电池储能的多时间尺度调频优势分析

电池储能技术已被视为电网运行过程中“发-输-配-用-储”五大环节中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差、平滑负荷，不仅可以更加有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。电池储能技术的应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来一定变革。

近几十年来，电池储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电信等部门的重视。电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式可分为物理、电磁、电化学和相变储能四大类型。电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能等。

电力的生产输送和使用三个环节是同时发生的，随着新能源的接入，电力的生产不再具有相对的稳定性，电力负荷的需求也是瞬息万变，一般情况下电能较难储存。一天之内，白天和前半夜的负荷需求较高；下半夜大幅度地下跌，低谷有时只是高峰的一半甚至更少。新能源发电也因气候等原因而导致电力生产的波动性。鉴于这几种情况，发电设备在负荷高峰时段、新能源电力输出小时要满发；而在低谷时段，若新能源电力输出大，就会存在弃水、弃风、火电压出力或关停机的情况，增加能源损失。采用储能设施，将电网中多余的电力储存起来是最理想的。大容量储能技术大规模应用可有效降低昼夜峰谷差、提升电网稳定性和电能质量水平、促进新能源大规模接入电网。电池储能技术在电力系统中的应用已成为未来电网发展的一个必然趋势。

电池储能系统利用电池将电力系统低谷时段剩余的电力存储起来，待到电网负荷高峰或故障时，再将电能释放至电网。电池储能系统是通过能量转换装置，将电力系统的电能在时间上重新分配，以协调供需在时间上的不一致性，从而使电力系统达到安全、经济运行的目的。

基于电池储能系统的自动化程度高，增减负荷灵活，对负荷随机、瞬间变化可做出快速反应，能保证电网周波稳定，从而起到调频作用。其通过与常规机组的调速器、现有的自动发电控制系统有效结合，参与电网的一、二次调频，维持系统频率处于标准范围之内，可成为提高电力系统对可再生能源的接纳能力，并减少旋转备用容量需求的有效途径。其优势可以概括如下：

1）电池储能系统的响应速度快，响应速率高，且易改变调节方向。电池储能系统一般通过高频电力电子装置接入电网，没有能量转换过程所需的延迟和惯性，可以快速调整与电网之间功率交换的大小与方向，及时快速地跟踪可再生能源的功率波动。对由于可再生能源发电变化和电网故障所造成的频率快速下降，可以快速响应并减小系统频率变化率和频率偏差幅值，为响应较慢的同步发电机启动调频提供足够的时间，为电网可靠安全运行提供足够的调频时间裕度。

2）电池储能调频具有多时间尺度特性。大规模电池储能系统容量配置灵活，根据系统的不同需求，可以实现故障调频（毫秒极）、一次调频（秒级）、二次调频（分钟级）和三次调频（小时级）的多时间尺度调频应用，从而满足系统在不同运行方式下对频率调整的要求。

3）电池储能系统不存在不灵敏区的问题，能更好地完成一次调频任务，减轻二次调频的负担。传统调频电厂设置调速系统不灵敏区，为了躲开电力系统频率幅度较小而又具有一定周期的随机波动，减少调速系统的动作，减少阀门位置的变化，提高发电机组运行的稳定性。由于不灵敏区的存在，在系统扰动情况下，频率和联络线功率振荡的幅值和时间都将增加，将加重二次调频的负担。(www.xing528.com)

4）电池储能系统可减少系统备用容量的需求。发电厂在执行调频的发电计划曲线时，存在着未能精确按照规定时间增减出力的情况，而电池储能系统则可以快速、精确地按照规定时间加减出力，这在一定程度上可减少因传统调频机组爬坡慢而导致的额外调频设备的调度。

5）减少调频机组磨损。传统调频机组经常处于变化状态，会造成能量的损耗和设备寿命的损耗。对于电池储能系统来说，频繁地充放电对储能系统本身的设备损耗与影响极小。

6）电池储能系统更环保。与传统调频电厂相比，大规模电池储能系统参与调频时不产生任何气体，即使根据CO₂足迹考虑，电池储能系统排放的温室气体是燃气机组的50%，燃煤机组的20%；同时，传统调频电厂参与调频时燃料消耗增加约为1%。因此，电池储能系统有效地降低了燃料消耗，降低温室气体排放，可对实现2020年减排45%的目标做出突出贡献。

7）储能调频的效率高，运行维护费用较少。目前，国外示范运行的调频电厂中锂电池效率高达90%。此外，电池储能调频电站基本不消耗燃料、水等资源，运行维护费用较少。此外，储能电站还具有安装地点灵活，建设周期短等优点。

基于上述优点，大规模储能系统应用于电网调频是一个新的研究方向，其可行性正被业界认同。最近几年，日本、美国、欧洲及中东地区的一些国家正在大力推广和应用先进的大容量电池储能技术。美国联邦能源管制（调度）委员会（Federal Energy Regulatory Commission，FERC）同意在纽约和中西部电力系统独立运营商（ISO）采用非发电（No-Generation）调度服务商-有限储能电源（Limited Energy Storage Resources，LESR）参与快速调频，并采取储能电价收入和快速响应调频收入等措施扶持和发展大规模储能系统参与系统调频。

我国国家能源局、国家发展改革委等五部委联合发布的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》（发改能源〔2017〕1701）明确指出：鼓励储能与可再生能源场站作为联合体参与电网运行优化，接受电网运行调度，实现平滑出力波动、提升消纳能力、为电网提供辅助服务等功能。建立健全储能参与辅助服务市场机制。参照火电厂提供辅助服务等相关政策和机制，允许储能系统与机组联合或作为独立主体参与辅助服务交易。完善用户侧储能系统支持政策。结合电力体制改革，允许储能通过市场化方式参与电能交易。支持用户侧建设的一定规模的电储能设施与发电企业联合或作为独立主体参与调频、调峰等辅助服务。结合电力体制改革，研究推动储能参与电力市场交易获得合理补偿的政策和建立与电力市场化运营服务相配套的储能服务补偿机制。推动储能参与电力辅助服务补偿机制试点工作，建立相配套的储能容量电费机制。