最能理順電網(wǎng)脈搏的調(diào)頻技術(shù)
——電池儲能

文 | 李建林

作者為中國電力科學(xué)研究院電能存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)室主任

近年來，靠天吃飯的風(fēng)電和光伏等新能源開始大規(guī)模并網(wǎng)，由于這些電源的間歇性特點，電網(wǎng)的脈搏難免會變得有些亂。而對癥下藥，傳統(tǒng)火電和水電機組調(diào)頻的藥效尚顯不足，還需要另外一劑良藥，也就是電池儲能。

2018年以來，火電儲能聯(lián)合調(diào)頻項目便從星星之火發(fā)展成了燎原之勢，項目數(shù)量激增到20余個。區(qū)域市場也從華北電網(wǎng)向蒙西電網(wǎng)、南方電網(wǎng)擴散，投資主體和利益分成模式日趨多元。

隨著儲能時代的到來，國家和地方出臺了一系列詳細的支持政策，可以預(yù)見，電池儲能系統(tǒng)在電力調(diào)頻中必將扮演重要的角色。

確立合法地位

目前，我國的調(diào)頻電源主要為火電機組，通過調(diào)整機組有功出力，跟蹤系統(tǒng)頻率變化。但是火電機組響應(yīng)時滯長、機組爬坡速率低，不能準確跟蹤電網(wǎng)調(diào)度的調(diào)頻指令，存在調(diào)節(jié)延遲、調(diào)節(jié)偏差和調(diào)節(jié)反向等現(xiàn)象。并且，火電機組頻繁變換功率運行,會加重機組設(shè)備疲勞和磨損，影響機組的運行壽命。比較而言，水電機組響應(yīng)較快，可以在幾秒內(nèi)達到滿功率輸出。但水電機組的建設(shè)受地理條件的限制，整體可提供的調(diào)頻容量較為有限，亟需新的調(diào)頻手段以滿足電網(wǎng)調(diào)頻要求。

而作為電池儲能系統(tǒng)，其響應(yīng)速度快，短時功率吞吐能力強，調(diào)節(jié)靈活，可在毫秒至秒內(nèi)實現(xiàn)滿功率輸出，在額定功率內(nèi)的任何功率點實現(xiàn)精準控制。研究表明，持續(xù)充/放電時間為15分鐘的儲能系統(tǒng)，其調(diào)頻效率約為水電機組的1.4倍，燃氣機組的2.2倍，燃煤機組的24倍。

調(diào)頻用儲能電源類型參數(shù)及特點

雖然電池儲能在調(diào)頻上優(yōu)勢明顯，但是真正確立下來其獨立合法地位卻是近一兩年的事情。2016年6月，國家能源局下發(fā)了《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》，首次給予電儲能設(shè)施參與輔助服務(wù)的獨立合法地位。

2017年10月，國家發(fā)改委聯(lián)合財政部、工信部、科技部和能源局發(fā)布《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出“允許儲能系統(tǒng)與機組聯(lián)合或作為獨立主體參與輔助服務(wù)交易”，儲能參與電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場機制初步建立。當(dāng)年，山東、新疆等多省份陸續(xù)發(fā)布更新電力輔助服務(wù)市場運營規(guī)則。電力調(diào)頻輔助服務(wù)補償費用持續(xù)增長。各省的新政中多次出現(xiàn)儲能，儲能在電力調(diào)頻輔助服務(wù)中的重要地位逐漸凸顯。

直擊病癥

隨著高滲透率風(fēng)電和光伏的大規(guī)模并網(wǎng)，現(xiàn)有調(diào)頻容量不足的問題日益突出，亟需新的調(diào)頻手段出現(xiàn)。要提高電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性，就必須提高區(qū)域的AGC控制性能，即要提高機組對AGC信號的響應(yīng)能力，包括響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)精度等指標(biāo)。在新能源大量接入以及傳統(tǒng)機組存在發(fā)展局限性的情況下，電池儲能技術(shù)以其快速、精確的功率響應(yīng)能力成為新型調(diào)頻輔助手段的關(guān)注熱點。

研究表明，電池儲能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System，BESS）可在1s之內(nèi)完成AGC調(diào)度指令，幾乎是火電機組響應(yīng)速度的60倍；同時，少量的儲能可有效提升以火電為主的電力系統(tǒng)整體調(diào)頻能力。大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)響應(yīng)速度快，短時功率吞吐能力強，且易改變調(diào)節(jié)方向，與常規(guī)調(diào)頻電源相結(jié)合，可作為輔助傳統(tǒng)機組調(diào)頻的有效手段。電池儲能系統(tǒng)的快速響應(yīng)與精確跟蹤能力使得其比常規(guī)調(diào)頻方式高效，可顯著減少電網(wǎng)所需旋轉(zhuǎn)備用容量；因電池儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻而節(jié)省的旋轉(zhuǎn)備用容量可用于電網(wǎng)調(diào)峰、事故備用等，能夠進一步提高電網(wǎng)運行的安全性與可靠性。

除了技術(shù)上的優(yōu)勢外，電池儲能系統(tǒng)在參與電網(wǎng)調(diào)頻的應(yīng)用中，不僅能夠節(jié)省電力系統(tǒng)的投資和運行費用，降低煤耗，提高靜態(tài)效益，而且由于其響應(yīng)快速，運行靈活，可以滿足系統(tǒng)運行的調(diào)頻需求而產(chǎn)生動態(tài)效益。

他山之石？

在國外，電池儲能技術(shù)的各方面已經(jīng)逐步成熟，尤其是美國、智利、巴西和芬蘭，針對大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)參與電力調(diào)頻已開展理論研究與示范驗證。

在我國，電池儲能技術(shù)參與電網(wǎng)調(diào)頻的研究與示范尚屬起步與借鑒階段。從國內(nèi)目前投建的儲能示范工程來看，電池儲能系統(tǒng)參與電力調(diào)頻已逐漸被業(yè)界認識和重視起來，雖然目前還未開展更深入的研究與示范應(yīng)用工作，但儲能技術(shù)參與電力調(diào)頻將是未來智能電網(wǎng)必須關(guān)注的重要科學(xué)問題。

我國在大容量儲能技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)調(diào)頻的理論分析與研究開展的比較少，應(yīng)用示范也屬于起步階段。但是，雖然國外的儲能技術(shù)已趨于成熟，但由于其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)與我國相差甚遠，因此，亟需探索符合我國電網(wǎng)特點的儲能參與電力調(diào)頻技術(shù)，加大儲能在我國調(diào)頻輔助領(lǐng)域中的必要性與價值分析、基礎(chǔ)理論研究以及示范研究的力度，利用儲能更好地服務(wù)于電力調(diào)頻，服務(wù)于新一代“堅強”、“智能”電網(wǎng)。