最能理順電網(wǎng)脈搏的調(diào)頻技術(shù)
——電池儲(chǔ)能

文 | 李建林

作者為中國電力科學(xué)研究院電能存儲(chǔ)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(diǎn)，電網(wǎng)的脈搏難免會(huì)變得有些亂。而對(duì)癥下藥，傳統(tǒng)火電和水電機(jī)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(chǔ)能。

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

隨著儲(chǔ)能時(shí)代的到來，國家和地方出臺(tái)了一系列詳細(xì)的支持政策，可以預(yù)見，電池儲(chǔ)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(jī)組，通過調(diào)整機(jī)組有功出力，跟蹤系統(tǒng)頻率變化。但是火電機(jī)組響應(yīng)時(shí)滯長(zhǎng)、機(jī)組爬坡速率低，不能準(zhǔn)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(jī)組頻繁變換功率運(yùn)行,會(huì)加重機(jī)組設(shè)備疲勞和磨損，影響機(jī)組的運(yùn)行壽命。比較而言，水電機(jī)組響應(yīng)較快，可以在幾秒內(nèi)達(dá)到滿功率輸出。但水電機(jī)組的建設(shè)受地理?xiàng)l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(chǔ)能系統(tǒng)，其響應(yīng)速度快，短時(shí)功率吞吐能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)靈活，可在毫秒至秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)滿功率輸出，在額定功率內(nèi)的任何功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。研究表明，持續(xù)充/放電時(shí)間為15分鐘的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其調(diào)頻效率約為水電機(jī)組的1.4倍，燃?xì)鈾C(jī)組的2.2倍，燃煤機(jī)組的24倍。

調(diào)頻用儲(chǔ)能電源類型參數(shù)及特點(diǎn)

雖然電池儲(chǔ)能在調(diào)頻上優(yōu)勢(shì)明顯，但是真正確立下來其獨(dú)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(jìn)電儲(chǔ)能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償（市場(chǎng)）機(jī)制試點(diǎn)工作的通知》，首次給予電儲(chǔ)能設(shè)施參與輔助服務(wù)的獨(dú)立合法地位。

2017年10月，國家發(fā)改委聯(lián)合財(cái)政部、工信部、科技部和能源局發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出“允許儲(chǔ)能系統(tǒng)與機(jī)組聯(lián)合或作為獨(dú)立主體參與輔助服務(wù)交易”，儲(chǔ)能參與電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)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(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則。電力調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用持續(xù)增長(zhǎng)。各省的新政中多次出現(xiàn)儲(chǔ)能，儲(chǔ)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(jī)組對(duì)AGC信號(hào)的響應(yīng)能力，包括響應(yīng)時(shí)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(jī)組存在發(fā)展局限性的情況下，電池儲(chǔ)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(diǎn)。

研究表明，電池儲(chǔ)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(jī)組響應(yīng)速度的60倍；同時(shí)，少量的儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)速度快，短時(shí)功率吞吐能力強(qiáng)，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(jī)組調(diào)頻的有效手段。電池儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)一步提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。

除了技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)外，電池儲(chǔ)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(yùn)行費(fèi)用，降低煤耗，提高靜態(tài)效益，而且由于其響應(yīng)快速，運(yùn)行靈活，可以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)頻需求而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效益。

他山之石？

在國外，電池儲(chǔ)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(duì)大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電力調(diào)頻已開展理論研究與示范驗(yàn)證。

在我國，電池儲(chǔ)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(chǔ)能示范工程來看，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電力調(diào)頻已逐漸被業(yè)界認(rèn)識(shí)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(chǔ)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?jī)?chǔ)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(chǔ)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(yuǎn)，因此，亟需探索符合我國電網(wǎng)特點(diǎn)的儲(chǔ)能參與電力調(diào)頻技術(shù)，加大儲(chǔ)能在我國調(diào)頻輔助領(lǐng)域中的必要性與價(jià)值分析、基礎(chǔ)理論研究以及示范研究的力度，利用儲(chǔ)能更好地服務(wù)于電力調(diào)頻，服務(wù)于新一代“堅(jiān)強(qiáng)”、“智能”電網(wǎng)。