摘要：近年来，风电及光伏发电等新能源大规模并入电网，由于其固有的发电特性，对电力系统稳定运行造成了一定的影响，主要表现为调峰和调频两个方面。特别是在冬季风电大发的时期，由于大量火电机组进入供热期，使得电网的调频能力进一步下降，风电弃风现象严重。随着电网中风电装机容量不断增大，如不能满足电网对AGC调频辅助服务的需求，将对风电等新能源的开发利用形成严重制约。
关键词：发电厂；储能；调频系统；应用
一、国内外储能调频应用基本概况
目前，大容量储能系统已经开始应用于电网自动发电控制AGC（Automation Generator Control）调频领域，在美国经过多年的实际运行论证，现在已经大规模采用。纽约州电力系统运行情况表明，9MW的储能调频系统虽然只占其电网总体调频容量的3.3%，其完成的调频任务量却占总体调频任务量的23.8%，储能系统能够有效降低电网调频容量。韩国已有300MW储能调频系统投运，在未来3年还将部署500MW的储能调频系统。德国有100MW储能调频系统正在建设。印度中央电力监管委员会目前正在制定引进辅助服务市场的政策框架，要求2%～3%的发电容量用于调频，将带来4～5GW的调频市场潜力。中国国内也开展了一些应用储能实现削峰填谷的示范应用工程。我国北部地区电源结构还是以大型火电机组为主，调频电源主要依靠火电机组，机组功率调节任务繁重。火电机组长期承担繁重的调节任务，会造成发电机组设备磨损严重，超净排放目标难以实现等一系列负面影响，严重考验电力系统的可靠运行。山西省科技厅曾在2015年山西省低碳创新重大专项煤电产业创新链中指出，要重点研究提升省内发电机组的调频性能。由于储能系统的调频效果远好于任何常规发电技术，引入相对少量的储能系统，就能够迅速有效地提高区域电网应对新能源接入的影响。因此，如何应用储能来改善火力发电厂的调频性能有十分重要的意义。
二、火力发电厂储能调频系统设计
（一）火电厂对储能调频系统需求
火电厂联合储能系统AGC调频应用中，对储能调频系统在可靠性、循环寿命、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:1)系统规模:模块化设计，通过并联可实现20MW以上系统规模。2)响应速度:毫秒级实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出。3)精确控制:能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出。4)双向调节能力:充电为用电负荷，放电为发电电源，额定功率双倍的调节能力。5)系统寿命:管理良好的储能系统的循环寿命可以达到百万次以上。6)高可靠性、高安全性。①在电网、机组故障工况下的可靠的退出运行。②具备完善的故障管理功能，储能系统故障不影响机组的正常运行。③具备完善的防爆、防火、抗震等保护，满足自动运行安全要求。
（二）控制系统及ＲTU系统的信号接入与改造
一台300MW机组配套9MW的储能系统，由3组3MW储能子系统并联构成，控制系统由一个总控单元与3组子控制单元构成，子控制单元采用PLC。储能系统的总控单元与电厂ＲTU和DCS系统通过通讯接口/硬接线方式连接，接受AGC储能系统接入后，现有的ＲTU设备在向机组发送AGC指令的同时，需增设发送给储能系统的信号。同时，储能系统接入后需要将机组出力与储能系统出力进行合并，并将合并后的出力信号上传电网，作为AGC考核依据。ＲTU改造内容包括:1)储能系统出力方向定义与发电机组相同，即向电网馈电时为正出力，从电网吸收电能时为负出力。将发电机机组出力信号和新加入储能装置的出力信号叠加后作为机组出力反馈信号(回传电网的遥测信号点名不变，不新加遥测回传点)，参与AGC调度和AGC考核。2)储能系统需要从ＲTU站获取一些机组信息，即装置的控制系统与ＲTU以约定的通讯协议进行通讯(单向，ＲTU站发送，储能系统主控制单元接收)，获取实时生产数据，包括电网AGC调度指令、发电机组实时出力、储能装置出力反馈等)。
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（三）储能系统布置
储能调频系统主要包括电池系统集装箱、PCS集装箱、冷却设备、升压变压器等，工程施工占地为电厂内用地。储能系统安装场地一般选择在紧邻主变压器的区域，根据需要对现有场地进行基础改造。
三、火电厂储能调频项目商业模式分析
（一）经济效益预测及分析
（1）储能调频项目经济收益来源
根据国家能源局关于《华北电网发电厂辅助服务管理实施细则》，AGC服务的补偿规则是按照调频电源AGC调节深度和调节性能的乘积进行补偿。即:
日补偿费用=日调节深度×调节性能指标×补偿价格
1)日调节深度定义为每日调节量的总和，即:
Dj为机组第j次的调节深度，n为日调节次数。
2)调节性能指标Kp体现了当天的平均AGC调节性能，包括调节速率K1、调节精度K2和响应时间K3。
3)补偿价格以元/MW为单位。该规则体现了按AGC调频效果付费的原则，对电网AGC控制贡献大的，获得AGC补偿相应就高。因此，火电机组联合储能系统响应AGC指令以后，机组效益的增加主要来自:①储能系统可以提高机组AGC的性能指标Kp，从而提高系统AGC补偿收益;②由于机组整体调节性能的提高，机组将从电网调度获得更多的AGC指令，实现AGC调节深度的增加。
（2）未来预期
1)电网未来几年的AGC调频总需求还会迅速增加。一方面风电装机在快速增加，区域电网内缺乏AGC性能优异的机组，另一方面，近年来发电企业已经意识到，火电机组频繁进行大范围AGC调节，对机组设备损耗造成影响，不利于机组的安全稳定运行。2)预计未来AGC单价下降的风险将被AGC任务量的增长抵消。随着储能调频技术的推广应用，电网内机组AGC性能普遍提高，预计电网将优先考虑提高AGC考核指标，进而调节任务量增加。
（二）以合同能源管理模式实施
合同能源管理(Energy Management Contracting)简称EMC，是一种基于市场运作的节能机制。其意义在于可以使用能单位大大降低改造项目的资金和技术风险，充分调动用能单位进行节能改造的积极性。与传统的节能技改模式相比，EMC是一种以减少能源消耗为目的，集合财务、新技术运用、管理提升，让用户用未来的节能收益提前进行节能改造投资，以降低当期财务成本，保证改造效果的全新运营模式。储能调频项目改造，适用于合同能源管理BOT模式进行项目融资，签订合同，参与各方通过分享AGC补偿获得项目收益。
四、结论
实践表明，火电联合储能调频技术指标达到预期，经济效益显著。火电联合储能调频技术及其应用实践，是在改善火电机组AGC调节性能方面所做的有益探索，在保证安全生产的前提下给机组带来了可观的经济效益，为火电厂以及电网的调频控制拓宽了思路。
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论文作者:袁文伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/2
标签：储能论文; 机组论文; 电网论文; 系统论文; 火电论文; 性能论文; 信号论文; 《电力设备》2017年第36期论文;