一、研究背景

為減少碳足跡和保障能源安全，世界各國著手制定后化石能源時代能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，快速發(fā)展的電力系統(tǒng)中可再生能源比例逐步提高，電網(wǎng)調(diào)頻資源相對減少。尋求新型調(diào)頻手段輔佐傳統(tǒng)機組提升電網(wǎng)整體調(diào)頻能力成為研究熱點，儲能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)、精確跟蹤與優(yōu)異功率-頻率特性，備受業(yè)界關(guān)注。調(diào)頻輔助服務(wù)是規(guī)模化儲能示范項目開展最多的應(yīng)用領(lǐng)域之一，全球有近20個國家在建或投運了共164項MW級儲能調(diào)頻應(yīng)用項目，涉及發(fā)電端、輸配環(huán)節(jié)和需求側(cè)。隨著規(guī)模化儲能調(diào)頻示范工程廣泛開展，各國調(diào)頻市場需求特點、儲能選型、儲能調(diào)頻的市場介入形式等，成為各界關(guān)注的焦點。

二、國內(nèi)外兆瓦級儲能調(diào)頻應(yīng)用

2.1、國內(nèi)外兆瓦級儲能調(diào)頻工程基本概況

圖1MW級儲能調(diào)頻項目數(shù)及容量在各地區(qū)分布情況

美國MW級儲能調(diào)頻項目數(shù)和裝機容量均以顯著優(yōu)勢領(lǐng)跑，意大利、德國、英國近幾年有較快發(fā)展趨勢，韓國和日本相關(guān)項目于2015～2016年受到重視，中國則每年以平穩(wěn)速度推進示范應(yīng)用。

圖2MW級儲能調(diào)頻工程具體類型結(jié)構(gòu)圖

鋰系電池為MW級儲能調(diào)頻應(yīng)用主流類型，其中鈦酸鋰電池高倍率特性和較好的循環(huán)壽命，應(yīng)用前景廣闊。鈉硫、鉛酸電池在2014年之前具有前期優(yōu)勢，之后鉛炭電池涉入。儲能技術(shù)類型呈多元趨勢，未來重力儲能、氫儲能等將應(yīng)用于調(diào)頻領(lǐng)域。

2.2、儲能調(diào)頻選型因素

儲能系統(tǒng)提供頻率調(diào)節(jié)服務(wù)時，例如AGC調(diào)頻，充放頻繁且幅值大，屬于功率型應(yīng)用，對充放電倍率性能及短時功率吞吐能力要求較高，因此電池類儲能需具備高倍率特性和較好的循環(huán)壽命。此外，還需考慮儲能安全性、功率密度、成本、轉(zhuǎn)換效率等特點。

三、國內(nèi)外兆瓦級儲能調(diào)頻運行模式

3.1、運行模式分類

儲能調(diào)頻滲入發(fā)電端、輸配環(huán)節(jié)、需求側(cè)，根據(jù)運營商需求協(xié)同配套電源或獨立并網(wǎng)提供調(diào)頻輔助服務(wù)，按運行模式分為：

1）輔助傳統(tǒng)電源調(diào)頻。儲能系統(tǒng)裝設(shè)在發(fā)電廠以輔助單臺或多臺火電機組參與AGC調(diào)頻，在調(diào)節(jié)延時、超調(diào)、反調(diào)等情況下執(zhí)行不同充放策略改善目標(biāo)機組AGC性能。

2）依托大規(guī)模新能源參與調(diào)頻。大規(guī)模風(fēng)光并網(wǎng)輔設(shè)儲能進行波動平抑實現(xiàn)高比例消納，儲能系統(tǒng)通常可多功能切換，包括響應(yīng)調(diào)度指令跟蹤參與調(diào)頻。

3）輸配環(huán)節(jié)獨立并網(wǎng)調(diào)頻。儲能作為獨立主體不依托于其他能源，從輸配環(huán)節(jié)特別是配電網(wǎng)絡(luò)獨立并網(wǎng)調(diào)頻，在調(diào)節(jié)區(qū)域控制偏差時減少供受區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線損耗并緩解擁塞。

4）需求側(cè)分布式儲能集群調(diào)頻。分布式儲能集群協(xié)調(diào)控制以用戶-調(diào)控中心之間交互信息流為基礎(chǔ)，聯(lián)接多個戶用儲能集成虛擬儲能系統(tǒng)參與頻率控制服務(wù)，通過家庭能量管理策略提高運行效率及虛擬集容量儲能系統(tǒng)的調(diào)頻可用率。

3.2、調(diào)頻市場需求與運行模式選擇

儲能作為主體參與商業(yè)調(diào)頻在美國因其市場環(huán)境發(fā)展而趨于完善且運行模式全面，德國、英國則因其強制性平衡機制助力儲能調(diào)頻在發(fā)電端與傳統(tǒng)機組相結(jié)合。其他歐洲國家受能源結(jié)構(gòu)變革驅(qū)動，為在穩(wěn)定電網(wǎng)運行前提下消納高比例新能源而引導(dǎo)儲能參與調(diào)頻。國內(nèi)則開展除需求側(cè)外的三種運行模式下儲能調(diào)頻項目，處于示范性或初級商業(yè)階段。儲能調(diào)頻不同運行模式的技術(shù)要求、市場或政策環(huán)境、典型項目如表1所示。

表1儲能調(diào)頻運行模式特點

四、儲能調(diào)頻市場規(guī)則現(xiàn)狀

美國實時AGC競價市場從準(zhǔn)入到定價及結(jié)算均引入性能指標(biāo)，對不同調(diào)頻源的適用性較廣。德國調(diào)頻市場的投標(biāo)競價未限制電源種類，準(zhǔn)入條件對容量受限型儲能有所制約，同時補償機制中效果指標(biāo)的缺位容易造成儲能與傳統(tǒng)源的收益分配與實際貢獻不對等。英國儲能調(diào)頻則處于前期驗證階段，尚未配套市場規(guī)則。國內(nèi)則已明確儲能在發(fā)電與需求兩側(cè)的調(diào)頻市場主體地位及價格機制的初步規(guī)則，但缺少適用于儲能的服務(wù)計量方法，調(diào)度機構(gòu)則缺乏電儲能裝置作為獨立可控設(shè)備參與AGC調(diào)頻的調(diào)度經(jīng)驗。表2為儲能調(diào)頻相關(guān)市場規(guī)則比較。

表2儲能調(diào)頻相關(guān)市場規(guī)則比較

五、分析與啟示

5.1、分析

1）儲能于未來電網(wǎng)調(diào)頻技術(shù)的補充與支撐意義促使全球各國相繼擴大項目投入和容量建設(shè)。調(diào)頻儲能選型需要平衡具體服務(wù)技術(shù)需求與投資主體經(jīng)濟制約，因此服務(wù)商對調(diào)頻用儲能呈多元選擇，以成熟度高的鋰離子電池為主流技術(shù)。

2）發(fā)電側(cè)儲能聯(lián)合火電調(diào)頻適用于激勵和強制型制度，不受初期儲能服務(wù)計量辦法空白的影響。需求側(cè)分布式儲能集成調(diào)頻需實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及協(xié)調(diào)管理的集控中心承轉(zhuǎn)支撐，涉及自消納/外響應(yīng)合理分配與用戶信息安全，配套建設(shè)和調(diào)控監(jiān)管難度稍大。

3）儲能調(diào)頻商業(yè)化受市場開放程度、補貼與激勵及計量定價方式等影響。電儲能容量有限，僅靠服務(wù)容量或電量價格補償力度較小且難以反映實際調(diào)節(jié)貢獻，服務(wù)計量方法也需對應(yīng)不同電源的調(diào)節(jié)質(zhì)量與經(jīng)濟特性增強適用性。

5.2、啟示

1）政策制定者：制定發(fā)電側(cè)與需求側(cè)調(diào)頻用儲能的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，給予服務(wù)商技術(shù)路線自主選擇權(quán)；設(shè)計效果評價指標(biāo)或方法時，可引入基于各調(diào)頻源執(zhí)行指令的有效性度量如實際里程；設(shè)計服務(wù)計量方法時，可兼顧不同電源的調(diào)節(jié)性能與成本差異，在參調(diào)容量/電量與實際效果指標(biāo)之間加權(quán)制衡；統(tǒng)籌發(fā)電側(cè)、需求側(cè)和未來可能的輸配電側(cè)并網(wǎng)電儲能，為暫未推行的運行模式留取政策空間裕度。

2）市場參與者：儲能運營商需綜合應(yīng)用場景的頻率調(diào)節(jié)需求及投資預(yù)期選擇儲能類型，在計量與獲益方式暫未明確的市場環(huán)境下可考慮儲能-火電聯(lián)合調(diào)頻運行模式，依據(jù)現(xiàn)有補償/考核機制與發(fā)電商實現(xiàn)互利共贏；電網(wǎng)運營商在規(guī)程允許前提下為儲能供應(yīng)商開放試驗接入端口并提供協(xié)助，對用戶側(cè)儲能調(diào)頻模式下電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計、線路敷設(shè)及節(jié)點計量等開展試驗。

3）調(diào)度機構(gòu)：可考慮綜合服務(wù)質(zhì)量、區(qū)域頻率調(diào)節(jié)需求等對不同種類和不同側(cè)電源調(diào)度次序和分配策略進行優(yōu)化；對儲能獨立個體調(diào)度時機和區(qū)域調(diào)節(jié)功率分配可能性進行前期探索；需求側(cè)分布式光伏-儲能模式調(diào)度可引入用戶自發(fā)電/自用電預(yù)測技術(shù)及超前控制對分布式儲能荷電狀態(tài)協(xié)調(diào)管理；對于暫未開放的輸配電側(cè)，依托前期試點項目研究儲能就地平衡供需特性和對局部電網(wǎng)的穩(wěn)定性影響。

文章作者：孫冰瑩，楊水麗，劉宗歧，李婷婷