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国内外兆瓦级储能调频示范应用现状分析与启示

时间:2021-12-01 来源网站:山东化工机械网

一、研究背景

为减少碳足迹和保障能源安全,世界各国着手制定后化石能源时代能源结构转型战略,快速发展的电力系统中可再生能源比例逐步提高,电网调频资源相对减少。寻求新型调频手段辅佐传统机组提升电网整体调频能力成为研究热点,储能系统具有快速响应、精确跟踪与优异功率-频率特性,备受业界关注。调频辅助服务是规模化储能示范项目开展最多的应用领域之一,全球有近20个国家在建或投运了共164项MW级储能调频应用项目,涉及发电端、输配环节和需求侧。随着规模化储能调频示范工程广泛开展,各国调频市场需求特点、储能选型、储能调频的市场介入形式等,成为各界关注的焦点。

二、国内外兆瓦级储能调频应用

2.1、国内外兆瓦级储能调频工程基本概况

图1MW级储能调频项目数及容量在各地区分布情况

美国MW级储能调频项目数和装机容量均以显著优势领跑,意大利、德国、英国近几年有较快发展趋势,韩国和日本相关项目于2015——2016年受到重视,中国则每年以平稳速度推进示范应用。

图2MW级储能调频工程具体类型结构图

锂系电池为MW级储能调频应用主流类型,其中钛酸锂电池高倍率特性和较好的循环寿命,应用前景广阔。钠硫、铅酸电池在2014年之前具有前期优势,之后铅炭电池涉入。储能技术类型呈多元趋势,未来重力储能、氢储能等将应用于调频领域。

2.2、储能调频选型因素

储能系统提供频率调节服务时,例如AGC调频,充放频繁且幅值大,属于功率型应用,对充放电倍率性能及短时功率吞吐能力要求较高,因此电池类储能需具备高倍率特性和较好的循环寿命。此外,还需考虑储能安全性、功率密度、成本、转换效率等特点。

三、国内外兆瓦级储能调频运行模式

3.1、运行模式分类

储能调频渗入发电端、输配环节、需求侧,根据运营商需求协同配套电源或独立并网提供调频辅助服务,按运行模式分为:

1)辅助传统电源调频。储能系统装设在发电厂以辅助单台或多台火电机组参与AGC调频,在调节延时、超调、反调等情况下执行不同充放策略改善目标机组AGC性能。

2)依托大规模新能源参与调频。大规模风光并网辅设储能进行波动平抑实现高比例消纳,储能系统通常可多功能切换,包括响应调度指令跟踪参与调频。

3)输配环节独立并网调频。储能作为独立主体不依托于其他能源,从输配环节特别是配电网络独立并网调频,在调节区域控制偏差时减少供受区域间联络线损耗并缓解拥塞。

4)需求侧分布式储能集群调频。分布式储能集群协调控制以用户-调控中心之间交互信息流为基础,联接多个户用储能集成虚拟储能系统参与频率控制服务,通过家庭能量管理策略提高运行效率及虚拟集容量储能系统的调频可用率。

3.2、调频市场需求与运行模式选择

储能作为主体参与商业调频在美国因其市场环境发展而趋于完善且运行模式全面,德国、英国则因其强制性平衡机制助力储能调频在发电端与传统机组相结合。其他欧洲国家受能源结构变革驱动,为在稳定电网运行前提下消纳高比例新能源而引导储能参与调频。国内则开展除需求侧外的三种运行模式下储能调频项目,处于示范性或初级商业阶段。储能调频不同运行模式的技术要求、市场或政策环境、典型项目如表1所示。

表1储能调频运行模式特点

四、储能调频市场规则现状

美国实时AGC竞价市场从准入到定价及结算均引入性能指标,对不同调频源的适用性较广。德国调频市场的投标竞价未限制电源种类,准入条件对容量受限型储能有所制约,同时补偿机制中效果指标的缺位容易造成储能与传统源的收益分配与实际贡献不对等。英国储能调频则处于前期验证阶段,尚未配套市场规则。国内则已明确储能在发电与需求两侧的调频市场主体地位及价格机制的初步规则,但缺少适用于储能的服务计量方法,调度机构则缺乏电储能装置作为独立可控设备参与AGC调频的调度经验。表2为储能调频相关市场规则比较。

表2储能调频相关市场规则比较

五、分析与启示

5.1、分析

1)储能于未来电网调频技术的补充与支撑意义促使全球各国相继扩大项目投入和容量建设。调频储能选型需要平衡具体服务技术需求与投资主体经济制约,因此服务商对调频用储能呈多元选择,以成熟度高的锂离子电池为主流技术。

2)发电侧储能联合火电调频适用于激励和强制型制度,不受初期储能服务计量办法空白的影响。需求侧分布式储能集成调频需实时监测数据及协调管理的集控中心承转支撑,涉及自消纳/外响应合理分配与用户信息安全,配套建设和调控监管难度稍大。

3)储能调频商业化受市场开放程度、补贴与激励及计量定价方式等影响。电储能容量有限,仅靠服务容量或电量价格补偿力度较小且难以反映实际调节贡献,服务计量方法也需对应不同电源的调节质量与经济特性增强适用性。

5.2、启示

1)政策制定者:制定发电侧与需求侧调频用储能的并网标准,给予服务商技术路线自主选择权;设计效果评价指标或方法时,可引入基于各调频源执行指令的有效性度量如实际里程;设计服务计量方法时,可兼顾不同电源的调节性能与成本差异,在参调容量/电量与实际效果指标之间加权制衡;统筹发电侧、需求侧和未来可能的输配电侧并网电储能,为暂未推行的运行模式留取政策空间裕度。

2)市场参与者:储能运营商需综合应用场景的频率调节需求及投资预期选择储能类型,在计量与获益方式暂未明确的市场环境下可考虑储能-火电联合调频运行模式,依据现有补偿/考核机制与发电商实现互利共赢;电网运营商在规程允许前提下为储能供应商开放试验接入端口并提供协助,对用户侧储能调频模式下电网络拓扑设计、线路敷设及节点计量等开展试验。

3)调度机构:可考虑综合服务质量、区域频率调节需求等对不同种类和不同侧电源调度次序和分配策略进行优化;对储能独立个体调度时机和区域调节功率分配可能性进行前期探索;需求侧分布式光伏-储能模式调度可引入用户自发电/自用电预测技术及超前控制对分布式储能荷电状态协调管理;对于暂未开放的输配电侧,依托前期试点项目研究储能就地平衡供需特性和对局部电网的稳定性影响。

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