中國儲能網(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，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構(gòu)共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月24日下午，國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院學術(shù)帶頭人高嵩受邀在新型電力系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)整體解決方案專場分享了主題報告，報告題目為《儲能與火電聯(lián)合參與電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)》。以下是報告主要內(nèi)容：
高嵩：各位專家，大家下午好！很榮幸今天有這樣的機會，和大家一起交流一下儲能與火電聯(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研究院的高嵩，目前擔任源網(wǎng)荷儲國網(wǎng)公司實驗室學術(shù)帶頭人，我們這個團隊一直在做電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)以及源網(wǎng)荷儲互動方面的一些研究。
時間關(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)在是實現(xiàn)雙碳目標的重要舉措，所以說近年來新能源得到了一個快速的發(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)面臨一個巨大的挑戰(zhàn)，其中一個重要的特點，就是導致現(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)頻率對整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要的意義，也是一個核心參數(shù)，但是隨著新能源快速發(fā)展，新能源具有高裝機、低電量、弱保障以及隨機性的特征。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，但是功率波動與火電可調(diào)出力相當。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)火電必然開機受到極大的擠壓，因此導致電力系統(tǒng)的頻率波動的概率是在不斷加大。
從電力系統(tǒng)的調(diào)頻過程來看，我們可以從時間尺度上進行劃分，也就引入我們今天要探討的火電輔助調(diào)頻的相應技術(shù)焦點。我們可以看一下，右上角是一次調(diào)頻的過程，基本上時間尺度是從幾秒鐘到幾十秒鐘，我們對于一次調(diào)頻的標準要求，要求它在一分鐘之內(nèi)能夠為電網(wǎng)的功率提供相應的支撐。
因此，在這個時間尺度上，它是一個有差的調(diào)節(jié)，它的作用就是可以應對電網(wǎng)短時的負荷波動或者說像直流閉鎖這樣的短時瞬間的功率缺額情況，通過自動調(diào)整發(fā)電機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，它的時間尺度就放寬到了幾分鐘到小時級別，從它的調(diào)節(jié)方式來說，AGC本質(zhì)上來說是一個無差調(diào)節(jié)，可以應對電網(wǎng)長時間的負荷波動，基本上它的運轉(zhuǎn)模式是通過電網(wǎng)調(diào)度中心整個統(tǒng)一的指揮和調(diào)度來完成的。
第三部分，儲能技術(shù)發(fā)展。
儲能的定義，大家都比較熟，就不再詳細介紹了。
儲能的類別，可以分為能量型儲能以及功率型儲能，根據(jù)它的不同功能特性，像能量型儲能比較適合長時間的電能需求，也就是我們常說的調(diào)峰的場景。而功率型儲能，可以廣泛應用于瞬時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)合于上述的各種儲能的不同類型，我們可以得到不同儲能在電力系統(tǒng)的應用場景是不一樣的，從最快的毫秒級到秒級、分鐘級、小時級、日級，最長可以到周級別，甚至是季度的級別。我們今天聚焦的調(diào)頻技術(shù)，其實主要就是從秒級到分鐘級這個時間尺度，目前來說，比較成熟的還是兩類，一是飛輪儲能，二是電化學儲能。
第四部分，火電機組調(diào)頻。
如果沒有儲能，原來火電機組的調(diào)頻是一種什么樣的運轉(zhuǎn)模式？為什么我們要引入儲能來加強它的調(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)的供給以及負荷側(cè)的需求不平衡所導致的，一旦兩者出現(xiàn)功率上的差值時，就會導致整個電力系統(tǒng)的頻率會發(fā)生變化。如右圖是整個電力系統(tǒng)調(diào)頻的技術(shù)架構(gòu)，最上層，根據(jù)負荷預測的結(jié)果，根據(jù)機組組合以及排發(fā)電計劃，以及與聯(lián)絡(luò)線之間的交換功率，可以得到發(fā)電機組的日前計劃值，這就是我們經(jīng)常說的經(jīng)濟調(diào)度或者說日前計劃，有的時候我們在調(diào)頻領(lǐng)域也稱之為三次調(diào)頻。這個計劃值就是在日前下發(fā)到每個電廠，日內(nèi)的時候就執(zhí)行每天的出力計劃，這是日前時間尺度。再往下一個層級就到了二次調(diào)頻，就是我們經(jīng)常說的AGC即自動發(fā)電控制，它的調(diào)節(jié)的目標就是電網(wǎng)的ACE指標，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，因為國調(diào)考核省調(diào)就是考核ACE值。
ACE與兩個量有關(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，這兩個量有一個系數(shù)的換算，所以說加權(quán)之后得到的ACE值就是從站在省級電網(wǎng)調(diào)度的層面所關(guān)注的調(diào)節(jié)目標。根據(jù)這個目標，通過省調(diào)的AGC系統(tǒng)就可以計算出來目前每一臺發(fā)電機組要承擔多少調(diào)節(jié)量，這樣的話，通過機組進行分擔，最簡單的分擔方式就是均分，這樣就形成了省調(diào)下給各發(fā)電機組的AGC指令，然后轉(zhuǎn)到機組的DCS控制去執(zhí)行這個指令。這是二次調(diào)頻的整個技術(shù)的流程。
到了最下面，也就是時間尺度最短的這個尺度，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)過機組控制這個環(huán)節(jié)的，是直接疊加到調(diào)速器和汽輪機指令上的，所以說它是一個就地的快速反應，目的就是為了要達到一次調(diào)頻動作的快速性。所以說，從上自下，按時間尺度就是三次調(diào)頻、二次調(diào)頻和一次調(diào)頻。
火電機組參與一次調(diào)頻的原理，由于時間關(guān)系，就不展開說了。大家重點關(guān)注的火電機組一次調(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自發(fā)的行為，所以說它是一個有差的調(diào)節(jié)。
一次調(diào)頻整個的動作環(huán)節(jié)基本上分為兩個階段，第一個階段，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)頻是不動作的，第二個階段，超出死區(qū)動作，這時候汽輪機調(diào)速系統(tǒng)就會通過調(diào)節(jié)高壓調(diào)節(jié)閥開度，來實現(xiàn)一次調(diào)頻動作的要求。
（圖示）右側(cè)這個就是國家標準里對于發(fā)電機組一次調(diào)頻的一個典型的控制方案，其實大家可以看到，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)頻想要達到較良好的性能，其實也是很難的。
（圖示）正因為一次調(diào)頻是一個有差調(diào)頻，所以為了讓系統(tǒng)頻率能夠恢復到額定50赫茲，還需要進行二次調(diào)頻，也就是AGC。AGC的時間尺度在分鐘級，右側(cè)就是它整個的控制流程。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，這個指令發(fā)到發(fā)電機組上就是按照右側(cè)的技術(shù)架構(gòu)再往下傳導或者是實現(xiàn)一個閉環(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，這個指令到了機組的控制中心之后，就會下發(fā)到鍋爐和氣機的主控制器上。大家知道，火電發(fā)電機組主要是三大主機：發(fā)電機、鍋爐、汽輪機。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)的整個自動調(diào)節(jié)，同時也要協(xié)調(diào)汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來共同實現(xiàn)兩方面的目標：第一，發(fā)電機的出力要能跟得上電網(wǎng)調(diào)度下的指令，第二，要保證機組的安全，也就是機組主蒸汽壓力要在合理的偏差范圍之內(nèi)。
因此，對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。因為省調(diào)的指令生成一般是要經(jīng)過8-12秒的計算時間，但是一次調(diào)頻是要求瞬時就要立刻有響應的，所以是來不及接受這個指令的。它的影響因素，因為是在一分鐘之內(nèi)進行響應，主要的影響因素就是機組鍋爐的蓄熱，動作的時間尺度，就是在秒級這樣的時間尺度。二次調(diào)頻，主要是由AGC指令下發(fā)，或者是由運行人員手動設(shè)定，根據(jù)它的影響因素就和整個機組的協(xié)調(diào)控制的品質(zhì)以及燃料系統(tǒng)的供應響應特性密切相關(guān)，它的時間尺度一般是分鐘級的尺度。
我們既然要談到儲能輔助調(diào)頻，就必須要關(guān)注一次調(diào)頻和AGC的性能指標。對于一次調(diào)頻的性能指標，目前我們主要是參考兩個國家標準，一是《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)導則》，二是《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗導則》。在這里面的主要要求，就是要求參與一次調(diào)頻的響應時間，也就是說有動作的時間，要在2秒之內(nèi)完成，在15秒內(nèi)要達到75%的動作量，在30秒之內(nèi)要達到90%的動作量，基本上參與一次調(diào)頻受到考核或者獎勵，都是依據(jù)于這個指標來完成的。
對于二次調(diào)頻，AGC的性能評價指標，就稍微復雜一點，剛才我們也介紹了，AGC是由電網(wǎng)的ACE數(shù)值計算出來的，所以說在電網(wǎng)頻率發(fā)生周期性往返波動的時候，就會導致機組的ACE經(jīng)常會呈現(xiàn)一個臺階式的頻繁變化。大家可以看紅色的就是這個指令，每個臺階就是一個調(diào)節(jié)過程，整個算AGC的輔助服務(wù)市場的補償收益的時候，一方面是要看你的調(diào)節(jié)性能指標是怎么樣的，另一方面，這個調(diào)節(jié)深度也就是說每一個臺階的大小，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。
評價AGC性能的指標主要有四個，一是調(diào)節(jié)速率的指標，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，就是省調(diào)下發(fā)了指令之后你跟蹤的偏差是越小越好。三是響應時間的快慢，就是當一個臺階式的指令來了之后，你響應的時間越快越好，所以K1、K2、K3就完整地刻畫出了機組在響應AGC指令的一個動作特性。最后的KP指標，簡單來說就是把它們?nèi)齻€取平均數(shù)給乘起來，這樣在兩個細則里考核和補償?shù)臅r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)，這一套的計算理念都是差不多的，但是各省之間K1、K2、K3之間的具體計算模式差別還是挺大的。像山東，K1現(xiàn)在有一個限幅，就是限1.2，這也是為了避免發(fā)電機組為了在調(diào)頻市場上進行惡性的競爭導致機組的磨損現(xiàn)象比較嚴重。
因此，在火電機組調(diào)頻方面，一次調(diào)頻、二次調(diào)頻，理論上來說，它其實都有天花板存在，為什么？像一次調(diào)頻，本質(zhì)上來說是和你的機組蓄熱有很大關(guān)系的，二次調(diào)頻也是面臨著機組在運行過程中，導致爬坡速率慢的情況，所以儲能和火電聯(lián)合調(diào)頻就形成了一個完美的配合。
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)布的兩個細則，一方面，是為了要減輕一次調(diào)頻上的不合格導致的考核電量，另一方面，要在輔助市場上去拿AGC的輔助補償收益。從調(diào)度的視角來看，本質(zhì)上來說，看到的是火電和儲能疊加之后的有功出力，所以說，火電機組調(diào)節(jié)的DCS系統(tǒng)，和儲能設(shè)施的控制系統(tǒng)，兩者在出力匯集的關(guān)口進行一些策略上的集成。
例如，我們剛才談到的火電的特點就是調(diào)節(jié)容量很大，但是它可能動作比較遲緩，儲能恰好相反，動作很快，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，讓火電機組來承擔，承接分量小的，但是比較快的這種信號，讓儲能來承擔。本質(zhì)上來說，整個聯(lián)合調(diào)頻控制的關(guān)鍵點，從我們開展這么多臺機組的調(diào)試經(jīng)驗來看，本質(zhì)上還是儲能設(shè)施的互補策略一定要與本臺機組的運行特性要進行適應，不是說每一個調(diào)頻策略放在每一個機組上都通用。比如說，右側(cè)的陰影面積，就是火電機組可能是在剛開始的階段，存在不足的時候，這時候就要用儲能去補，最終能夠?qū)崿F(xiàn)這兩條曲線的互補。也就是說，我們看到藍色的是火電機組的調(diào)節(jié)特性，這時候我們就把儲能的動作特性疊加到火電機組原有的特性上，最終能夠讓兩者綜合出力，達到一個比較理想的滿足兩個細則考核要求的曲線。
另外還有一個關(guān)鍵點，在整個的調(diào)頻策略里，SOC的恢復非常關(guān)鍵。短時間像一次調(diào)頻以及AGC的控制，前期基本上都要靠儲能去頂，靠火電補充自己的燃燒率，再慢慢地把出力帶上去，這時候就面臨一個儲能什么時候恢復的問題。所以說，這也是我們可以結(jié)合現(xiàn)場運行的這種特點，比如說設(shè)置儲能SOC的動作閾值，以及恢復的切換邏輯，來實現(xiàn)恢復的策略。
最后，簡短交流一下，在山東電網(wǎng)的推廣以及應用情況。
目前，根據(jù)現(xiàn)在儲能發(fā)展的實施方案和指導意見，火電和儲能聯(lián)合調(diào)頻這種運營模式，基本上還是能夠覆蓋運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。尤其是山東兩個細則在2023年完成了新一輪的修訂，對于這種模式，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，如萊城和臨清電廠，都是電化學儲能輔助AGC的項目。華能萊蕪電廠即將投運飛輪儲能，是為了解決一次調(diào)頻考核電量的問題。另外還有一個正在建設(shè)和推進的試點，是華能德州電廠，它是熔鹽儲能的一個二次調(diào)頻項目。
從我們的推廣前景來看，目前運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，也是有望能夠進一步拓寬盈利的渠道。
以上是我的匯報，謝謝各位！
