储能火电联合调频的容量配置及收益预测研究

报告显示，平均来看，储能系统的调频效果是水电机组的1.4倍，是天然气机组的2.3倍，是燃煤机组的20倍以上。储能的AGC执行曲线几乎与AGC指令曲线重合，基本不会出现反向调节、延迟调节及调节偏差等问题。因此，储能系统适合与电网AGC调频且储能的综合AGC调节性能要远好于火电机组。[3]

在功能实现方面，储能系统接入电厂高厂变低压侧，通过控制自身充放电来调节厂用电负荷，进而调节机组送出的有功值，以达到响应AGC信号、平衡电力系统有功、稳定系统频率的目的。储能系统与火电机组联合调频的接入原理如图1所示。

2.2  系统组成

储能火电联合调频系统组成包括AGC主控单元、高倍率功率型储能长寿命电池、储能双向变流器、变压器、开关柜等，系统一般采用集装箱式单元化设计，可根据现场需要进行灵活组合，便于运输、安装、调试和维护。集装箱内部集成电池、BMS、PCS、温控、视频监控、消防和照明等子系统，具有较高的安全性。

3  应用案例分析

以广东地区某300MW机组为例进行容量配置及收益预测分析。

3.1  容量配置

在储能火电联合调频系统中，在确定储能系统功率配置时应考虑以下要求，一是储能功率配置应大于机组调节死区，二是储能功率應覆盖大部分AGC目标出力与机组实际出力偏差值，三是应兼顾储能设备的经济性。

以广东地区某300MW燃煤机组为例，整理其2018年的历史运行数据，通过软件分析后，统计如表1所示。

由表1的运行偏差分布可知，正常运行情况下，机组的AGC指令值与响应值偏差主要分布在6MW范围内，但有少部分时段偏差分布在大于10MW范围内。综合考虑投资收益率、设备利用率等因素，配置9MW储能系统可调节97%左右的指令值与响应值的偏差。

在储能系统电量配置方面，由于储能系统只用于补偿AGC指令与机组出力的差额，在机组出力跟上后，储能设备的出力应逐渐退出，因此电量配置应兼顾性能与经济性。目前行业内在选择储能系统电量配置时，按满功率充放持续0.5小时的配置。以上述机组为例，储能系统配置容量为9MW/4.5MWh。

3.2  算例验证

根据《广东调频辅助服务市场交易规则（试行）》，通过建立模型，对历史数据进行仿真得出机组的调频性能K值。选取2018年某日的历史数据进行模拟仿真，未配置储能系统时，其K值约为0.5。配置9MW/4.5MWh储能系统之后的机组的K值约为1.3，较配置储能前性能值提升了2.6倍。增加储能系统后的机组运行曲线如图2所示，储能系统电量变化曲线如图3所示。

4  效益分析

4.1  效益组成

储能火电联合调频的收益主要来源于调频辅助服务补偿。以广东地区为例，调频市场补偿费用分为调频里程补偿和AGC容量补偿，在调频市场中中标的发电单元可获得相应调频里程补偿费用，所有提供合格AGC服务的发电单元均可获得相应AGC容量补偿费用。月度调频里程补偿计算公式如下：

4.2  效益分析

从上述收益计算公式中可以看出，广东地区的AGC调频市场按调频效果补偿，性能相对好的调频系统获得的补偿较高。据不完全数据统计显示，广东地区在调频市场运行初期，平均出清价格为18.6元;燃气机组单机的K值最大为1.64，最小为1.01，平均为1.37;燃气机组单机中标时长每天最大为23.99小时，最小为1小时，平均每天为10.86小时;390MW的燃气机组平均K值为1.37，平均每小时调频里程为158MW，其中K值大于1.3的机组平均每小时调频里程为166MW，K值小于等于1.3的机组平均每小时调频里程为147MW。

据此推算，如300MW燃煤机组配置9MW/4.5MWh储能系统后K值达1.3，其每日调频里程预计可达约1000MW。按每年运行300天计算，年收益约790万元。

实际影响储能设备调频效益的因素有许多，包括政策、调频需求、其他主体的市场行为、调频性能计算规则等，故而准确测算项目效益与回报存在一定难度。而依据当前已投入运行使用的项目来看，均取得了较好的收益。但随着配置储能系统的机组数量的增加，其获取的收益会被逐渐摊薄。

5  结  论

储能系统由于反应时间短、调节速率高、调节精度高，并且可双向调节，是一种优质的调频资源，具有很高的应用价值。当电网发送AGC指令要求机组增加出力时，储能系统放电，相当于增加机组对外输出功率;当AGC指令要求机组降低出力时，储能系统充电，相当于减少机组的对外输出功率[4]。系统采用高倍率功率型储能系统，具有秒级的功率响应速度，火电机组配置电化学储能系统，不仅可以显著提高机组的AGC性能指标，获取可观的经济收益，而且可以减少机组的设备磨损，降低煤耗，提高电力系统的安全稳定性，具有很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 封红丽.2016年全球储能技术发展现状与展望 [J].电器工业，2016（10）：23-29.

[2] 《储能产业研究白皮书2018》发布 [J].高科技与产业化，2018（4）：38-41.

[3] 贾璟瑶.基于火电厂AGC调频的电池储能系统SOC状态评估 [D].北京：华北电力大学（北京），2017.

[4] 本刊编辑部.曙光初现——储能在电力调频领域的商业探索 [J].中国电力企业管理，2015（5）：21-23.

作者简介：王琦（1988.12-），男，汉族，陕西西安人，项目管理工程师，工程师，本科，研究方向：储能技术与应用。