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

1、電化學(xué)儲能在電力調(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)、“兩個細(xì)則”全面實施的背景下，火電機組調(diào)峰調(diào)頻性能的提升是目前發(fā)電集團和電網(wǎng)共同關(guān)注的問題，火電機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)、“兩個細(xì)則”全面實施的背景下，火電機組調(diào)峰調(diào)頻性能的提升是目前發(fā)電集團和電網(wǎng)共同關(guān)注的問題。火電機組不僅承載電網(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，同時也需權(quán)衡機組長期運行安全性和整體穩(wěn)定性的需求。 2009 年1 月，國家電監(jiān)會印發(fā)了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法和發(fā)電

2、廠并網(wǎng)運行管理規(guī)定（簡稱“兩個細(xì)則”），要求各地電監(jiān)局和省電監(jiān)辦結(jié)合本區(qū)特點,依照電監(jiān)會兩個文件精神，制定本區(qū)域的并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)和運行管理實施細(xì)則。華北電監(jiān)局及時制定了華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細(xì)則(試行)和華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則(試行)，并在并網(wǎng)協(xié)議中規(guī)定對發(fā)電機組提供的輔助服務(wù)按效果進行處罰和獎勵。 2014 年4 月，國家能源局召開了“輔助服務(wù)補償機制深度試點工作啟動會”，明確儲能為試點工作內(nèi)容。2016 年6 月，國家能源局發(fā)布國家能源局關(guān)于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補償（市場）機制試點工作的通知(國能監(jiān)管2016 164 號)。上述政策不僅對不滿足

3、一次調(diào)頻和二次調(diào)頻等要求的機組執(zhí)行相應(yīng)的處罰， 對提供較多較好輔助服務(wù)的機組也有一定的補償，實質(zhì)上已經(jīng)建立了初步的發(fā)電輔助服務(wù)市場機制。提高機組運行質(zhì)量、增強機組調(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)一個新型盈利方向。 電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)以大型火電機組為主，ACE 調(diào)頻電源幾乎全部為火電機組，優(yōu)質(zhì)調(diào)頻電源稀缺。因火電機組ACE 調(diào)頻能力較弱，故電網(wǎng)整體ACE 調(diào)頻能力有限。同時，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，特別是在冬季風(fēng)電大發(fā)時期，由于大量火電機組進入供熱期運行，

4、使得電網(wǎng)的調(diào)頻能力進一步下降，進而將對風(fēng)電的開發(fā)利用形成嚴(yán)重制約，電力系統(tǒng)運行安全存在潛在隱患。此外，大量的火電機組長期承擔(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，機組排放超標(biāo)等一系列負(fù)面影響。 目前，一些儲能技術(shù)開始逐步成規(guī)模的進入調(diào)頻市場，在過去的10年內(nèi)，全球范圍內(nèi)各種新型儲能技術(shù)和產(chǎn)品獲得了突破，在儲能產(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)儲能調(diào)頻的優(yōu)勢圖1：火電調(diào)頻存在的問題圖2：火儲調(diào)頻的優(yōu)勢電化學(xué)儲能由于調(diào)頻速度快，容量可調(diào)，因此成為非常好的調(diào)頻資源。根據(jù)California電力市場的電源特點，平均來

5、看，儲能調(diào)頻效果是水電機組的1.7倍，燃?xì)鈾C組的2.5倍，燃煤機組的20倍以上。實際應(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，后期通過進一步優(yōu)化使得Kp值提升到接近5，體現(xiàn)了儲能在調(diào)頻方面具有非常優(yōu)越的性能?？傮w而言，儲能在調(diào)解精度、調(diào)解速率上與傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)鈾C組調(diào)解方式相比，調(diào)解性能大大優(yōu)于后者，可使整個區(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)可儲能提供調(diào)頻的優(yōu)勢及效果，其作為一種有效的輔助調(diào)頻電源有望成為趨勢。三、系統(tǒng)組成儲能調(diào)頻系統(tǒng)由儲能蓄電池、雙向功率逆變裝置（PCS）

6、，以及儲能控制系統(tǒng)構(gòu)成。儲能系統(tǒng)的主要設(shè)備布置在集裝箱內(nèi)，并設(shè)置獨立的上位機（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，以便于運行人員操作和監(jiān)視。圖2：儲能調(diào)頻系統(tǒng)的主要設(shè)備四、運行原理獨立儲能電站調(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，不用單獨為其制定一套辦法和準(zhǔn)則。儲能系統(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能系統(tǒng)集裝箱控制機柜內(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，接收機組運行信息，儲能系統(tǒng)6.3kV接入

7、點狀態(tài)信息，以及DCS投切操作指令等。 儲能系統(tǒng)總控單元根據(jù)接收到的AGC指令功率等運行數(shù)據(jù)，經(jīng)過算法計算確定儲能系統(tǒng)出力指令，并下發(fā)至儲能系統(tǒng)子控制單元。 儲能系統(tǒng)控制子單元位于儲能系統(tǒng)集裝箱內(nèi)，接收儲能系統(tǒng)總控單元指令，并實際控制儲能單元運行和出力。圖2：儲能系統(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，目前儲能項目有以下3種投資與運維方式： （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)險大，投資回報風(fēng)險高，并增加運行與維護成本與管理工作量。 （2）合資建設(shè)：按約定比例分?jǐn)偼顿Y壓力與風(fēng)險，一般由建設(shè)單位承攬運行與維護成本，增加建設(shè)單位管理工作量。 （3）BOT方

8、式：建設(shè)單位基本不承擔(dān)投資壓力與風(fēng)險，建設(shè)單位在合同期內(nèi)不承擔(dān)運行與維護成本，不增加管理工作量。六、投資及收益根據(jù)公司前期24MW儲能調(diào)頻項目進行計算，24MW的電化學(xué)儲能調(diào)頻項目費用約10800萬元。電網(wǎng)補償收益主要依靠機組AGC調(diào)節(jié)深度補償，來源于電網(wǎng)內(nèi)部考核，其補償額度取決于電網(wǎng)調(diào)節(jié)規(guī)模以及電網(wǎng)調(diào)度部門對有償服務(wù)的獎勵意愿。 目前華北電網(wǎng)調(diào)度在AGC有償服務(wù)考核的規(guī)則為： 對并網(wǎng)機組AGC補償收益計算：AGC補償額度=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)深度是按照機組容量成比例下發(fā)，以已經(jīng)運行的北京石景山熱電廠儲能調(diào)頻項目為例，調(diào)度每天下發(fā)的調(diào)節(jié)深度在4500M

9、W，石景山20萬機組2MW儲能裝置每天捕獲的調(diào)節(jié)深度在20003000MW，甚至更多。 機組Kp值在3.38以上的百萬機組每天調(diào)度下發(fā)的指令調(diào)節(jié)深度在17000MW以上，投入儲能調(diào)頻系統(tǒng)后整體系統(tǒng)捕捉率為45%以上，每天調(diào)節(jié)深度可以保證在8000MW以上。 按每天調(diào)節(jié)深度為8000MW計算補償收益： AGC補償額度=8000MW*ln（3.8）+1*5元/MW93818.8元 每月AGC補償額度：93818.8元*302814566元2815萬元按建設(shè)24MW儲能系統(tǒng)考慮，且選用目前質(zhì)量較好設(shè)備制造商的產(chǎn)品，估算投資約10800萬元，按年收益3000萬元計算，投資回報年限約為3.8年。根據(jù)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，有計劃地對人力、資源進行合理配置，通過對企業(yè)中員工的招聘、培訓(xùn)、使用、考核、評價、激勵、調(diào)整等一系列過程，調(diào)動員工地積極性，發(fā)揮員工地潛能，為企業(yè)創(chuàng)造價