刁云鵬，王忠言，張來星，于曉輝，宋 陽

(1. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長春 130028；2. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院， 長春 130021；3.通化熱電有限責任公司，吉林 通化 134000；4. 華能吉林發(fā)電有限公司長春熱電廠， 長春 130000)

自動發(fā)電控制(AGC)又稱二次調(diào)頻，作為并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)7個項目之一，主要是指各類調(diào)頻資源通過自動發(fā)電控制功能按照一定調(diào)節(jié)速率實時調(diào)整發(fā)電出力，跟蹤電力調(diào)度指令，以滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制要求，解決短時間內(nèi)，區(qū)域電網(wǎng)隨機特性的功率不平衡問題。目前，我國的調(diào)頻電源主要為火電機組，但是火電機組響應(yīng)時滯長、機組爬坡速率低，不能準確跟蹤電網(wǎng)調(diào)度的調(diào)頻指令，存在調(diào)節(jié)延遲、調(diào)節(jié)偏差和調(diào)節(jié)反向等現(xiàn)象?；痣姍C組頻繁變換功率運行,會加重機組設(shè)備疲勞和磨損，影響機組的運行壽命[1]。比較而言，水電機組響應(yīng)較快，可以在幾秒內(nèi)達到滿功率輸出，但水電機組的建設(shè)受地理條件的限制，整體可提供的調(diào)頻容量較為有限，亟需新的調(diào)頻手段。

目前電池儲能系統(tǒng)解決了上述問題，電池儲能系統(tǒng)響應(yīng)速度快，短時功率吞吐能力強，調(diào)節(jié)靈活，誤差小，可在1 s內(nèi)實現(xiàn)滿功率輸出，在額定功率范圍內(nèi)實現(xiàn)精準控制。持續(xù)充/放電時間為15 min的儲能系統(tǒng)，其調(diào)頻效率不僅比燃煤機組表現(xiàn)優(yōu)秀，也優(yōu)于水電機組。電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻，節(jié)約電力系統(tǒng)投資運行費用和降低煤耗靜態(tài)效益明顯，其響應(yīng)快速，運行靈活，也達到了系統(tǒng)運行的調(diào)頻需求而產(chǎn)生動態(tài)效益預(yù)期[2]。本文介紹了國內(nèi)最大電廠側(cè)儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，分析了儲能系統(tǒng)投入前后綜合調(diào)頻性能指標和經(jīng)濟收益。

1 工程概況及AGC性能指標計算方法

1.1 工程概況

某電廠采用第三方投資方式建設(shè)國內(nèi)最大的電廠側(cè)儲能調(diào)頻項目，儲能調(diào)頻裝置的建設(shè)由第三方公司投資，設(shè)備投產(chǎn)后的運行、維護、備件更換等事項全部由第三方公司負責，合作期為10年，電廠與第三方公司對新增儲能調(diào)頻裝置為電網(wǎng)提供市場調(diào)頻服務(wù)所增加的收入進行分成。

該項目采用磷酸鐵鋰電池，容量為30 MW/15 MW·h儲能輔助調(diào)頻系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻時最大功率為30 MW持續(xù)充電或者放電30 min。項目投資金額1.2×108元，采用10 m集裝箱布局方式，模塊化設(shè)計，集成度高占地面積約1 500 m2。電池部分：15個10 m集裝箱，每個集裝箱為電池容量為995 kW·h；功率部分：15個10 m集裝箱，每個集裝箱2 MW，10 kV輸出；集控部分：1個10 m集裝箱；高壓電氣部分：1個10 m集裝箱。電池系統(tǒng)有可靠的安全性；電池管理系統(tǒng)(BMS)三級架構(gòu)，可以監(jiān)測到每顆電芯的運行狀態(tài)信息；電池采用磷酸鐵鋰電池，穩(wěn)定性較好，受熱不會產(chǎn)生氧氣，配合消防系統(tǒng)可消除危險；通過了CSA/TUV認證，在撞擊、針刺、短路、高溫等情況下不起火爆炸；電池超過60 ℃，系統(tǒng)停機，消除了熱失控的風險。項目從開工建設(shè)到完成30天連續(xù)試運，一共用了1年多的時間。

1.2 AGC性能指標計算方法

2017年國家發(fā)改委聯(lián)合多部門發(fā)布的《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》中指出“允許儲能系統(tǒng)與機組聯(lián)合或作為獨立主體參與輔助服務(wù)交易”，這標志著儲能參與電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場的正式到來。隨后全國各省的電力市場新政中“儲能”一詞也屢見不鮮，這進一步說明了儲能在電力調(diào)頻輔助服務(wù)中重要地位。調(diào)節(jié)速率、響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)精度是廣泛用于評價發(fā)電單元相應(yīng)AGC指令動作情況的指標。

綜合調(diào)頻性能指標k指發(fā)電單元響應(yīng)AGC控制指令的綜合性能表現(xiàn),計算公式如下：

k=0.25×(2×k1+k2+k3)

式中：k1為調(diào)節(jié)速率，k1≤5, 保證發(fā)電單元響應(yīng)AGC控制指令時不會出現(xiàn)過調(diào)節(jié)或超調(diào)的情況;k2為響應(yīng)時間；k3為調(diào)節(jié)精度。

不同時間周期內(nèi)發(fā)電單元綜合調(diào)頻性能指標k的算術(shù)平均值，即對應(yīng)統(tǒng)計周期內(nèi)的綜合調(diào)頻性能指標k。

2 儲能系統(tǒng)的應(yīng)用

圖1 升負荷時跟蹤電網(wǎng)AGC調(diào)頻響應(yīng)過程

圖2 降負荷時跟蹤電網(wǎng)AGC調(diào)頻響應(yīng)過程

通過對該電廠的歷史數(shù)據(jù)進行調(diào)取和分析發(fā)現(xiàn)該電廠儲能系統(tǒng)未投入使用前機組k值平均在0.6左右，電池儲能系統(tǒng)投入后k值平均為1.3左右，k值得到顯著提升(見表1)，經(jīng)濟收益上看，儲能聯(lián)合調(diào)頻平均每天收益1×105元，如全天24 h都中標的情況下歷史最高收益將達到27×104元。

表1 儲能投入前后綜合調(diào)頻性能指標k值對比

某電廠儲能項目建成后，與機組聯(lián)合運行，顯著提升電廠發(fā)電機組AGC調(diào)節(jié)性能，大幅度提高了k值，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益，同時也為機組提供緊急保安電源，保證設(shè)備安全，儲能系統(tǒng)使電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)更加精確、快速，實現(xiàn)電網(wǎng)與電廠之間的共贏。

3 結(jié)束語

2019年9月國家能源局東北監(jiān)管局發(fā)布兩個細則文件《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》和《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)輔助服務(wù)管理實施細則》，對AGC機組的響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度都有了新的要求，雖然現(xiàn)有的輔助服務(wù)管理細則中只對AGC的可用時間和AGC服務(wù)貢獻電量進行補償，未出臺如華北電網(wǎng)、廣東電網(wǎng)根據(jù)調(diào)頻性能指標k值及調(diào)節(jié)深度等進行補償?shù)募殑t，但相信在不久的將來吉林省為構(gòu)建有效的調(diào)頻輔助服務(wù)市場，激勵發(fā)電企業(yè)提供更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻輔助服務(wù)，一定會出臺相應(yīng)的政策和細則。吉林省內(nèi)一些科研院所已經(jīng)開展了一些電池儲能項目的研究并參與了個別儲能調(diào)頻項目的建設(shè)，通過這些系列研究和項目參與能充分了解調(diào)頻方面的突出優(yōu)勢、掌握目前國內(nèi)示范項目的真實應(yīng)用情況，進一步推動省內(nèi)儲能系統(tǒng)輔助火力發(fā)電廠調(diào)頻的開發(fā)研究，以期合理推動全省儲能電源建設(shè)，促進全省新能源健康穩(wěn)定發(fā)展，保障全省電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行[3]。