近年來，在智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)模快速發(fā)展的帶動下，儲能技術(shù)越來越成為多個國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。不過，受限于儲能技術(shù)成本高、經(jīng)濟(jì)性低以及相關(guān)行業(yè)政策的缺位，現(xiàn)階段在國內(nèi)電力行業(yè)還不能實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。而隨著北京石景山熱電廠2 兆瓦鋰離子電池儲能電力調(diào)頻系統(tǒng)的運(yùn)行，儲能技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用曙光初現(xiàn)。為了解儲能技術(shù)在火力發(fā)電agc調(diào)頻中的運(yùn)用，以及該項目的運(yùn)營模式、實際效果、商業(yè)價值等，本刊記者走進(jìn)石景山熱電廠，與公司領(lǐng)導(dǎo)和項目主要負(fù)責(zé)人進(jìn)行了深入交流和探討，希望能夠為廣大讀者提供可借鑒的經(jīng)驗，并帶來有價值的啟發(fā)和思考。
2013年9月16日，北京京能電力股份有限公司石景山熱電廠(以下簡稱石熱)3號機(jī)組2兆瓦鋰離子電池儲能電力調(diào)頻系統(tǒng)正式運(yùn)行，這是中國第一個以提供電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)為主的兆瓦級儲能系統(tǒng)示范項目，也是全球第一個將儲能系統(tǒng)與火電機(jī)組捆綁聯(lián)合響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻指令的項目。這還是一個商業(yè)示范項目，除了論證技術(shù)可行性以外，主要目的是驗證儲能在電力調(diào)頻領(lǐng)域中的商業(yè)價值。該項目投運(yùn)至今已超過15個月，儲能系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、響應(yīng)速度快、控制精度高，調(diào)頻特性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組。目前該聯(lián)合調(diào)頻火電機(jī)組已成為華北電網(wǎng)區(qū)域調(diào)頻性能最好的機(jī)組，機(jī)組調(diào)頻收益提升顯著。
談起該項目的源起，北京睿能世紀(jì)科技有限公司(以下簡稱睿能)首席執(zhí)行官牟镠峰告訴記者：“我從2007年進(jìn)入儲能行業(yè)起就一直在困惑，大家都說儲能技術(shù)好，但就是不掙錢，怎么辦?早在 2010年，美國已經(jīng)出臺了一系列政策支持儲能應(yīng)用于調(diào)頻市場，于是我們考慮能否通過技術(shù)、模式上的本土化創(chuàng)新，將之用在中國?！?011年，睿能開始和京能集團(tuán)溝通合作事宜。一方面，京能集團(tuán)認(rèn)為將儲能技術(shù)運(yùn)用于火力發(fā)電agc調(diào)頻是一種創(chuàng)新，值得探索;另一方面，令石熱擔(dān)憂的是，在沒有任何借鑒的情況下，能否應(yīng)對電力安全性的挑戰(zhàn)。后來，通過多次組織大型專家論證會，花了六七個月進(jìn)行反復(fù)論證，經(jīng)歷了無數(shù)次艱難的技術(shù)對接，最終促成了此次合作?！暗侥壳盀橹?，項目正常運(yùn)行了十幾個月，效果不錯，和前期的細(xì)致論證關(guān)系非常大”。
儲能運(yùn)用于電網(wǎng)調(diào)頻優(yōu)勢突出
調(diào)頻是維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行安全性的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，中國各地區(qū)電源結(jié)構(gòu)差異較大，區(qū)域電網(wǎng)呈現(xiàn)的調(diào)頻能力和效率不盡相同。通常來講，在北方的各大區(qū)域電網(wǎng)中，火電機(jī)組為主要的調(diào)頻電源，優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源較為稀缺;南方地區(qū)水電較為豐富，調(diào)頻手段更為多樣化。橫向比較，水電和燃?xì)鈾C(jī)組的調(diào)頻性能較好，但火電相對較差。在中國北方地區(qū)，隨著可再生能源的大規(guī)模開發(fā)，風(fēng)電、光伏的并網(wǎng)問題日益突出，大型火電機(jī)組長期提供調(diào)頻服務(wù)造成機(jī)組磨損、能源利用效率下降及故障率升高等問題。從電網(wǎng)調(diào)度需求角度出發(fā)，隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中比重的增加，為保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，電網(wǎng)中必須配置相應(yīng)的快速響應(yīng)電源。區(qū)域內(nèi)的調(diào)頻電源越能快速、精確地響應(yīng)調(diào)度下發(fā)的出力指令，則對電網(wǎng)安全越有利。
大規(guī)模先進(jìn)儲能系統(tǒng)具有毫秒級精確控制充、放電功率的能力，應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻時較傳統(tǒng)調(diào)頻手段有無可比擬的優(yōu)勢。自2003年以來，美國一些電網(wǎng)運(yùn)營商、研究咨詢機(jī)構(gòu)、儲能設(shè)備供應(yīng)商等相關(guān)主體協(xié)同進(jìn)行了細(xì)致豐富的工作。大量的理論驗證、研究分析和實際測試均表明，儲能技術(shù)應(yīng)用于調(diào)頻的效果遠(yuǎn)好于火電機(jī)組，對系統(tǒng)整體調(diào)頻控制有很好的改善作用。2008年美國西北太平洋國家實驗室的分析報告指出，同等規(guī)模比較下，儲能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻的效率是水電機(jī)組的1.7倍，是燃?xì)鈾C(jī)組的2.7倍，是火電機(jī)組和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的近20倍。2011年美國電科院(epri)研究報告指出，儲能應(yīng)用于調(diào)頻是在所有電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用中價值最高的。
從實際項目運(yùn)行效果看，儲能系統(tǒng)能夠有效降低電網(wǎng)調(diào)頻容量。2011年，在紐約州電力系統(tǒng)中，9兆瓦的飛輪儲能調(diào)頻系統(tǒng)完成的調(diào)頻任務(wù)量占總體調(diào)頻任務(wù)量的 23.8%，即3.3%的優(yōu)質(zhì)調(diào)頻電源完成了23.8%的總調(diào)頻任務(wù)。美國最大的電力市場pjm于2012年10月1日正式開始運(yùn)行新調(diào)頻市場，目前，pjm新調(diào)頻市場運(yùn)行效果良好，達(dá)到預(yù)期效果，在系統(tǒng)頻率控制指標(biāo)和總體調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了系統(tǒng)整體調(diào)頻容量降低30%的目標(biāo)，并且調(diào)頻電源性能獲得提升。當(dāng)大量常規(guī)機(jī)組容量從繁重的調(diào)頻功能中解放出來，一方面提升機(jī)組的運(yùn)行效率和長期的使用壽命，另一方面，也促進(jìn)了其他輔助服務(wù)市場和能量市場的競爭。目前，美國已經(jīng)正式商用的儲能調(diào)頻系統(tǒng)超過10萬千瓦。德國和韓國的儲能調(diào)頻市場也在快速發(fā)展中，韓國在2014年已經(jīng)完成第一期共 50兆瓦儲能調(diào)頻系統(tǒng)的招標(biāo)工作，按照計劃未來3年還將分期部署450兆瓦的儲能調(diào)頻系統(tǒng)。
在國內(nèi)，隨著電力系統(tǒng)接入越來越多的風(fēng)電和光伏發(fā)電，系統(tǒng)的凈負(fù)荷波動性變得更加顯著，到2020年中國將有總共150吉瓦的風(fēng)電并入各個區(qū)域電網(wǎng)，區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)調(diào)頻的壓力將越來越大，調(diào)頻需求將成倍增長。與火電相比，儲能可以提供更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻服務(wù)，盡管有著技術(shù)優(yōu)勢和巨大市場，但要替代現(xiàn)有的調(diào)頻方式，儲能仍存在經(jīng)濟(jì)性上的疑問。
美國儲能調(diào)頻發(fā)展得益于政策推動
美國儲能調(diào)頻的發(fā)展得益于美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會在政策方面的推動。2007年“890法案”確認(rèn)了包括儲能在內(nèi)的非傳統(tǒng)發(fā)電電源的市場主體地位，要求所有的電力市場無差別對待儲能系統(tǒng)，這是非常重要的，只有身份明確了，參與市場才能名正言順;2011年的“755法案”解決了儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻市場獲得合理回報的問題，要求電網(wǎng)為調(diào)頻服務(wù)的效果支付調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用;2013年的“784法案”明確，除儲能調(diào)頻應(yīng)用于美國區(qū)域電力市場，還將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了全部美國國土范圍。以上三個法案的施行，解決了儲能系統(tǒng)參與agc調(diào)頻服務(wù)市場的合法性以及獲取合理投資收益的問題，并且以法案形式將儲能調(diào)頻應(yīng)用規(guī)?；茝V至全美境內(nèi)，這對整個儲能行業(yè)的健康發(fā)展起到了決定性的作用。
“聯(lián)合調(diào)頻”模式初顯商業(yè)價值
石熱共有4臺220兆瓦燃煤供熱機(jī)組，目前已在3號機(jī)組安裝了2兆瓦儲能系統(tǒng)，其試運(yùn)行期間已顯著改善了3號機(jī)組的調(diào)頻性能。該項目運(yùn)行的基本原理是：當(dāng)電網(wǎng)發(fā)送agc指令要求機(jī)組增加出力時，儲能系統(tǒng)放電，相當(dāng)于增加機(jī)組的對外輸出功率;當(dāng)agc指令要求機(jī)組降低出力時，儲能系統(tǒng)機(jī)組的對外輸出功率正好與前者相反。
該項目以合同能源管理方式實施，儲能系統(tǒng)由睿能和北京源深節(jié)能技術(shù)有限責(zé)任公司(隸屬于京能集團(tuán))共同投資，睿能負(fù)責(zé)研發(fā)、建設(shè)和維護(hù)，石熱電廠主要負(fù)責(zé)安全運(yùn)行。其運(yùn)營模式被稱為“聯(lián)合調(diào)頻”。簡單說，就是按照電廠原有的基本調(diào)頻準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)頻，包括技術(shù)、補(bǔ)償方式等，只是進(jìn)行一些優(yōu)化。相當(dāng)于把儲能系統(tǒng)看作一個發(fā)電廠，而不是單獨(dú)看作一個調(diào)頻的儲能原件，這樣就不用單獨(dú)為其制定一套辦法和準(zhǔn)則，產(chǎn)生的增量收入由三方按比例分成。這種模式找到了進(jìn)入調(diào)頻市場的良好切入點(diǎn)，得到了能源局、電網(wǎng)、電廠各方的支持。
項目總投資約2000萬元人民幣，按照目前的運(yùn)營情況，預(yù)計5-6年能夠收回成本。作為第一個示范項目，睿能的初衷更多在于摸索和驗證儲能在電力調(diào)頻領(lǐng)域的技術(shù)可靠性和商業(yè)價值。目前看來，儲能技術(shù)穩(wěn)定可靠，收益情況也已達(dá)到預(yù)期。
“石熱電廠作為運(yùn)行單位，最關(guān)心的是兩方面問題：一是如何把在全球都沒有運(yùn)用過的新技術(shù)安全應(yīng)用在電廠;二是安全運(yùn)用之后，如何與電廠現(xiàn)有的調(diào)頻技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)‘聯(lián)合調(diào)頻’，充分發(fā)揮儲能技術(shù)的作用?！笔療岣笨偨?jīng)理王斌介紹了該項目投運(yùn)經(jīng)驗。解決第一個問題，是在項目前期做各種充分的論證，包括一些特性試驗，以及針對運(yùn)行一段時間的考驗等。解決第二個問題，從電廠側(cè)和儲能側(cè)都需要根據(jù)適用儲能的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，主要是分析裝置的個性、分析機(jī)組自身agc調(diào)整環(huán)節(jié)的特性，找到最佳的結(jié)合點(diǎn)。作為該項目來說，除了安全性以外，“聯(lián)合調(diào)頻”的示范意義更加重要。
“從運(yùn)營角度來講，為了適應(yīng)電廠的實際情況，從數(shù)據(jù)采樣、信號處理到算法優(yōu)化，都是一個逐步摸索的過程。從2013年9月掛網(wǎng)運(yùn)行，到真正效益大幅度提升始于2014年6月，這時聯(lián)合調(diào)頻才漸入佳境。”石熱該項目主要負(fù)責(zé)人之一郭永紅向記者介紹。
項目示范效果顯著
該項目結(jié)合節(jié)能進(jìn)行商業(yè)模式創(chuàng)新，為儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展找到了突破口，推動技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展，并為火電廠應(yīng)對電網(wǎng)公司考核，提升輔助服務(wù)質(zhì)量，降低火電機(jī)組磨損，減少非計劃停運(yùn)以及提高燃煤利用效率等方面提供了一定的幫助。項目運(yùn)行以來，取得了良好的示范效果。主要包括：
石熱3號機(jī)組agc調(diào)頻有明顯改善。2014年9月26日至今，在儲能系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，機(jī)組kp值提升20%，效果明顯。
儲能系統(tǒng)安全性和可靠性高。為了最大限度保證示范項目成果，該項目全部采用了國際領(lǐng)先的產(chǎn)品和設(shè)備。項目投運(yùn)以來，在初期兩個月運(yùn)行調(diào)試后，系統(tǒng)順利進(jìn)入了長期無人值守運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行記錄顯示，該儲能系統(tǒng)已經(jīng)累計實現(xiàn)充放電40萬次以上，運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生任何安全事故。
儲能系統(tǒng)運(yùn)行不會對機(jī)組運(yùn)行造成負(fù)面影響，在各類設(shè)備故障情況下，儲能系統(tǒng)控制裝置故障偵測和保護(hù)動作準(zhǔn)確及時，不會造成機(jī)組設(shè)備損傷。
儲能系統(tǒng)具有秒級的快速功率響應(yīng)和精確功率控制能力，相比火電機(jī)組，儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)agc調(diào)頻應(yīng)用方面體現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
明確儲能技術(shù)的市場主體地位
2014年國務(wù)院通過的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014～2020年)》提出了“提高可再生能源利用水平。加強(qiáng)電源與電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)安排調(diào)峰、調(diào)頻、儲能配套能力，切實解決棄風(fēng)、棄水、棄光問題”的發(fā)展思路。
目前，國內(nèi)已有企業(yè)表示對投資建設(shè)儲能設(shè)施意愿強(qiáng)烈，加快試點(diǎn)項目的推動，將有助于政府及各方參與主體深入了解項目運(yùn)行實際情況。同時，根據(jù)項目效果，將逐步完善儲能參與電力調(diào)頻市場機(jī)制，引導(dǎo)儲能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，有效規(guī)避大規(guī)模建設(shè)所帶來的產(chǎn)業(yè)風(fēng)險，為突破現(xiàn)階段儲能技術(shù)發(fā)展的困境帶來機(jī)遇。下階段建議行業(yè)主管部門重點(diǎn)在以下三方面作出部署：
明確儲能技術(shù)市場主體地位，簡化審批流程。儲能系統(tǒng)進(jìn)入電力行業(yè)，在項目的審批和建設(shè)過程中還會面臨諸多問題，包括儲能參與電網(wǎng)運(yùn)行的主體性質(zhì)及建設(shè)投資企業(yè)的相關(guān)資格等?，F(xiàn)行的政策對于儲能技術(shù)還沒有相應(yīng)的界定，限制了儲能技術(shù)以及儲能企業(yè)參與電力業(yè)務(wù)的空間。
加快制定儲能接入電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的各項技術(shù)要求和管理標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，這會在實施層面給儲能項目增加很多不確定性。
深化電力調(diào)頻市場機(jī)制，保持政策持續(xù)性。從產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的角度看，建立一個公開、透明的調(diào)頻市場，鼓勵各市場主體公平參與競爭，是推動儲能大規(guī)模進(jìn)入電力調(diào)頻領(lǐng)域的關(guān)鍵因素之一。同時，保持政策持續(xù)性，對于培育市場、引導(dǎo)儲能產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展至關(guān)重要。
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