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李建林:储能调频关键技术及案例分析

作者:中国储能电站网 来源:中国储能网 时间:2018-03-23 浏览:

中国储能电站网讯:

3月21日,“2018首届全国储能技术在电力调频辅助服务市场中应用高层研讨会”在太原理工大学成功召开。

本次研讨会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、太原理工大学、深圳市科陆电子科技股份有限公司、广东猛狮新能源科技股份有限公司、浙江南都电源动力股份有限公司、惠州亿纬锂能股份有限公司、浙江超威电力有限公司、成都特隆美储能技术有限公司、山东圣阳电源股份有限公司、阳光电源股份有限公司主办,中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司、北控智慧能源投资有限公司、中天储能科技有限公司、深圳市雄韬电源科技股份有限公司、北京睿能世纪科技有限公司、北京国能伏安节能科技有限公司、烯晶碳能电子科技无锡有限公司、万汇通能源科技有限公司、美国麦克斯威科技有限公司支持,中国储能网承办。

在会议上,中国电科院电工所储能系统集成与配置技术研究室主任、教授级高工李建林发表了题为《储能调频关键技术及案例分析》的演讲,全文内容如下:

李建林:各位同仁、各位新老朋友大家好,欢迎大家今天在我的母校——太原理工大学欢聚一堂,召开大会。首先,我插播一段广告,介绍一下我们中国电科院。中国电科院是国家电网公司直属的科研研究院,我给大家介绍一下找我能干什么。

首先我们能干三个事情:第一个,我们研究院的背景是大型储能示范工程的设计,比如辽宁的卧牛石等等都有我们的身影。包括后期大型的调频电站以及独立电站,独立的储能电站参与电网互动,我们都参与过设计。我们前年拿到储能的国家重点实验室,有一项重要工作就是做整个储能系统的检测,还有一项职能是制定储能的行业标准。

今天,我报告的题目是电网调频方面的。大家知道,这几年调频很火热,尤其是山西功不可没,我们山西电网也很开明,和各大企业合作,在山西干了很多开先河、调频电站。在山西电网的努力下,推动了其他地方的发展,比如说辽宁、华北包括内蒙,陆续都会有一些大型的调频电站。这个可能也就是今天我们把调频会议放在太原理工大学的一个主要原因。当然,山西科技厅也功不可没,我们有一个山西的重点研发计划是专门做调频的。我们国家电网公司针对山西所有的调频电站有一个专门的项目,给大家提供一些借鉴,告诉你什么样的储能可以参与调频,或者具备什么特性才可以参与调频。今天,我把我这几年关于调频方面的小心得分享一下。重点从五个方面:

一、调频政策解读

二、储能调频应用现状

三、典型案例

四、山西重点研发计划进展

五、结论

这几年调频这么火热,和国家能源局的这两个政策是相关的,这个政策明确给了我们储能一个名分,虽说没有具体的数字,但是给我们储能定位给了明确定义。首先在三北地区,他规定每个可以干5个左右的调频电站,首先在量级上有个说法。再一个,储能或者火电机组联合起来这是可以的。还有一种是独立运行也是合法合规的。2017年颁布的也是针对这个进行了强化,鼓励储能设备做一些相应的服务,并且要求各区域完善各自的细则。在这两个导则下,我们西北和华北做了大量的工作。

西北有“两个细则”,影响力极大,不仅对风电、火电有要求,对AGC服务调频也有相应的支配。首先看可用率补偿,可用率达到98%以上,每提高1%补偿0.5分/万千瓦,调节补偿容量也有相应的。它的整体逻辑就是依据这些指标给你打分,按照分值计算你该补偿的费用。加起来以后,辅助服务总补偿费用是每得1分,对应的奖励是1000元。所以西北人民把它量化了,是一个很重要的细则。

我们看一下华北的“两个细则”。华北紧扣的调频不是按打分制,是按三个指标,标准调节速率、调节精度、响应时间。比如说1%-4%的额定功率,包括响应时间都量化了,给了一些相应的考核指标。这就是大家做调频是否能得到奖励的很重要的技术指标,至于你如何达到,人家不管,你做到这个指标,就可以拿到相应的奖励。

这里面把这三个指标量化一下,调频有个数很关键,就是KP值,KP+K1×K2×K3。K1指相应的调节率,第二是偏差不能太大,第三是响应时间。因为现有的火电机组KP值做得并不高,这里的调频游戏规则其实类似于“斗地主”,假如地主赢10元,必然是两个农民各输了5元,调频也是一样的。所以处理调频有两种态度:一种是我愿意交罚款,另一种是我积极尝试新生事物,赚取奖励。这里取决于发电企业的理念,我们国家做得比较好的首先是国电、大唐、神华等等,当然咱们晋能做得也可以。咱们遵守游戏规则,紧扣这些指标做一些工作。

大家看一下这个收益是怎么算的,你得到的收益等于调节量×KP值,KP相当于你工作的系数,你要干得好,有可能是翻倍的,干得不好就乘以零点几。这里初步规定是15元/MW,咱们山西开始执行这个政策,后来执行完之后太高了,华北大概是12元,现在有很多地方在降这个值,这个值还有待于进一步深度论证,取一个合适的值。

我们山西做得很好,确实是开了先河,在“两个细则”之下,我们山西省政府也出台了红头文件,确保能执行下去。在这几个细则下,在这些激励之下,山西调频市场很火热,在业界知名度也很高,影响力也很大。

在这些政策激励下,我们看一下储能调频处于一个什么状态。首先来看一下,这是一个火电调频的基本原理,其实很简单,就是电网AGC值下了以后,你按照负荷分给自己的火电机组,去调这个装置,原理很简单。我们看一下效果,蓝色的线就是电网的AGC,从肉眼能看到,它的调节上肯定是有偏差的,并且延迟也有点高,甚至有的时候调整反了,所以这个直接导致火电调频存在系列问题,导致火电机组KP值并不高,这也是很多火电机组挨罚的原因。

我们看一个周期之内,你跟这个指令怎么样,这是我调频指令下来之后,你跟不跟得上,你看这个误差、延迟经常有,所以,火电调频确实实实在在地碰到了相应的问题,急需找一种方法去提升。这个时候,储能就应运而生。储能最大的优点,响应时间是百毫秒级,很快。大家可以看出,这是储能的指令,我跟你几乎都能跟得上,所以储能参与调频的好处是:精度高、速度快,各方面都很强。有国内的学者对储能调频能力进行了量化,现在业界有这么两种说法:一种是“储能的调频能力相当于常规火电机组的25倍”;还有一种说法是“储能的调频能力相当于常规火电机组的17倍”。我个人建议是中间值,25倍可能有点过了。从这个道理上讲,就把储能参与调频的基本原理告诉给大家了,比如让一个人从五楼直接跳到一楼肯定不行,有储能在的话,搞一堆台阶,慢慢下来就没事。所以有储能在以后,可以把你的K1、K2、K3得到提升,使得综合KP值得到提高。

这是原理图,这里的常规火电还在,我这儿加一个储能系统。唯一不同的是AGC指令来了以后,我进行控制,把指令进行分解,有些指令还给火电机组让它慢慢控制,而有些变化的我给储能装置,让储能和它配合,得到相应的提升。

刚才就是调频的基本概念和逻辑。下面我介绍几个典型的案例。大家知道做调频,也不是什么新鲜事物,在国外有好多比如在美国有9MW的调频工程,在韩国目前是最大的,有56MW的储能调频,当然调频是由好几部分组成的。中国人民做得也可以,在石景山有调频电站,KP值也比较高,只不过火电机组原因现在关停了,不过这是商业模式的问题,技术还是基本可行的。

山西做得很快,也很有显示度,陆续有示范工程都在良好运行,尽管在中间可能会碰到这样那样的问题,不过我坚信随着同仁的努力,调频市场是可以做起来的,因为技术本身上是没有什么问题的,只不过是商业模式如何在后期得到完善提高而已。

下面我们介绍一下山西这几个电站,从技术上给大家展示一下。大家可以看出,原理是一样的,我把储能和火电机组配合起来,把指令进行分解,能起到什么效果呢?常规的火电机组KP值各个地方不太一样,一般是2.8左右或者3左右,借助储能以后可以得到大幅度提升,到4左右甚至5,这就是储能参与调频的基本原理。


这个就是实际的机组,从这个图形上肉眼就能看出,你跟不上,要么你滞后,要么有误差,常规火电机组KP值并不高。我们再看一下储能系统投进来以后,从肉眼上几乎看不出这个差。所以,借助储能以后,我这个KP值有一个好的提升。我们看一下量化指标,借助储能之后,K1、K2、K3都是比较高的,乘起来以后能到4左右,高的时候能到5,甚至5.2,KP值得到大幅度提升。

这个图是给15元的装置上,我们看它的收益,还是比较高的,有时候能到7万,有时候能到10万,人们估算一天回收的成本大概是8万元左右,一年按300天算的话,收益大概2000多万。刚才大家看到的一般是9MW,0.5小时,以前的中标价格是4098万元,这次中标是3400多万,而你一年收益就能到2000多万,可能两年左右成本就回了。还有待于把价格有一个合理的区间,使得调频更规范地发展起来。

我们电科院给另外一个发电企业做了一个方案,我重点介绍一下,还处于执行阶段。国内有个电站,总装机1300MW,中间4台机组,想针对4号机组,因为这个机组的KP值极低,每个月都罚好多钱,所以他们想办法把交的罚款投一些储能设备,使得值得到相应的提升。我们看一下这个机组的特征,它速度上没有问题,很快,可是它有超条,精度不够,所以K2值是比较低的。基于这个,我们首先给它算算加多少储能就把这个活干了,多少就把KP值得到提升,这里是我们的条件,我们把储能容量进行一些变化,比如开始加3MW、4.5MW、6MW,看一些曲线的偏差。通过这些调频加上以后,通过我们计算,加入机组功率的2%的储能,效果就比较好了,按照业界3%就偏高了,电池也是工作在浅松浅放的状态下,收益也比较高,投资回收期也比较短。这个是在华北电网,当时1MW补12元,基于这些,我们进行了经济上的测算。我们把数据进行了收益表,比如加6MW下来以后,大家可以看看KP值,以前的KP值是一点几,最多到三,借助储能以后达到4.5,甚至接近5左右。投资回报也是比较可观的,近期大家就会看到示范工程,因为方案论证已经通过了,后期就会有一个好的推进。我们看了一下收益,我们按12元算,回收得比较高。

我重点介绍一下山西重点研发计划的进展,因为山西科技厅力度很大。去年我们在山西科技厅的资助下,针对几个主流的电池,一个是锂电池,一个液流,一共列了五个重点专项,其中我们承接的锂电池,在这个计划基础之上我们进行深度挖掘,后来拿到国家的重点研发计划,正在执行。

这是我们的10MW级锂电池的功能示范,签约单位今天也到了,我给这个项目出谋划策。重点看一下它的进展,任务要求我们做一个10MW,现在我们做到2MW,现在就在山西。大家可以看,原理上要求我们10MW,而我们现在只做了2MW,并且示范工程积极推进受到各方面因素的影响,期待咱们有机会可以把这个项目能更好地推进下去。10MW,我们采用的是集装箱的锂电池储能系统,集装箱有很多优点。这是里面的基本参数,有兴趣大家可以了解一下,单个集装箱大概是有这么些参数。我们也通过对它系统进行了检测,基本上达到了任务的要求,也能把这个指标都能做得到。这是整体设计的框图(原理图)。这是实物图,2MW都OK了,大家有兴趣可以去看一下。后期我们要重点推10MW的进一步落地,一方面期望我们做储能产业的人对它能有资助,另一方面欢迎各路神仙对这个项目能积极落地,带来更好的收益出谋划策。

总之,我得到以下几个结论:

1.在当地政府和国家政策指导下,电储能参与调频市场极大,值得关注。凡是有“两个细则”能管住的地方,都是有需求的地方。

2.三北地区对于调频需求快速增加,但火电机组的调频能力优先,储能调频需求增加。

3.世界范围调频示范初具规模,国内多个调频示范正在筹划。

4.电池储能技术具有快速精确的响应能力,比传统调频手段更为高效。适合开展火储联合调频示范应用。

5.配置储能系统后,KP值得到明显提升。

(本文根据现场录音整理,未经本人审核)

关键字:储能调频

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