储能调频技术在发电厂的应用

储能调频技术在发电厂的应用

作者：段建军

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第09期

摘 要：在电力生产运营层面，山西省以大型燃煤火电机组做为主要调频资源，而储能的ACE调频效果远好于火电机组，引入相对少量的储能系统，将能够迅速并有效地解决区域电网调频资源不足的问题，对山西电网的ACE调频运行预计将产生明显影响，改善电网运行的可靠性及安全性，对构建坚强型智能电网并改善电网对可再生能源的接纳能力具有重要意义。 关键词：电厂；储能调频；AGC調频 1 储能调频的原理和意义

1.1 储能系统以提高机组的AGC调节性能为主要目标

储能装置接入后，与发电机组原有协调响应电网AGC调度指令，机组与储能装置协制逻辑如下：当电网下达AGC调节指令后，机组DCS和储能装置同时接收电网指令，控制机组出力跟踪电网调度指令。机组和储能装置会同时响应，机组响应较慢，储能装置会快速响应，随着机组的响应，储能装置会根据指令和机组响应情况调整输出或者储存功率，完成一次调节过程，等待下一次调节指令的到来。其主要目的是为了获得AGC调频补偿。 1.2 储能技术的特征适合于电网ACE调频

①在电力系统运行中，自动发电控制（ACE）主要通过实时调节电网中的调频电源的有功出力，实现对电网频率及联络线功率进行控制，解决秒或分钟级短时间尺度的区域电网内的具有随机特性的有功不平衡问题，其对ACE电源性能提出了调节速率快、调节精度高、频繁转换功率调节方向等较高要求；

②通常电网ACE调频功能主要由包括以水电、燃气机组以及火电机组的常规电源提供。由于这些电源均为具有旋转惯性的机械器件组成，将一次能源转换成电能将经历一系列复杂过程，特别是火电机组的ACE调频性能与电网的调节期望比较尚有差距，具体表现为调节的延迟、偏差（超调和欠调）等现象。 2 储能系统需求

储能系统机端ACE调频应用中，储能及逆变设备为项目的核心，对储能系统在可靠性、循环寿命、能量效率、充放电时间比，以及外形尺寸方面提出了全面的要求，主要包括：

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①储能系统需要具备高可靠性、高安全性：火电厂机端应用对储能系统可靠性和安全性提出严格的要求，包括各种正常和电网/机组故障工况下的可靠运行；储能系统应具备完善的故障管理功能，储能系统故障不应当影响机组的正常运行；储能系统应具备完善的防爆、防火、抗震等保护，满足运行安全要求；

②储能系统充放电时间比应接近1：1，即储能系统在可利用运行区间内充电功率与放电功率应保持一致，同时具有较高的能量效率；

③储能系统应当具有较高的能量效率，这一方面可以降低储能系统运行的用电损耗，另一方面可以提高储能系统的可利用率；

④储能系统循环寿命应满足ACE调频应用中，频繁往复充放电要求，满足经济性寿命周期。

3 储能系统选型

选用国际先进的锂离子电池储能系统，在合理管理的情况下，能满足系统10年的使用寿命。目前为止，能够提供满足可靠性、寿命、性能等要求产品的企业包括美国A123（现更名为NEC公司）、美国奥钛公司（已被珠海银隆收购）、韩国三星SDI、法国Saft、日本东芝等。国内企业由于在运行经验、产品质量等方面还存在一定的差距，因此暂不考虑。 4 储能系统构成及安全性

电网级大规模电池储能单元采用集装箱封装，大幅度降低了施工和安装周期。典型的3MW电池储能系统封装在一个40英尺标准集装箱内，内部包含完善的电池管理单元、空调及温控系统、照明系统、防火系统、接地保护装置等。具有较高的安全水平，储能系统无废气、废水或废渣排放。储能电池运行噪声极低。系统自动化程度高，在定期维护的基础上，可实现无人值守。

5 电气一次接入方案

9MW储能系统辅助2#机组和1#机组参与电网调频，2#机组和1#机组同时运行时，储能系统辅助2#机组参与电网调频，2#机组停运，1#机组运行时，储能系统辅助1#机组参与电网调频，储能系统不能同时辅助1#机组和2#机组参与电网调频。储能系统通过电厂2#机组1#机组高厂变6kV母线B段接入电厂系统，在2#机组和1#机组6kV母线段B段各新增加1台6kV高压柜，分别位于2#机组6kV配电室和1#机组6kV配电室，通过6kV高压电缆接至就地储能系统6kV配电装置母线段，该母线段共2路进线电源，分别来自2#机6kV母线B段和1#机6kV母线B段，2路进线柜实现互锁，不能同时为该母线段供电。

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6 经济效益预测及分析

根据国家能源局山西监管办公室关于《山西区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》，ACE服务的补偿规则是按照调频电源ACE调节深度和调节性能的乘积进行补偿。具体来讲，针对某台ACE电源：

日补偿费用=日调节深度×调节性能指标×补偿价格

其中，日补偿费用为每日ACE调节深度总和；调节性能指标体现了该设备当天的平均ACE调节性能，包括调节速率、调节精度和响应时间；补偿价格以元/MW为单位。该规则体现了按ACE调频效果付费的原则，对电网ACE控制贡献大的，获得ACE补偿相应就高。根据已有同类项目运行的实际情况，9MW储能系统辅助300MW火电机组提供ACE调频，在机组性能保持每分钟4MW升降速率的前提下，项目每天将获得约1500MW左右的有效调节深度，即每天获得6-7万元的ACE补偿收益，每年获得2000万元的经济收益。