一、研究背景
為減少碳足跡和保障能源安全，世界各國著手制定后化石能源時代能源結構轉型戰(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)調頻資源相對減少。尋求新型調頻手段輔佐傳統(tǒng)機組提升電網(wǎng)整體調頻能力成為研究熱點，儲能系統(tǒng)具有快速響應、精確跟蹤與優(yōu)異功率-頻率特性，備受業(yè)界關注。調頻輔助服務是規(guī)?；瘍δ苁痉俄椖块_展最多的應用領域之一，全球有近20個國家在建或投運了共164項MW級儲能調頻應用項目，涉及發(fā)電端、輸配環(huán)節(jié)和需求側。隨著規(guī)?；瘍δ苷{頻示范工程廣泛開展，各國調頻市場需求特點、儲能選型、儲能調頻的市場介入形式等，成為各界關注的焦點。
二、國內外兆瓦級儲能調頻應用
2.1、國內外兆瓦級儲能調頻工程基本概況
圖1MW級儲能調頻項目數(shù)及容量在各地區(qū)分布情況
美國MW級儲能調頻項目數(shù)和裝機容量均以顯著優(yōu)勢領跑，意大利、德國、英國近幾年有較快發(fā)展趨勢，韓國和日本相關項目于2015～2016年受到重視，中國則每年以平穩(wěn)速度推進示范應用。
圖2MW級儲能調頻工程具體類型結構圖
鋰系電池為MW級儲能調頻應用主流類型，其中鈦酸鋰電池高倍率特性和較好的循環(huán)壽命，應用前景廣闊。鈉硫、鉛酸電池在2014年之前具有前期優(yōu)勢，之后鉛炭電池涉入。儲能技術類型呈多元趨勢，未來重力儲能、氫儲能等將應用于調頻領域。
2.2、儲能調頻選型因素
儲能系統(tǒng)提供頻率調節(jié)服務時，例如AGC調頻，充放頻繁且幅值大，屬于功率型應用，對充放電倍率性能及短時功率吞吐能力要求較高，因此電池類儲能需具備高倍率特性和較好的循環(huán)壽命。此外，還需考慮儲能安全性、功率密度、成本、轉換效率等特點。
三、國內外兆瓦級儲能調頻運行模式
3.1、運行模式分類
儲能調頻滲入發(fā)電端、輸配環(huán)節(jié)、需求側，根據(jù)運營商需求協(xié)同配套電源或獨立并網(wǎng)提供調頻輔助服務，按運行模式分為：
1）輔助傳統(tǒng)電源調頻。儲能系統(tǒng)裝設在發(fā)電廠以輔助單臺或多臺火電機組參與AGC調頻，在調節(jié)延時、超調、反調等情況下執(zhí)行不同充放策略改善目標機組AGC性能。
2）依托大規(guī)模新能源參與調頻。大規(guī)模風光并網(wǎng)輔設儲能進行波動平抑實現(xiàn)高比例消納，儲能系統(tǒng)通?？啥喙δ芮袚Q，包括響應調度指令跟蹤參與調頻。
3）輸配環(huán)節(jié)獨立并網(wǎng)調頻。儲能作為獨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)絡獨立并網(wǎng)調頻，在調節(jié)區(qū)域控制偏差時減少供受區(qū)域間聯(lián)絡線損耗并緩解擁塞。
4）需求側分布式儲能集群調頻。分布式儲能集群協(xié)調控制以用戶-調控中心之間交互信息流為基礎，聯(lián)接多個戶用儲能集成虛擬儲能系統(tǒng)參與頻率控制服務，通過家庭能量管理策略提高運行效率及虛擬集容量儲能系統(tǒng)的調頻可用率。
3.2、調頻市場需求與運行模式選擇
儲能作為主體參與商業(yè)調頻在美國因其市場環(huán)境發(fā)展而趨于完善且運行模式全面，德國、英國則因其強制性平衡機制助力儲能調頻在發(fā)電端與傳統(tǒng)機組相結合。其他歐洲國家受能源結構變革驅動，為在穩(wěn)定電網(wǎng)運行前提下消納高比例新能源而引導儲能參與調頻。國內則開展除需求側外的三種運行模式下儲能調頻項目，處于示范性或初級商業(yè)階段。儲能調頻不同運行模式的技術要求、市場或政策環(huán)境、典型項目如表1所示。
表1儲能調頻運行模式特點
四、儲能調頻市場規(guī)則現(xiàn)狀
美國實時AGC競價市場從準入到定價及結算均引入性能指標，對不同調頻源的適用性較廣。德國調頻市場的投標競價未限制電源種類，準入條件對容量受限型儲能有所制約，同時補償機制中效果指標的缺位容易造成儲能與傳統(tǒng)源的收益分配與實際貢獻不對等。英國儲能調頻則處于前期驗證階段，尚未配套市場規(guī)則。國內則已明確儲能在發(fā)電與需求兩側的調頻市場主體地位及價格機制的初步規(guī)則，但缺少適用于儲能的服務計量方法，調度機構則缺乏電儲能裝置作為獨立可控設備參與AGC調頻的調度經(jīng)驗。表2為儲能調頻相關市場規(guī)則比較。
表2儲能調頻相關市場規(guī)則比較
五、分析與啟示
5.1、分析
1）儲能于未來電網(wǎng)調頻技術的補充與支撐意義促使全球各國相繼擴大項目投入和容量建設。調頻儲能選型需要平衡具體服務技術需求與投資主體經(jīng)濟制約，因此服務商對調頻用儲能呈多元選擇，以成熟度高的鋰離子電池為主流技術。
2）發(fā)電側儲能聯(lián)合火電調頻適用于激勵和強制型制度，不受初期儲能服務計量辦法空白的影響。需求側分布式儲能集成調頻需實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及協(xié)調管理的集控中心承轉支撐，涉及自消納/外響應合理分配與用戶信息安全，配套建設和調控監(jiān)管難度稍大。
3）儲能調頻商業(yè)化受市場開放程度、補貼與激勵及計量定價方式等影響。電儲能容量有限，僅靠服務容量或電量價格補償力度較小且難以反映實際調節(jié)貢獻，服務計量方法也需對應不同電源的調節(jié)質量與經(jīng)濟特性增強適用性。
5.2、啟示
1）政策制定者：制定發(fā)電側與需求側調頻用儲能的并網(wǎng)標準，給予服務商技術路線自主選擇權；設計效果評價指標或方法時，可引入基于各調頻源執(zhí)行指令的有效性度量如實際里程；設計服務計量方法時，可兼顧不同電源的調節(jié)性能與成本差異，在參調容量/電量與實際效果指標之間加權制衡；統(tǒng)籌發(fā)電側、需求側和未來可能的輸配電側并網(wǎng)電儲能，為暫未推行的運行模式留取政策空間裕度。
2）市場參與者：儲能運營商需綜合應用場景的頻率調節(jié)需求及投資預期選擇儲能類型，在計量與獲益方式暫未明確的市場環(huán)境下可考慮儲能-火電聯(lián)合調頻運行模式，依據(jù)現(xiàn)有補償/考核機制與發(fā)電商實現(xiàn)互利共贏；電網(wǎng)運營商在規(guī)程允許前提下為儲能供應商開放試驗接入端口并提供協(xié)助，對用戶側儲能調頻模式下電網(wǎng)絡拓撲設計、線路敷設及節(jié)點計量等開展試驗。
3）調度機構：可考慮綜合服務質量、區(qū)域頻率調節(jié)需求等對不同種類和不同側電源調度次序和分配策略進行優(yōu)化；對儲能獨立個體調度時機和區(qū)域調節(jié)功率分配可能性進行前期探索；需求側分布式光伏-儲能模式調度可引入用戶自發(fā)電/自用電預測技術及超前控制對分布式儲能荷電狀態(tài)協(xié)調管理；對于暫未開放的輸配電側，依托前期試點項目研究儲能就地平衡供需特性和對局部電網(wǎng)的穩(wěn)定性影響。
文章作者：孫冰瑩，楊水麗，劉宗歧，李婷婷
