一、研究背景

為減少碳足跡和保障能源安全，世界各國(guó)著手制定后化石能源時(shí)代能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，快速發(fā)展的電力系統(tǒng)中可再生能源比例逐步提高，電網(wǎng)調(diào)頻資源相對(duì)減少。尋求新型調(diào)頻手段輔佐傳統(tǒng)機(jī)組提升電網(wǎng)整體調(diào)頻能力成為研究熱點(diǎn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)、精確跟蹤與優(yōu)異功率-頻率特性，備受業(yè)界關(guān)注。調(diào)頻輔助服務(wù)是規(guī)?；瘍?chǔ)能示范項(xiàng)目開(kāi)展最多的應(yīng)用領(lǐng)域之一，全球有近20個(gè)國(guó)家在建或投運(yùn)了共164項(xiàng)MW級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻應(yīng)用項(xiàng)目，涉及發(fā)電端、輸配環(huán)節(jié)和需求側(cè)。隨著規(guī)?；瘍?chǔ)能調(diào)頻示范工程廣泛開(kāi)展，各國(guó)調(diào)頻市場(chǎng)需求特點(diǎn)、儲(chǔ)能選型、儲(chǔ)能調(diào)頻的市場(chǎng)介入形式等，成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。

二、國(guó)內(nèi)外兆瓦級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻應(yīng)用

2.1、國(guó)內(nèi)外兆瓦級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻工程基本概況

圖1MW級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目數(shù)及容量在各地區(qū)分布情況

美國(guó)MW級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目數(shù)和裝機(jī)容量均以顯著優(yōu)勢(shì)領(lǐng)跑，意大利、德國(guó)、英國(guó)近幾年有較快發(fā)展趨勢(shì)，韓國(guó)和日本相關(guān)項(xiàng)目于2015～2016年受到重視，中國(guó)則每年以平穩(wěn)速度推進(jìn)示范應(yīng)用。

圖2MW級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻工程具體類(lèi)型結(jié)構(gòu)圖

鋰系電池為MW級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻應(yīng)用主流類(lèi)型，其中鈦酸鋰電池高倍率特性和較好的循環(huán)壽命，應(yīng)用前景廣闊。鈉硫、鉛酸電池在2014年之前具有前期優(yōu)勢(shì)，之后鉛炭電池涉入。儲(chǔ)能技術(shù)類(lèi)型呈多元趨勢(shì)，未來(lái)重力儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等將應(yīng)用于調(diào)頻領(lǐng)域。

2.2、儲(chǔ)能調(diào)頻選型因素

儲(chǔ)能系統(tǒng)提供頻率調(diào)節(jié)服務(wù)時(shí)，例如AGC調(diào)頻，充放頻繁且幅值大，屬于功率型應(yīng)用，對(duì)充放電倍率性能及短時(shí)功率吞吐能力要求較高，因此電池類(lèi)儲(chǔ)能需具備高倍率特性和較好的循環(huán)壽命。此外，還需考慮儲(chǔ)能安全性、功率密度、成本、轉(zhuǎn)換效率等特點(diǎn)。

三、國(guó)內(nèi)外兆瓦級(jí)儲(chǔ)能調(diào)頻運(yùn)行模式

3.1、運(yùn)行模式分類(lèi)

儲(chǔ)能調(diào)頻滲入發(fā)電端、輸配環(huán)節(jié)、需求側(cè)，根據(jù)運(yùn)營(yíng)商需求協(xié)同配套電源或獨(dú)立并網(wǎng)提供調(diào)頻輔助服務(wù)，按運(yùn)行模式分為：

1）輔助傳統(tǒng)電源調(diào)頻。儲(chǔ)能系統(tǒng)裝設(shè)在發(fā)電廠以輔助單臺(tái)或多臺(tái)火電機(jī)組參與AGC調(diào)頻，在調(diào)節(jié)延時(shí)、超調(diào)、反調(diào)等情況下執(zhí)行不同充放策略改善目標(biāo)機(jī)組AGC性能。

2）依托大規(guī)模新能源參與調(diào)頻。大規(guī)模風(fēng)光并網(wǎng)輔設(shè)儲(chǔ)能進(jìn)行波動(dòng)平抑實(shí)現(xiàn)高比例消納，儲(chǔ)能系統(tǒng)通?？啥喙δ芮袚Q，包括響應(yīng)調(diào)度指令跟蹤參與調(diào)頻。

3）輸配環(huán)節(jié)獨(dú)立并網(wǎng)調(diào)頻。儲(chǔ)能作為獨(dú)立主體不依托于其他能源，從輸配環(huán)節(jié)特別是配電網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立并網(wǎng)調(diào)頻，在調(diào)節(jié)區(qū)域控制偏差時(shí)減少供受區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線損耗并緩解擁塞。

4）需求側(cè)分布式儲(chǔ)能集群調(diào)頻。分布式儲(chǔ)能集群協(xié)調(diào)控制以用戶(hù)-調(diào)控中心之間交互信息流為基礎(chǔ)，聯(lián)接多個(gè)戶(hù)用儲(chǔ)能集成虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)參與頻率控制服務(wù)，通過(guò)家庭能量管理策略提高運(yùn)行效率及虛擬集容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)頻可用率。

3.2、調(diào)頻市場(chǎng)需求與運(yùn)行模式選擇

儲(chǔ)能作為主體參與商業(yè)調(diào)頻在美國(guó)因其市場(chǎng)環(huán)境發(fā)展而趨于完善且運(yùn)行模式全面，德國(guó)、英國(guó)則因其強(qiáng)制性平衡機(jī)制助力儲(chǔ)能調(diào)頻在發(fā)電端與傳統(tǒng)機(jī)組相結(jié)合。其他歐洲國(guó)家受能源結(jié)構(gòu)變革驅(qū)動(dòng)，為在穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行前提下消納高比例新能源而引導(dǎo)儲(chǔ)能參與調(diào)頻。國(guó)內(nèi)則開(kāi)展除需求側(cè)外的三種運(yùn)行模式下儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目，處于示范性或初級(jí)商業(yè)階段。儲(chǔ)能調(diào)頻不同運(yùn)行模式的技術(shù)要求、市場(chǎng)或政策環(huán)境、典型項(xiàng)目如表1所示。

表1儲(chǔ)能調(diào)頻運(yùn)行模式特點(diǎn)

四、儲(chǔ)能調(diào)頻市場(chǎng)規(guī)則現(xiàn)狀

美國(guó)實(shí)時(shí)AGC競(jìng)價(jià)市場(chǎng)從準(zhǔn)入到定價(jià)及結(jié)算均引入性能指標(biāo)，對(duì)不同調(diào)頻源的適用性較廣。德國(guó)調(diào)頻市場(chǎng)的投標(biāo)競(jìng)價(jià)未限制電源種類(lèi)，準(zhǔn)入條件對(duì)容量受限型儲(chǔ)能有所制約，同時(shí)補(bǔ)償機(jī)制中效果指標(biāo)的缺位容易造成儲(chǔ)能與傳統(tǒng)源的收益分配與實(shí)際貢獻(xiàn)不對(duì)等。英國(guó)儲(chǔ)能調(diào)頻則處于前期驗(yàn)證階段，尚未配套市場(chǎng)規(guī)則。國(guó)內(nèi)則已明確儲(chǔ)能在發(fā)電與需求兩側(cè)的調(diào)頻市場(chǎng)主體地位及價(jià)格機(jī)制的初步規(guī)則，但缺少適用于儲(chǔ)能的服務(wù)計(jì)量方法，調(diào)度機(jī)構(gòu)則缺乏電儲(chǔ)能裝置作為獨(dú)立可控設(shè)備參與AGC調(diào)頻的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)。表2為儲(chǔ)能調(diào)頻相關(guān)市場(chǎng)規(guī)則比較。

表2儲(chǔ)能調(diào)頻相關(guān)市場(chǎng)規(guī)則比較

五、分析與啟示

5.1、分析

1）儲(chǔ)能于未來(lái)電網(wǎng)調(diào)頻技術(shù)的補(bǔ)充與支撐意義促使全球各國(guó)相繼擴(kuò)大項(xiàng)目投入和容量建設(shè)。調(diào)頻儲(chǔ)能選型需要平衡具體服務(wù)技術(shù)需求與投資主體經(jīng)濟(jì)制約，因此服務(wù)商對(duì)調(diào)頻用儲(chǔ)能呈多元選擇，以成熟度高的鋰離子電池為主流技術(shù)。

2）發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能聯(lián)合火電調(diào)頻適用于激勵(lì)和強(qiáng)制型制度，不受初期儲(chǔ)能服務(wù)計(jì)量辦法空白的影響。需求側(cè)分布式儲(chǔ)能集成調(diào)頻需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及協(xié)調(diào)管理的集控中心承轉(zhuǎn)支撐，涉及自消納/外響應(yīng)合理分配與用戶(hù)信息安全，配套建設(shè)和調(diào)控監(jiān)管難度稍大。

3）儲(chǔ)能調(diào)頻商業(yè)化受市場(chǎng)開(kāi)放程度、補(bǔ)貼與激勵(lì)及計(jì)量定價(jià)方式等影響。電儲(chǔ)能容量有限，僅靠服務(wù)容量或電量?jī)r(jià)格補(bǔ)償力度較小且難以反映實(shí)際調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)，服務(wù)計(jì)量方法也需對(duì)應(yīng)不同電源的調(diào)節(jié)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)特性增強(qiáng)適用性。

5.2、啟示

1）政策制定者：制定發(fā)電側(cè)與需求側(cè)調(diào)頻用儲(chǔ)能的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，給予服務(wù)商技術(shù)路線自主選擇權(quán)；設(shè)計(jì)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)或方法時(shí)，可引入基于各調(diào)頻源執(zhí)行指令的有效性度量如實(shí)際里程；設(shè)計(jì)服務(wù)計(jì)量方法時(shí)，可兼顧不同電源的調(diào)節(jié)性能與成本差異，在參調(diào)容量/電量與實(shí)際效果指標(biāo)之間加權(quán)制衡；統(tǒng)籌發(fā)電側(cè)、需求側(cè)和未來(lái)可能的輸配電側(cè)并網(wǎng)電儲(chǔ)能，為暫未推行的運(yùn)行模式留取政策空間裕度。

2）市場(chǎng)參與者：儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商需綜合應(yīng)用場(chǎng)景的頻率調(diào)節(jié)需求及投資預(yù)期選擇儲(chǔ)能類(lèi)型，在計(jì)量與獲益方式暫未明確的市場(chǎng)環(huán)境下可考慮儲(chǔ)能-火電聯(lián)合調(diào)頻運(yùn)行模式，依據(jù)現(xiàn)有補(bǔ)償/考核機(jī)制與發(fā)電商實(shí)現(xiàn)互利共贏；電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在規(guī)程允許前提下為儲(chǔ)能供應(yīng)商開(kāi)放試驗(yàn)接入端口并提供協(xié)助，對(duì)用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能調(diào)頻模式下電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)、線路敷設(shè)及節(jié)點(diǎn)計(jì)量等開(kāi)展試驗(yàn)。

3）調(diào)度機(jī)構(gòu)：可考慮綜合服務(wù)質(zhì)量、區(qū)域頻率調(diào)節(jié)需求等對(duì)不同種類(lèi)和不同側(cè)電源調(diào)度次序和分配策略進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)儲(chǔ)能獨(dú)立個(gè)體調(diào)度時(shí)機(jī)和區(qū)域調(diào)節(jié)功率分配可能性進(jìn)行前期探索；需求側(cè)分布式光伏-儲(chǔ)能模式調(diào)度可引入用戶(hù)自發(fā)電/自用電預(yù)測(cè)技術(shù)及超前控制對(duì)分布式儲(chǔ)能荷電狀態(tài)協(xié)調(diào)管理；對(duì)于暫未開(kāi)放的輸配電側(cè)，依托前期試點(diǎn)項(xiàng)目研究?jī)?chǔ)能就地平衡供需特性和對(duì)局部電網(wǎng)的穩(wěn)定性影響。

文章作者：孫冰瑩，楊水麗，劉宗歧，李婷婷