儲能輔助電廠AGC 調頻前景分析

李 波，孟凡凡

（1.國家能源費縣發電有限公司，山東 臨沂 273400；2.中冶北方（大連）工程技術有限公司，遼寧 大連 116000）

0 引 言

隨著可再生能源并網規模的不斷增長，新能源電力固有的發電出力不確定性增加了新的電網波動，使得電網調頻能力、電網調頻容量不足和調頻速率緩慢的問題更加凸顯，因此迫切需求采用新的技術手段提升電網調頻能力。

2016年12月底頒發《電力中長期交易基本規則(暫行)》[1]。不僅詳細規定了電能量中長期交易規則，還對輔助服務市場化提出了指導性要求，是對“九號文”的進一步深化。按照規劃，未來我國成熟的電力市場會有雙邊交易、中長期交易、日前和實時交易等多種交易方式，特別是在風、光、儲等新能源迅速發展、大電網結構日趨復雜的背景下，完善優質的輔助服務是能量市場和電網安全可靠運行的基礎。

1 儲能輔助調頻的優勢

在電力系統運行中，解決區域電網內短時間、隨機性有功不平衡問題，即電網頻率及聯絡線功率控制主要通過自動發電控制（AGC）實現。它對調頻電源性能提出了能量密度高、功率密度大等要求，同時需統籌考慮能量轉換效率、使用壽命、環境特點以及成本等因素。

AGC 調頻輔助市場的傳統參與者為常規電源，主要包括煤電機組、燃氣機組以及水電機組。這些電源系統將一次能源轉換成電能將經歷一系列復雜過程。由于機械質量的存在，軸系統旋轉過程中存在不可避免的轉動慣量。同時，由于機械精度和控制精度的原因，調頻總體表現為調節延遲、偏差（超調和欠調）等。特別是煤電機組的AGC 調頻，與電網期望還有較大差距。雖然火電廠通過提升運行靈活性，提升機組爬坡速度，縮短機組啟停時間，增強燃料靈活性，實現熱電解耦運行，提高參與AGC 輔助服務的補償效果，但是傳統機組中電能與一次能源之間的轉換過程復雜，且頻繁調節控制使得發電機組運行波動，造成機組機械部件疲勞和磨損，不利于機組的使用壽命和可用率。

煤電AGC 機組成本較高、性能差。煤電機組正常AGC 運行中，由于調頻指令的頻繁反復變化（一般15 min 一個調頻周期），機組的各控制量也大幅來回波動，如燃料、給水、送風等。此時，雖然被控參數中的主汽壓力等較為穩定，但為了被控參數的穩定，過熱器管材和鍋爐水冷壁的熱應力需反復調節變化。長時間的應力頻繁變化易導致氧化皮脫落，進而增加鍋爐爆管的概率。為了進行響應調頻，機組無法一直維持最優發電曲線，導致其經濟性下降。

儲能系統通過電力電子裝置，控制環節較為簡單地利用儲能系統輔助煤電機組優化調節性能。最新發展起來的儲能技術采用電力電子技術進行控制，響應速度快，控制精度高，功率外特性好[2]，是優質的調頻資源。尤其在電力市場環境下，儲能輔助調頻既能提高市場環境下電廠調頻輔助的服務能力和經濟收益，也能為電網提供優質的調頻資源，提高電網的調頻安全。

對于一個10 MW 的調頻指令，儲能技術可在2 s內完成。比如，一個5 MW 的儲能系統，從-5～+5 MW只需要2 s。圖2 是一個儲能系統跟隨AGC 指令的結果儲能輸出曲線與AGC 指令曲線非常靠近，調頻效果遠好于常規電源機組[3]。

圖1 煤電機組跟蹤電網AGC 指令的響應過程

圖2 儲能系統跟隨AGC 指令響應曲線

2 電廠企業提升調頻能力的必要性

2.1 挖掘新的盈利點，增加企業收入

目前，我國電力建設總體超前，現有電源總裝機容量遠超過用電負荷需求，傳統電源不再能夠滿發盡發，企業很難再通過多發多賣的模式增加收益。發電電源過剩的同時，優質的調峰調頻電源卻相對緊缺。因此，企業需要轉變經營思路，通過提升自身調頻能力，積極參與電力輔助服務，從而爭取服務補償資金，實現煤電企業自身以及整個電力市場運行的“雙贏”。

2.2 提升自身調頻競爭優勢，增加企業收入

電力調頻服務對發電企業是雙向的，發電企業既要接受電網的頻率考核繳納頻率考核和分攤費，又可以依靠自身機組調頻能力參與調頻市場競爭獲取調頻費用補償。一些技術水平先進的電廠依靠機組自身調節能力基本滿足調頻市場對機組進入市場的性能要求，調頻補償費用可抵消頻率考核和分攤費用同時還有盈余。同時，更多的老舊機組在調頻市場中中標概率一般甚至難以中標，調頻補償收益相對較少，難以抵消頻率考核和分攤費用。

2.3 提前參與調頻輔助市場，搶占前期紅利

調頻輔助市場是個“先到發錢，都到沒錢，不到罰款”的趨勢。前期少量電廠增加儲能輔助調頻系統后，其調頻競爭優勢明顯，高頻率中標獲得補貼；隨著增加儲能輔助調頻系統的電廠數量增多，調頻資源有限，中標概率降低；剩余未裝設儲能輔助調頻系統的電廠機組，調頻性能低，難以中標，無法獲取調頻補償費用，但頻率考核和分攤費用依然需要照常繳納，經濟效益變差。

2.4 輔助調頻系統有利于電廠運行可靠性，增加設備使用壽命

輔助調頻系統的投運，可減少汽機DEH 系統閥門調節的頻次，降低其故障發生幾率，還可以減少鍋爐燃燒系統的擾動，平緩主汽壓力溫度的變化，穩定燃燒系統，降低脫硝反應器入口氮氧化物的突變，減少其調整頻次和噴氮量，減少頻繁調節控制引起的發電機組運行波動設備疲勞，使系統運行穩定，提高電廠運行可靠性和設備使用壽命。

3 結 論

隨著電網的不斷發展，電網輔助服務需求也在不斷增加，多地已有儲能項目提供輔助服務，盡快提高自身優勢參與輔助服務市場搶占早期利潤?；痣姀S聯合儲能調頻系統不僅可提高火電廠安全運行水平、降低設備損耗，而且可以滿足電網AGC 輔助服務需要。適當選用項目管理方式建設電廠輔助調頻系統，電廠可不需承擔輔助調頻項目投資成本的同時增加收益，實現多贏。