清潔能源、 特高壓電網(wǎng)加快建設(shè)、“兩個(gè)細(xì)則”全面實(shí)施的背景下， 火電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻性能的提升是目前發(fā)電集團(tuán)和電網(wǎng)共同關(guān)注的問題。 火電機(jī)組不僅承載電網(wǎng)的基本調(diào)峰負(fù)荷的重任， 更需在調(diào)峰和調(diào)頻方面的電力市場輔助服務(wù)中具有一定的競爭力，同時(shí)也需權(quán)衡機(jī)組長期運(yùn)行安全性和整體穩(wěn)定性的需求。2009 年 1 月，國家電監(jiān)會(huì)印發(fā)了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管

2、理暫行辦法和發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定 （簡稱“兩個(gè)細(xì)則”），要求各地電監(jiān)局和省電監(jiān)辦結(jié)合本區(qū)特點(diǎn) , 依照電監(jiān)會(huì)兩個(gè)文件精神，制定本區(qū)域的并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)和運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則。 華北電監(jiān)局及時(shí)制定了華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則 ( 試行 ) 和華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則 ( 試行 ) ，并在并網(wǎng)協(xié)議中規(guī)定對(duì)發(fā)電機(jī)組提供的輔助服務(wù)按效果進(jìn)行處罰和獎(jiǎng)勵(lì)。2014 年 4 月，國家能源局召開了“輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制深度試點(diǎn)工作啟動(dòng)會(huì)”，明確儲(chǔ)能為試點(diǎn)工作內(nèi)容。 2016 年 6 月，國家能源局發(fā)布國家能源局關(guān)于促進(jìn)電儲(chǔ)能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償（市場）機(jī)制試點(diǎn)工作的通知 ( 國能

3、監(jiān)管 2016 164 號(hào)) 。上述政策不僅對(duì)不滿足一次調(diào)頻和二次調(diào)頻等要求的機(jī)組執(zhí)行相應(yīng)的處罰， 對(duì)提供較多較好輔助服務(wù)的機(jī)組也有一定的補(bǔ)償，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)建立了初步的發(fā)電輔助服務(wù)市場機(jī)制。 提高機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量、 增強(qiáng)機(jī)組調(diào)頻能力、 減少考核處罰、 爭取輔助服務(wù)收益已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)一個(gè)新型盈利方向。電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)以大型火電機(jī)組為主，ACE 調(diào)頻電源幾乎全部為火電機(jī)組，優(yōu)質(zhì)調(diào)頻電源稀缺。因火電機(jī)組ACE 調(diào)頻能力較弱，故電網(wǎng)整體ACE 調(diào)頻能力有限。同時(shí)，隨著風(fēng)電、光伏等新能源電站的大量建設(shè)和入網(wǎng)，風(fēng)電穿透率不斷提高，風(fēng)電和光伏等具有間歇性、不可控性，新能源的大規(guī)模并網(wǎng)將顯著增加電網(wǎng)的ACE調(diào)頻需求，

4、特別是在冬季風(fēng)電大發(fā)時(shí)期， 由于大量火電機(jī)組進(jìn)入供熱期運(yùn)行，使得電網(wǎng)的調(diào)頻能力進(jìn)一步下降，進(jìn)而將對(duì)風(fēng)電的開發(fā)利用形成嚴(yán)重制約，電力系統(tǒng)運(yùn)行安全存在潛在隱患。此外，大量的火電機(jī)組長期承擔(dān)繁重的 ACE調(diào)頻任務(wù)，造成了發(fā)電煤耗增高、設(shè)備磨損嚴(yán)重，機(jī)組排放超標(biāo)等一系列負(fù)面影響。目前，一些儲(chǔ)能技術(shù)開始逐步成規(guī)模的進(jìn)入調(diào)頻市場，在過去的10 年內(nèi)，全球范圍內(nèi)各種新型儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)品獲得了突破，在儲(chǔ)能產(chǎn)品的使用壽命、功率和容量、系統(tǒng)可靠性等方面都有了長足的發(fā)展，已經(jīng)完全能夠滿足電網(wǎng)的需求。二、電化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)頻的優(yōu)勢(shì)圖 1：火電調(diào)頻存在的問題圖 2：火儲(chǔ)調(diào)頻的優(yōu)勢(shì)電化學(xué)儲(chǔ)能由于調(diào)頻速度快， 容量可調(diào)，因此成為非

5、常好的調(diào)頻資源。根據(jù) California 電力市場的電源特點(diǎn)，平均來看，儲(chǔ)能調(diào)頻效果是水電機(jī)組的 1.7 倍，燃?xì)鈾C(jī)組的 2.5 倍，燃煤機(jī)組的 20 倍以上。實(shí)際應(yīng)用中，投入前 K2和 K3 的平均值分別在 1.4 和 1.5 左右，投入后上升到 1.5 和 1.6 左右， Kp 值從 2.98 上升到 3.2 左右，后期通過進(jìn)一步優(yōu)化使得Kp 值提升到接近5，體現(xiàn)了儲(chǔ)能在調(diào)頻方面具有非常優(yōu)越的性能。總體而言，儲(chǔ)能在調(diào)解精度、調(diào)解速率上與傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)鈾C(jī)組調(diào)解方式相比，調(diào)解性能大大優(yōu)于后者，可使整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)頻容量明顯下降，電網(wǎng)調(diào)頻效率顯著上升。 電力行業(yè)已開始逐步接受并認(rèn)可儲(chǔ)能提供調(diào)頻

6、的優(yōu)勢(shì)及效果，其作為一種有效的輔助調(diào)頻電源有望成為趨勢(shì)。三、系統(tǒng)組成儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)由儲(chǔ)能蓄電池、雙向功率逆變裝置（ PCS），以及儲(chǔ)能控制系統(tǒng)構(gòu)成。 儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要設(shè)備布置在集裝箱內(nèi)， 并設(shè)置獨(dú)立的上位機(jī)（兼具操作站 / 歷史站功能），與電廠 DCS操作員站或工程師站放在同一區(qū)域，以便于運(yùn)行人員操作和監(jiān)視。圖 2：儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)的主要設(shè)備四、運(yùn)行原理獨(dú)立儲(chǔ)能電站調(diào)頻在技術(shù)上可行， 但目前還需要解決并網(wǎng)、 結(jié)算等多方面問題， 與火電聯(lián)合調(diào)頻是把儲(chǔ)能作為火電廠一部分， 不用修改電網(wǎng)調(diào)度規(guī)則，不用單獨(dú)為其制定一套辦法和準(zhǔn)則。儲(chǔ)能系統(tǒng)總控單元的控制器，通訊卡件， IO 卡件，控制電源等集成安裝在儲(chǔ)能系統(tǒng)集

7、裝箱控制機(jī)柜內(nèi)， 與電廠 RTU和 DCS系統(tǒng)通訊接口 / 硬接線（或采用光纖通訊）等方式連接，獲得 AGC調(diào)度指令，接收機(jī)組運(yùn)行信息， 儲(chǔ)能系統(tǒng) 6.3kV 接入點(diǎn)狀態(tài)信息， 以及 DCS投切操作指令等。儲(chǔ)能系統(tǒng)總控單元根據(jù)接收到的 AGC指令功率等運(yùn)行數(shù)據(jù)， 經(jīng)過算法計(jì)算確定儲(chǔ)能系統(tǒng)出力指令，并下發(fā)至儲(chǔ)能系統(tǒng)子控制單元。儲(chǔ)能系統(tǒng)控制子單元位于儲(chǔ)能系統(tǒng)集裝箱內(nèi)， 接收儲(chǔ)能系統(tǒng)總控單元指令，并實(shí)際控制儲(chǔ)能單元運(yùn)行和出力。圖 2：儲(chǔ)能系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖五、投資模式經(jīng)咨詢和調(diào)研，目前儲(chǔ)能項(xiàng)目有以下3 種投資與運(yùn)維方式：（1）自籌資金建設(shè)：這是電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式，建設(shè)單位投資壓力大，政策風(fēng)險(xiǎn)大，

8、 投資回報(bào)風(fēng)險(xiǎn)高，并增加運(yùn)行與維護(hù)成本與管理工作量。（ 2）合資建設(shè)：按約定比例分?jǐn)偼顿Y壓力與風(fēng)險(xiǎn)，一般由建設(shè)單位承攬運(yùn)行與維護(hù)成本，增加建設(shè)單位管理工作量。（ 3）BOT 方式：建設(shè)單位基本不承擔(dān)投資壓力與風(fēng)險(xiǎn)，建設(shè)單位在合同期內(nèi)不承擔(dān)運(yùn)行與維護(hù)成本，不增加管理工作量。六、投資及收益根據(jù)公司前期 24MW儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)算， 24MW的電化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目費(fèi)用約 10800 萬元。電網(wǎng)補(bǔ)償收益主要依靠機(jī)組 AGC調(diào)節(jié)深度補(bǔ)償，來源于電網(wǎng)內(nèi)部考核，其補(bǔ)償額度取決于電網(wǎng)調(diào)節(jié)規(guī)模以及電網(wǎng)調(diào)度部門對(duì)有償服務(wù)的獎(jiǎng)勵(lì)意愿。目前華北電網(wǎng)調(diào)度在 AGC有償服務(wù)考核的規(guī)則為：對(duì)并網(wǎng)機(jī)組 AGC補(bǔ)償收益計(jì)算：AGC補(bǔ)償額度 =AGC調(diào)節(jié)深度 *ln（ Kp）+1*5 元/MW華北電網(wǎng)下發(fā)調(diào)節(jié)深度是按照機(jī)組容量成比例下發(fā)， 以已經(jīng)運(yùn)行的北京石景山熱電廠儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目為例， 調(diào)度每天下發(fā)的調(diào)節(jié)深度在4500MW，石景山 20 萬機(jī)組 2MW儲(chǔ)能裝置每天捕獲的調(diào)節(jié)深度在 20003000MW，甚至更多。機(jī)組 Kp值在 3.38 以上的百萬機(jī)組每天調(diào)度下發(fā)的指令調(diào)節(jié)深度在 17000MW以上，投入儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)后整體系統(tǒng)