储能辅助电厂AGC 调频前景分析

李 波，孟凡凡

（1.国家能源费县发电有限公司，山东 临沂 273400；2.中冶北方（大连）工程技术有限公司，辽宁 大连 116000）

0 引 言

随着可再生能源并网规模的不断增长，新能源电力固有的发电出力不确定性增加了新的电网波动，使得电网调频能力、电网调频容量不足和调频速率缓慢的问题更加凸显，因此迫切需求采用新的技术手段提升电网调频能力。

2016年12月底颁发《电力中长期交易基本规则(暂行)》[1]。不仅详细规定了电能量中长期交易规则，还对辅助服务市场化提出了指导性要求，是对“九号文”的进一步深化。按照规划，未来我国成熟的电力市场会有双边交易、中长期交易、日前和实时交易等多种交易方式，特别是在风、光、储等新能源迅速发展、大电网结构日趋复杂的背景下，完善优质的辅助服务是能量市场和电网安全可靠运行的基础。

1 储能辅助调频的优势

在电力系统运行中，解决区域电网内短时间、随机性有功不平衡问题，即电网频率及联络线功率控制主要通过自动发电控制（AGC）实现。它对调频电源性能提出了能量密度高、功率密度大等要求，同时需统筹考虑能量转换效率、使用寿命、环境特点以及成本等因素。

AGC 调频辅助市场的传统参与者为常规电源，主要包括煤电机组、燃气机组以及水电机组。这些电源系统将一次能源转换成电能将经历一系列复杂过程。由于机械质量的存在，轴系统旋转过程中存在不可避免的转动惯量。同时，由于机械精度和控制精度的原因，调频总体表现为调节延迟、偏差（超调和欠调）等。特别是煤电机组的AGC 调频，与电网期望还有较大差距。虽然火电厂通过提升运行灵活性，提升机组爬坡速度，缩短机组启停时间，增强燃料灵活性，实现热电解耦运行，提高参与AGC 辅助服务的补偿效果，但是传统机组中电能与一次能源之间的转换过程复杂，且频繁调节控制使得发电机组运行波动，造成机组机械部件疲劳和磨损，不利于机组的使用寿命和可用率。

煤电AGC 机组成本较高、性能差。煤电机组正常AGC 运行中，由于调频指令的频繁反复变化（一般15 min 一个调频周期），机组的各控制量也大幅来回波动，如燃料、给水、送风等。此时，虽然被控参数中的主汽压力等较为稳定，但为了被控参数的稳定，过热器管材和锅炉水冷壁的热应力需反复调节变化。长时间的应力频繁变化易导致氧化皮脱落，进而增加锅炉爆管的概率。为了进行响应调频，机组无法一直维持最优发电曲线，导致其经济性下降。

储能系统通过电力电子装置，控制环节较为简单地利用储能系统辅助煤电机组优化调节性能。最新发展起来的储能技术采用电力电子技术进行控制，响应速度快，控制精度高，功率外特性好[2]，是优质的调频资源。尤其在电力市场环境下，储能辅助调频既能提高市场环境下电厂调频辅助的服务能力和经济收益，也能为电网提供优质的调频资源，提高电网的调频安全。

对于一个10 MW 的调频指令，储能技术可在2 s内完成。比如，一个5 MW 的储能系统，从-5～+5 MW只需要2 s。图2 是一个储能系统跟随AGC 指令的结果储能输出曲线与AGC 指令曲线非常靠近，调频效果远好于常规电源机组[3]。

图1 煤电机组跟踪电网AGC 指令的响应过程

图2 储能系统跟随AGC 指令响应曲线

2 电厂企业提升调频能力的必要性

2.1 挖掘新的盈利点，增加企业收入

目前，我国电力建设总体超前，现有电源总装机容量远超过用电负荷需求，传统电源不再能够满发尽发，企业很难再通过多发多卖的模式增加收益。发电电源过剩的同时，优质的调峰调频电源却相对紧缺。因此，企业需要转变经营思路，通过提升自身调频能力，积极参与电力辅助服务，从而争取服务补偿资金，实现煤电企业自身以及整个电力市场运行的“双赢”。

2.2 提升自身调频竞争优势，增加企业收入

电力调频服务对发电企业是双向的，发电企业既要接受电网的频率考核缴纳频率考核和分摊费，又可以依靠自身机组调频能力参与调频市场竞争获取调频费用补偿。一些技术水平先进的电厂依靠机组自身调节能力基本满足调频市场对机组进入市场的性能要求，调频补偿费用可抵消频率考核和分摊费用同时还有盈余。同时，更多的老旧机组在调频市场中中标概率一般甚至难以中标，调频补偿收益相对较少，难以抵消频率考核和分摊费用。

2.3 提前参与调频辅助市场，抢占前期红利

调频辅助市场是个“先到发钱，都到没钱，不到罚款”的趋势。前期少量电厂增加储能辅助调频系统后，其调频竞争优势明显，高频率中标获得补贴；随着增加储能辅助调频系统的电厂数量增多，调频资源有限，中标概率降低；剩余未装设储能辅助调频系统的电厂机组，调频性能低，难以中标，无法获取调频补偿费用，但频率考核和分摊费用依然需要照常缴纳，经济效益变差。

2.4 辅助调频系统有利于电厂运行可靠性，增加设备使用寿命

辅助调频系统的投运，可减少汽机DEH 系统阀门调节的频次，降低其故障发生几率，还可以减少锅炉燃烧系统的扰动，平缓主汽压力温度的变化，稳定燃烧系统，降低脱硝反应器入口氮氧化物的突变，减少其调整频次和喷氮量，减少频繁调节控制引起的发电机组运行波动设备疲劳，使系统运行稳定，提高电厂运行可靠性和设备使用寿命。

3 结 论

随着电网的不断发展，电网辅助服务需求也在不断增加，多地已有储能项目提供辅助服务，尽快提高自身优势参与辅助服务市场抢占早期利润。火电厂联合储能调频系统不仅可提高火电厂安全运行水平、降低设备损耗，而且可以满足电网AGC 辅助服务需要。适当选用项目管理方式建设电厂辅助调频系统，电厂可不需承担辅助调频项目投资成本的同时增加收益，实现多赢。