中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合240余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十三屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州召開。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中245家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月24日下午，國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院學(xué)術(shù)帶頭人高嵩受邀在新型電力系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)整體解決方案專場分享了主題報(bào)告，報(bào)告題目為《儲(chǔ)能與火電聯(lián)合參與電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)》。以下是報(bào)告主要內(nèi)容：
高嵩：各位專家，大家下午好！很榮幸今天有這樣的機(jī)會(huì)，和大家一起交流一下儲(chǔ)能與火電聯(lián)合參與電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)。我是來自國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院的高嵩，目前擔(dān)任源網(wǎng)荷儲(chǔ)國網(wǎng)公司實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)帶頭人，我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)一直在做電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)以及源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)方面的一些研究。
時(shí)間關(guān)系，快速切入正題。首先，探討一下背景和意義，前面各位專家講的比較多了，我就快速過一下。大家都知道，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，現(xiàn)在是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要舉措，所以說近年來新能源得到了一個(gè)快速的發(fā)展。從現(xiàn)在的數(shù)據(jù)來看，新能源已經(jīng)成為新增裝機(jī)的主體，但是以我們現(xiàn)在的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)與體制與機(jī)制，難以支撐更高比例的新能源并網(wǎng)的消納。
（圖示）近十年的數(shù)據(jù)也可以充分看出目前新能源發(fā)展的快速增長態(tài)勢。
因此，對(duì)于新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的發(fā)展形勢下，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化，使得新型電力系統(tǒng)面臨一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)重要的特點(diǎn)，就是導(dǎo)致現(xiàn)在電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源的不足。
第二部分，電網(wǎng)調(diào)頻技術(shù)。
既然談到調(diào)頻，我們首先看一下整個(gè)電網(wǎng)的調(diào)頻技術(shù)的現(xiàn)狀。
大家都知道，電網(wǎng)頻率對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義，也是一個(gè)核心參數(shù)，但是隨著新能源快速發(fā)展，新能源具有高裝機(jī)、低電量、弱保障以及隨機(jī)性的特征。比如與同容量的火電相比，它的可發(fā)電量約為1/3-1/4，保證出力約為1/20，但是功率波動(dòng)與火電可調(diào)出力相當(dāng)。因此，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，隨著新能源電量占比的逐漸提高，常規(guī)火電必然開機(jī)受到極大的擠壓，因此導(dǎo)致電力系統(tǒng)的頻率波動(dòng)的概率是在不斷加大。
從電力系統(tǒng)的調(diào)頻過程來看，我們可以從時(shí)間尺度上進(jìn)行劃分，也就引入我們今天要探討的火電輔助調(diào)頻的相應(yīng)技術(shù)焦點(diǎn)。我們可以看一下，右上角是一次調(diào)頻的過程，基本上時(shí)間尺度是從幾秒鐘到幾十秒鐘，我們對(duì)于一次調(diào)頻的標(biāo)準(zhǔn)要求，要求它在一分鐘之內(nèi)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的功率提供相應(yīng)的支撐。
因此，在這個(gè)時(shí)間尺度上，它是一個(gè)有差的調(diào)節(jié)，它的作用就是可以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)或者說像直流閉鎖這樣的短時(shí)瞬間的功率缺額情況，通過自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)組的出力來維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。到了二次調(diào)頻的過程，它的時(shí)間尺度就放寬到了幾分鐘到小時(shí)級(jí)別，從它的調(diào)節(jié)方式來說，AGC本質(zhì)上來說是一個(gè)無差調(diào)節(jié)，可以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)長時(shí)間的負(fù)荷波動(dòng)，基本上它的運(yùn)轉(zhuǎn)模式是通過電網(wǎng)調(diào)度中心整個(gè)統(tǒng)一的指揮和調(diào)度來完成的。
第三部分，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。
儲(chǔ)能的定義，大家都比較熟，就不再詳細(xì)介紹了。
儲(chǔ)能的類別，可以分為能量型儲(chǔ)能以及功率型儲(chǔ)能，根據(jù)它的不同功能特性，像能量型儲(chǔ)能比較適合長時(shí)間的電能需求，也就是我們常說的調(diào)峰的場景。而功率型儲(chǔ)能，可以廣泛應(yīng)用于瞬時(shí)性的功率需求較高的場合，比如說我們今天到談到的調(diào)頻的場景，以及短時(shí)間內(nèi)的緊急備用功率的支撐。
因此，結(jié)合于上述的各種儲(chǔ)能的不同類型，我們可以得到不同儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用場景是不一樣的，從最快的毫秒級(jí)到秒級(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)、日級(jí)，最長可以到周級(jí)別，甚至是季度的級(jí)別。我們今天聚焦的調(diào)頻技術(shù)，其實(shí)主要就是從秒級(jí)到分鐘級(jí)這個(gè)時(shí)間尺度，目前來說，比較成熟的還是兩類，一是飛輪儲(chǔ)能，二是電化學(xué)儲(chǔ)能。
第四部分，火電機(jī)組調(diào)頻。
如果沒有儲(chǔ)能，原來火電機(jī)組的調(diào)頻是一種什么樣的運(yùn)轉(zhuǎn)模式？為什么我們要引入儲(chǔ)能來加強(qiáng)它的調(diào)頻特征？本質(zhì)上來說，電力系統(tǒng)的頻率變化是由于發(fā)電側(cè)的供給以及負(fù)荷側(cè)的需求不平衡所導(dǎo)致的，一旦兩者出現(xiàn)功率上的差值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率會(huì)發(fā)生變化。如右圖是整個(gè)電力系統(tǒng)調(diào)頻的技術(shù)架構(gòu)，最上層，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果，根據(jù)機(jī)組組合以及排發(fā)電計(jì)劃，以及與聯(lián)絡(luò)線之間的交換功率，可以得到發(fā)電機(jī)組的日前計(jì)劃值，這就是我們經(jīng)常說的經(jīng)濟(jì)調(diào)度或者說日前計(jì)劃，有的時(shí)候我們?cè)谡{(diào)頻領(lǐng)域也稱之為三次調(diào)頻。這個(gè)計(jì)劃值就是在日前下發(fā)到每個(gè)電廠，日內(nèi)的時(shí)候就執(zhí)行每天的出力計(jì)劃，這是日前時(shí)間尺度。再往下一個(gè)層級(jí)就到了二次調(diào)頻，就是我們經(jīng)常說的AGC即自動(dòng)發(fā)電控制，它的調(diào)節(jié)的目標(biāo)就是電網(wǎng)的ACE指標(biāo)，ACE的定義就是區(qū)域控制偏差，這是電網(wǎng)調(diào)度最關(guān)心的指標(biāo)，因?yàn)閲{(diào)考核省調(diào)就是考核ACE值。
ACE與兩個(gè)量有關(guān)系，一是與外網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線之間的交換功率偏差，二是電網(wǎng)頻率的偏差，這兩個(gè)量有一個(gè)系數(shù)的換算，所以說加權(quán)之后得到的ACE值就是從站在省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度的層面所關(guān)注的調(diào)節(jié)目標(biāo)。根據(jù)這個(gè)目標(biāo)，通過省調(diào)的AGC系統(tǒng)就可以計(jì)算出來目前每一臺(tái)發(fā)電機(jī)組要承擔(dān)多少調(diào)節(jié)量，這樣的話，通過機(jī)組進(jìn)行分擔(dān)，最簡單的分擔(dān)方式就是均分，這樣就形成了省調(diào)下給各發(fā)電機(jī)組的AGC指令，然后轉(zhuǎn)到機(jī)組的DCS控制去執(zhí)行這個(gè)指令。這是二次調(diào)頻的整個(gè)技術(shù)的流程。
到了最下面，也就是時(shí)間尺度最短的這個(gè)尺度，就是一次調(diào)頻，大家可以看到一次調(diào)頻從電網(wǎng)頻率的偏差，它是不經(jīng)過機(jī)組控制這個(gè)環(huán)節(jié)的，是直接疊加到調(diào)速器和汽輪機(jī)指令上的，所以說它是一個(gè)就地的快速反應(yīng)，目的就是為了要達(dá)到一次調(diào)頻動(dòng)作的快速性。所以說，從上自下，按時(shí)間尺度就是三次調(diào)頻、二次調(diào)頻和一次調(diào)頻。
火電機(jī)組參與一次調(diào)頻的原理，由于時(shí)間關(guān)系，就不展開說了。大家重點(diǎn)關(guān)注的火電機(jī)組一次調(diào)頻的過程，是根據(jù)頻率下垂特性生成的。它的技術(shù)原理是根據(jù)電網(wǎng)的偏差直接生成指令，而不是由調(diào)度下發(fā)的指令，本質(zhì)上來說就是場站端一個(gè)自發(fā)的行為，所以說它是一個(gè)有差的調(diào)節(jié)。
一次調(diào)頻整個(gè)的動(dòng)作環(huán)節(jié)基本上分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段，發(fā)電組轉(zhuǎn)速或者說電網(wǎng)頻率在控制的死區(qū)之內(nèi)，一次調(diào)頻是不動(dòng)作的，第二個(gè)階段，超出死區(qū)動(dòng)作，這時(shí)候汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就會(huì)通過調(diào)節(jié)高壓調(diào)節(jié)閥開度，來實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻動(dòng)作的要求。
（圖示）右側(cè)這個(gè)就是國家標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)于發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的一個(gè)典型的控制方案，其實(shí)大家可以看到，一次調(diào)頻的控制邏輯本質(zhì)上來說還是比較簡單的，但是一次調(diào)頻想要達(dá)到較良好的性能，其實(shí)也是很難的。
（圖示）正因?yàn)橐淮握{(diào)頻是一個(gè)有差調(diào)頻，所以為了讓系統(tǒng)頻率能夠恢復(fù)到額定50赫茲，還需要進(jìn)行二次調(diào)頻，也就是AGC。AGC的時(shí)間尺度在分鐘級(jí)，右側(cè)就是它整個(gè)的控制流程。剛才我們已經(jīng)介紹了，AGC指令在省調(diào)那邊是怎么形成的，這個(gè)指令發(fā)到發(fā)電機(jī)組上就是按照右側(cè)的技術(shù)架構(gòu)再往下傳導(dǎo)或者是實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)控制的目的。最上面的ADS，就是調(diào)控中心下發(fā)的AGC指令，這個(gè)指令到了機(jī)組的控制中心之后，就會(huì)下發(fā)到鍋爐和氣機(jī)的主控制器上。大家知道，火電發(fā)電機(jī)組主要是三大主機(jī)：發(fā)電機(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)。其中，主控制器的目的就是分別去協(xié)調(diào)鍋爐以及子系統(tǒng)的整個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)也要協(xié)調(diào)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來共同實(shí)現(xiàn)兩方面的目標(biāo)：第一，發(fā)電機(jī)的出力要能跟得上電網(wǎng)調(diào)度下的指令，第二，要保證機(jī)組的安全，也就是機(jī)組主蒸汽壓力要在合理的偏差范圍之內(nèi)。
因此，對(duì)比一下剛才我們說的，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻相比，它的主要特征，首先從指令來源上，一次調(diào)頻是直接場站端根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差而產(chǎn)生的，沒有經(jīng)過調(diào)度的指令生成。因?yàn)槭≌{(diào)的指令生成一般是要經(jīng)過8-12秒的計(jì)算時(shí)間，但是一次調(diào)頻是要求瞬時(shí)就要立刻有響應(yīng)的，所以是來不及接受這個(gè)指令的。它的影響因素，因?yàn)槭窃谝环昼娭畠?nèi)進(jìn)行響應(yīng)，主要的影響因素就是機(jī)組鍋爐的蓄熱，動(dòng)作的時(shí)間尺度，就是在秒級(jí)這樣的時(shí)間尺度。二次調(diào)頻，主要是由AGC指令下發(fā)，或者是由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定，根據(jù)它的影響因素就和整個(gè)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制的品質(zhì)以及燃料系統(tǒng)的供應(yīng)響應(yīng)特性密切相關(guān)，它的時(shí)間尺度一般是分鐘級(jí)的尺度。
我們既然要談到儲(chǔ)能輔助調(diào)頻，就必須要關(guān)注一次調(diào)頻和AGC的性能指標(biāo)。對(duì)于一次調(diào)頻的性能指標(biāo)，目前我們主要是參考兩個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)，一是《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)導(dǎo)則》，二是《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗(yàn)導(dǎo)則》。在這里面的主要要求，就是要求參與一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間，也就是說有動(dòng)作的時(shí)間，要在2秒之內(nèi)完成，在15秒內(nèi)要達(dá)到75%的動(dòng)作量，在30秒之內(nèi)要達(dá)到90%的動(dòng)作量，基本上參與一次調(diào)頻受到考核或者獎(jiǎng)勵(lì)，都是依據(jù)于這個(gè)指標(biāo)來完成的。
對(duì)于二次調(diào)頻，AGC的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，就稍微復(fù)雜一點(diǎn)，剛才我們也介紹了，AGC是由電網(wǎng)的ACE數(shù)值計(jì)算出來的，所以說在電網(wǎng)頻率發(fā)生周期性往返波動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的ACE經(jīng)常會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階式的頻繁變化。大家可以看紅色的就是這個(gè)指令，每個(gè)臺(tái)階就是一個(gè)調(diào)節(jié)過程，整個(gè)算AGC的輔助服務(wù)市場的補(bǔ)償收益的時(shí)候，一方面是要看你的調(diào)節(jié)性能指標(biāo)是怎么樣的，另一方面，這個(gè)調(diào)節(jié)深度也就是說每一個(gè)臺(tái)階的大小，每天累積下來就是調(diào)節(jié)里程，調(diào)節(jié)里程也是很重要的指標(biāo)。
評(píng)價(jià)AGC性能的指標(biāo)主要有四個(gè)，一是調(diào)節(jié)速率的指標(biāo)，也就是經(jīng)常說的K1，也就是說它能調(diào)多快。二是調(diào)節(jié)精度的指標(biāo)，就是省調(diào)下發(fā)了指令之后你跟蹤的偏差是越小越好。三是響應(yīng)時(shí)間的快慢，就是當(dāng)一個(gè)臺(tái)階式的指令來了之后，你響應(yīng)的時(shí)間越快越好，所以K1、K2、K3就完整地刻畫出了機(jī)組在響應(yīng)AGC指令的一個(gè)動(dòng)作特性。最后的KP指標(biāo)，簡單來說就是把它們?nèi)齻€(gè)取平均數(shù)給乘起來，這樣在兩個(gè)細(xì)則里考核和補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，就是用的全天KP的平均值來算的。
目前來看，基本上全國范圍內(nèi)，這一套的計(jì)算理念都是差不多的，但是各省之間K1、K2、K3之間的具體計(jì)算模式差別還是挺大的。像山東，K1現(xiàn)在有一個(gè)限幅，就是限1.2，這也是為了避免發(fā)電機(jī)組為了在調(diào)頻市場上進(jìn)行惡性的競爭導(dǎo)致機(jī)組的磨損現(xiàn)象比較嚴(yán)重。
因此，在火電機(jī)組調(diào)頻方面，一次調(diào)頻、二次調(diào)頻，理論上來說，它其實(shí)都有天花板存在，為什么？像一次調(diào)頻，本質(zhì)上來說是和你的機(jī)組蓄熱有很大關(guān)系的，二次調(diào)頻也是面臨著機(jī)組在運(yùn)行過程中，導(dǎo)致爬坡速率慢的情況，所以儲(chǔ)能和火電聯(lián)合調(diào)頻就形成了一個(gè)完美的配合。
要聯(lián)合調(diào)頻，首先要有政策上的支持。目前，在這塊還是主要依據(jù)于能監(jiān)辦發(fā)布的兩個(gè)細(xì)則，一方面，是為了要減輕一次調(diào)頻上的不合格導(dǎo)致的考核電量，另一方面，要在輔助市場上去拿AGC的輔助補(bǔ)償收益。從調(diào)度的視角來看，本質(zhì)上來說，看到的是火電和儲(chǔ)能疊加之后的有功出力，所以說，火電機(jī)組調(diào)節(jié)的DCS系統(tǒng)，和儲(chǔ)能設(shè)施的控制系統(tǒng)，兩者在出力匯集的關(guān)口進(jìn)行一些策略上的集成。
例如，我們剛才談到的火電的特點(diǎn)就是調(diào)節(jié)容量很大，但是它可能動(dòng)作比較遲緩，儲(chǔ)能恰好相反，動(dòng)作很快，調(diào)節(jié)精度很高，但是受到容量的限制，所以說兩者可以做一個(gè)分頻的技術(shù)。也就是說，將調(diào)節(jié)分量比較大的，讓火電機(jī)組來承擔(dān)，承接分量小的，但是比較快的這種信號(hào)，讓儲(chǔ)能來承擔(dān)。本質(zhì)上來說，整個(gè)聯(lián)合調(diào)頻控制的關(guān)鍵點(diǎn)，從我們開展這么多臺(tái)機(jī)組的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來看，本質(zhì)上還是儲(chǔ)能設(shè)施的互補(bǔ)策略一定要與本臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行特性要進(jìn)行適應(yīng)，不是說每一個(gè)調(diào)頻策略放在每一個(gè)機(jī)組上都通用。比如說，右側(cè)的陰影面積，就是火電機(jī)組可能是在剛開始的階段，存在不足的時(shí)候，這時(shí)候就要用儲(chǔ)能去補(bǔ)，最終能夠?qū)崿F(xiàn)這兩條曲線的互補(bǔ)。也就是說，我們看到藍(lán)色的是火電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性，這時(shí)候我們就把儲(chǔ)能的動(dòng)作特性疊加到火電機(jī)組原有的特性上，最終能夠讓兩者綜合出力，達(dá)到一個(gè)比較理想的滿足兩個(gè)細(xì)則考核要求的曲線。
另外還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，在整個(gè)的調(diào)頻策略里，SOC的恢復(fù)非常關(guān)鍵。短時(shí)間像一次調(diào)頻以及AGC的控制，前期基本上都要靠儲(chǔ)能去頂，靠火電補(bǔ)充自己的燃燒率，再慢慢地把出力帶上去，這時(shí)候就面臨一個(gè)儲(chǔ)能什么時(shí)候恢復(fù)的問題。所以說，這也是我們可以結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行的這種特點(diǎn)，比如說設(shè)置儲(chǔ)能SOC的動(dòng)作閾值，以及恢復(fù)的切換邏輯，來實(shí)現(xiàn)恢復(fù)的策略。
最后，簡短交流一下，在山東電網(wǎng)的推廣以及應(yīng)用情況。
目前，根據(jù)現(xiàn)在儲(chǔ)能發(fā)展的實(shí)施方案和指導(dǎo)意見，火電和儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻這種運(yùn)營模式，基本上還是能夠覆蓋運(yùn)營成本或者是比較好的商業(yè)模式，所以說近年來也是得到了快速的發(fā)展。尤其是山東兩個(gè)細(xì)則在2023年完成了新一輪的修訂，對(duì)于這種模式，現(xiàn)在也是得到了大力的支持。
目前，山東省能源局公布的第一批調(diào)頻的試點(diǎn)，如萊城和臨清電廠，都是電化學(xué)儲(chǔ)能輔助AGC的項(xiàng)目。華能萊蕪電廠即將投運(yùn)飛輪儲(chǔ)能，是為了解決一次調(diào)頻考核電量的問題。另外還有一個(gè)正在建設(shè)和推進(jìn)的試點(diǎn)，是華能德州電廠，它是熔鹽儲(chǔ)能的一個(gè)二次調(diào)頻項(xiàng)目。
從我們的推廣前景來看，目前運(yùn)營模式還是以減少一次調(diào)頻考核電量，以及增加AGC有償調(diào)頻輔助服務(wù)收益，為目前的主要盈利模式和主要手段。但是隨著新一輪的電力市場運(yùn)營規(guī)則的修訂，如慣量市場以及一次調(diào)頻，以后也有可能不僅僅是考核了，可能也參與有償服務(wù)，同時(shí)還有爬坡市場，這也是馬上提上日程了。隨著這一類新品種的不斷豐富，也就是說在這種模式下，也是有望能夠進(jìn)一步拓寬盈利的渠道。
以上是我的匯報(bào)，謝謝各位！
