中國儲能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院大數(shù)據(jù)平臺研究室主任高峰在“能源互聯(lián)網(wǎng)與多能互補(bǔ)專場”，發(fā)表了題為“儲能系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻技術(shù)研究與前景分析”的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
高峰：大家下午好！
我今天報告的題目是“儲能系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻技術(shù)研究與前景展望”。
去年我在蘇州的儲能會議上做了類似的報告，當(dāng)時我提了一點(diǎn)，一個成熟有效率的電力現(xiàn)貨市場是最大化儲能價值的助推器。這張PPT顯示的是典型現(xiàn)貨電力市場的架構(gòu)，是以美國德克薩斯州電力市場為例，這里面有代表廠商的QSE、有代表用戶的REP、有市場的運(yùn)行上ERCOT，還有獨(dú)立的市場監(jiān)測者。在現(xiàn)貨電力市場條件下，對比傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組，儲能的優(yōu)勢：1、儲能的響應(yīng)速度快，可以達(dá)到秒級甚至毫秒級的響應(yīng)速度，比發(fā)電機(jī)組快。2、儲能精確控制出力，運(yùn)行過程中，不會直接產(chǎn)生污染物。3、運(yùn)行成本相對比較低，因為機(jī)組會涉及到啟動，啟停成本之類的。4、可用率，時間比較高。
在現(xiàn)貨市場條件下儲能潛在的商業(yè)模式，其他老師也有提到。1、提供調(diào)峰服務(wù)，包括負(fù)荷跟蹤與備用服務(wù)。2、提供用戶側(cè)的峰谷差套利。3、提供調(diào)頻服務(wù)。這好像是它運(yùn)作類似于自動發(fā)電控制、AGC裝置，解決快速負(fù)荷波動和難以預(yù)測的較小程度發(fā)電變化問題。調(diào)頻服務(wù)是解決系統(tǒng)調(diào)頻需求和調(diào)頻設(shè)備實(shí)施匹配能力，這也是一個優(yōu)化的問題。把它多類型的潛力轉(zhuǎn)化成價值。
國外的案例，儲能調(diào)頻在PJM電力市場的應(yīng)用，PJM是世界上最復(fù)雜也是最成熟的電力市場之一。PJM啟動了很多儲能項目，截止到2016年8月，PJM區(qū)域投運(yùn)的電網(wǎng)級儲能項目占全美比例達(dá)46%。電池儲能AES部署了32MW儲能系統(tǒng)，并與一個98MW風(fēng)電場聯(lián)合運(yùn)行，促進(jìn)風(fēng)電友好入網(wǎng)。為了高效利用有限的快速儲能資源，它把調(diào)頻分為快響應(yīng)和慢響應(yīng)兩種，快響應(yīng)調(diào)頻響應(yīng)的機(jī)制中，在某個統(tǒng)計時間段，需要調(diào)頻資源累計吸收電量等于釋放電量，這種設(shè)計有利于提高有限的儲能資源能力。
加州能源監(jiān)管委員會CPUC意識到發(fā)展儲能技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)低碳智能電網(wǎng)的重要性，設(shè)立了1.325GW的長期電池儲能發(fā)展目標(biāo)。它有以下幾個例子（見PPT）。歐洲，歐洲有很多儲能調(diào)頻項目，2018年5月16日，大概4天前，GTM research報道過，比利時一座舊煤礦處，英國一家公司啟動容量為32MW虛擬電廠項目，關(guān)鍵組件利用了特斯拉的Powerpack電池儲能系統(tǒng)。左邊的圖是它的照片，利用的是特斯拉的儲能電池。它向比利時的電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，利用140Power packs儲能電池，響應(yīng)時間比火電廠快100倍。右邊的圖是特斯拉那邊下載的，它的家用電池儲能頻率響應(yīng)的規(guī)律，Powerwall。
國內(nèi)，從兩點(diǎn)介紹儲能調(diào)頻的必要性：從可靠性的角度來說，為了維持系統(tǒng)的可靠性，我們需要實(shí)時平衡電力的供給和需求。電網(wǎng)運(yùn)營商必須依賴調(diào)頻資源調(diào)節(jié)微小電力供需錯配，以平抑短期波動。經(jīng)濟(jì)性，有動機(jī)去做這種調(diào)頻的事情，因為達(dá)不到要求會處罰。在我國仍然存在大量的小容量機(jī)組，他們的蓄熱能力比較差，鍋爐燃燒延遲大，機(jī)組響應(yīng)慢，調(diào)解精度比較低，所以它需要有先進(jìn)的輔助調(diào)頻技術(shù)。儲能系統(tǒng)能夠精確控制充放電功率，隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，各種先進(jìn)的儲能系統(tǒng)已經(jīng)成規(guī)模在電力系統(tǒng)調(diào)頻業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。
儲能調(diào)頻的優(yōu)勢，儲能設(shè)備響應(yīng)速度快，能夠從空間和時間上有效隔離電能的生產(chǎn)和使用，有利于提高機(jī)組設(shè)備的使用效率，減少損耗。傳統(tǒng)的調(diào)頻手段，一般用自動發(fā)電控制，AGC的手段。跟蹤區(qū)域控制偏差的指標(biāo)，實(shí)時調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的調(diào)頻電源，促進(jìn)它有功不斷變化，從而平衡發(fā)電機(jī)負(fù)荷，消除實(shí)際特征功率不平衡的問題。而儲能系統(tǒng)快速完成儲能系統(tǒng)的輸出，綜合響應(yīng)能力滿足電力系統(tǒng)調(diào)頻的需求，并且性能會優(yōu)于火電機(jī)組。但是這里并不是說儲能調(diào)頻將替代AGC調(diào)頻，他們實(shí)際上是一種相輔相成的關(guān)系，互相補(bǔ)充。對于這種波動率比較快、幅度小、持續(xù)時間短的調(diào)頻需求，最好用電池儲能太承擔(dān)，相反波動率慢、幅度大、持續(xù)時間長的服務(wù)，還是需要傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)承擔(dān)。
儲能技術(shù)的總結(jié)，適合電網(wǎng)調(diào)頻的特征，系統(tǒng)現(xiàn)在可以做到比較大的級別，MW、幾十MW，將來可以做到更大。響應(yīng)速度快，精確控制，使用壽命長，循環(huán)壽命達(dá)到百萬次以上。我們再回顧傳統(tǒng)的火電廠目前的AGC調(diào)頻的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)頻是依賴于燃?xì)鈾C(jī)組、水電機(jī)組、燃煤機(jī)組，氣輪機(jī)和水輪機(jī)都有一定的旋轉(zhuǎn)慣性，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能過程中要經(jīng)歷很多復(fù)雜的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致它的調(diào)節(jié)經(jīng)常有延遲和滯后，精度比較低。尤其火電廠采取的是氣輪機(jī)數(shù)字電液控制、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)共同完成一次調(diào)頻。DEH是一個執(zhí)行側(cè)，所以為了保證調(diào)節(jié)的快速性將頻率差別或者轉(zhuǎn)倉轉(zhuǎn)化為一種綜合閥位的增量來調(diào)節(jié)。DEH是對一次調(diào)頻性能起決定性作用。調(diào)門都有10%左右的預(yù)啟量，如果閥位指令在不同的調(diào)門切換處，調(diào)頻增量，首先增量要用于開啟和預(yù)啟，調(diào)頻效果達(dá)不到理想要求，誤差比較大。這就是AGC的問題。
左邊的圖顯示了AGC調(diào)頻的過程，AGC指令目標(biāo)值為P2，開始漲負(fù)荷，T1時間機(jī)組越過調(diào)解死區(qū)。T2時間運(yùn)行人員開始磨煤機(jī)，T3時間磨煤機(jī)完全開啟，繼續(xù)漲負(fù)荷。T4時間機(jī)組達(dá)到調(diào)節(jié)死區(qū)范圍，升負(fù)荷過程完，在P2附近小幅波動，平穩(wěn)運(yùn)行。右邊的圖是AGC總體的架構(gòu)，那我們從短期的機(jī)組組合、模塊和中期發(fā)電計劃模塊和長期交易模塊得到信息，通過一個計算跟蹤模塊轉(zhuǎn)化成機(jī)組的設(shè)定值，基點(diǎn)，同時從電網(wǎng)中實(shí)時采取它的信號，通過區(qū)域調(diào)節(jié)控制模塊轉(zhuǎn)化成它的設(shè)定的增量，兩者結(jié)合起來作為最終的發(fā)電基點(diǎn)，然后傳給調(diào)頻器和啟動機(jī)。
這是AGC考核補(bǔ)償指標(biāo)，這其實(shí)是非常重要的，談?wù){(diào)頻，談一個好的政策，其實(shí)我們要了解它到底考核什么，這是非常重要的。從兩方面考核，一是可用率，指的是AGC功能是否處于可用狀態(tài)，具體的方法是計算AGC實(shí)際可投入時間除以月度有效時間。二是調(diào)節(jié)性能，調(diào)節(jié)性能主要與三個因素有關(guān)，一是調(diào)節(jié)速率，二是調(diào)節(jié)精度，三是響應(yīng)時間。調(diào)節(jié)速率分為上升和下降速率，指機(jī)組響應(yīng)目標(biāo)變化速率，有具體規(guī)定，水電機(jī)組的調(diào)節(jié)速率是比較快，有10%的額定容量，燃?xì)鈾C(jī)組達(dá)到4%，火電機(jī)組是比較低，1%、2%。調(diào)節(jié)精度是指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時候，AGC設(shè)定值與實(shí)際功率值的差別。響應(yīng)時間指的是機(jī)組接受到指令后，躍過調(diào)節(jié)時區(qū)的時間。前面左邊的圖也談到響應(yīng)時間的問題。這是具體的考核指標(biāo)。
怎么計算考核指標(biāo)？根據(jù)電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)，EMS實(shí)際的采集數(shù)據(jù)來分別計算機(jī)組月度的K1、K2、K3的指標(biāo)值。補(bǔ)償辦法也是非常重要的點(diǎn)，根據(jù)目標(biāo)的規(guī)定，AGC補(bǔ)償主要是根據(jù)機(jī)組調(diào)節(jié)性能和調(diào)節(jié)深度來計算，按照天來統(tǒng)計。火電機(jī)組補(bǔ)償辦法，對于BLR模式的機(jī)組，帶基點(diǎn)正常調(diào)節(jié)的子模式，這是AGC運(yùn)行的通常的模式。這種情況下補(bǔ)償費(fèi)用等于它的性能KP與調(diào)節(jié)深度的層級再乘以所謂的調(diào)節(jié)性能的標(biāo)準(zhǔn)，這是日調(diào)節(jié)的補(bǔ)償費(fèi)用，我們可以月調(diào)節(jié)的補(bǔ)償費(fèi)用是日調(diào)節(jié)補(bǔ)償費(fèi)用的總和。這是非常具體的，我覺得需要了解的比較細(xì)。
再看國內(nèi)的例子，石景山熱電廠3號機(jī)組做儲能的改造。這臺機(jī)組是220MW的燃煤機(jī)組，90年投產(chǎn)，2000年進(jìn)行機(jī)組控制系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)控制，之后具備了投入AGC的條件，采用日立公司的控制系統(tǒng)。但是投入AGC之后存在一些問題，它雖然可以做到常規(guī)的爐和機(jī)的協(xié)調(diào)控制，可以滿足華北電網(wǎng)自動發(fā)電控制的相關(guān)要求，但是鍋爐燃燒延遲比較大，機(jī)組響應(yīng)速度慢，它的負(fù)荷的調(diào)解速率和調(diào)節(jié)精度弱于大容量機(jī)組，考核中處于劣勢。第二個問題是它投入AGC之后，導(dǎo)致現(xiàn)場的設(shè)備頻繁動作，設(shè)備故障率增高。這樣又降低了鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。因此迫切需要用先進(jìn)的調(diào)頻技術(shù)滿足AGC調(diào)度的方式。
我們用什么原則做改造？當(dāng)利用儲能系統(tǒng)對電廠進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化，原則是對電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)控不進(jìn)行干預(yù)，把電廠的儲能系統(tǒng)的位置在生產(chǎn)系統(tǒng)的定位成附加的外掛系統(tǒng)，仍然要以電廠的安全生產(chǎn)為最高原則，這是可以理解的。這個電廠的儲能系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和功率裝置兩部分組成，它的原則是這個儲能系統(tǒng)與機(jī)組協(xié)調(diào)動作的時候，采用儲能系統(tǒng)主動跟蹤和補(bǔ)償機(jī)組的出力與AGC偏差的方式，而且不改變機(jī)組現(xiàn)有的運(yùn)行模式，也不改變機(jī)組的DCS控制邏輯。這樣可以最大化的發(fā)揮鋰電池儲能系統(tǒng)和火電機(jī)組兩者的各自優(yōu)勢，同時它又盡量小影響原來機(jī)組的控制方式，改造周期短。調(diào)頻改造工作方式與原理。這個儲能系統(tǒng)是由儲能控制系統(tǒng)和儲能裝置主控單元共同完成，儲能控制系統(tǒng)處于中心位置。儲能控制系統(tǒng)的控制器與功率裝置主控單元也是通過通信光纜與ModBus-TCP協(xié)議連接，儲能控制系統(tǒng)獲取3號機(jī)組的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理后生成控制指令，下發(fā)給儲能功率裝置主控單元執(zhí)行。這個算法是在EMS上新的應(yīng)用?？偼顿Y2260萬，其中的電池成本大概是1200萬，逆變器成本600萬，軟件是自己開發(fā)，實(shí)際上就開發(fā)了一個新的模塊在EMS平臺上。
效果，投入前的AGC性能的結(jié)果，當(dāng)時KP平均值是2.98左右，投入前和投入后KP的變化，大家可以看到投入后的平均值是黃色這塊明顯提高，投入前波動很大，平均值顯然低。通入前大概KP值平均2.9左右，投入之后可以達(dá)到3.56，進(jìn)一步優(yōu)化可以達(dá)到5，日補(bǔ)償可以達(dá)到4.3萬元左右。效果還是很明顯的，這是國內(nèi)的例子。
總結(jié)，這個講座是以北美輸電運(yùn)營商PJM&CAISO、歐洲和我國的案例，從技術(shù)的角度介紹儲能調(diào)頻方案和考核規(guī)則。儲能系統(tǒng)具快速響應(yīng)信號和精確出力的能力，優(yōu)于火電機(jī)組，是調(diào)頻服務(wù)的理想載體。技術(shù)進(jìn)步和成本下降，電池儲能技術(shù)的未來更加廣闊。政策和規(guī)則制定非常重要，儲能調(diào)頻服務(wù)取決于輔助服務(wù)市場的規(guī)則，只有合理的考核和補(bǔ)償機(jī)制才能發(fā)揮儲能調(diào)頻和輔助服務(wù)價值，我們現(xiàn)在在進(jìn)行的廣東、山東、山西的輔助服務(wù)市場改革，有利于儲能參與調(diào)頻服務(wù)，并獲取合理匯報。可再生能源比例更高，儲能會參與調(diào)頻會發(fā)揮更大的作用。儲能發(fā)展應(yīng)該是會成為未來提高電力系統(tǒng)效率，消納更多可再生能源的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過有效的產(chǎn)權(quán)模式和協(xié)議，儲能可以同時參與電網(wǎng)和用戶電網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)其多重價值的有效轉(zhuǎn)化。不僅是從某方面，實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)多重價值。多元化模式的創(chuàng)新才是未來儲能行業(yè)發(fā)展的主要動力。
我的演講到此結(jié)束，謝謝大家！
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
