储能在美国调频市场中的发展及启示

Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ７ ５ ０ ０ ／ Ａ Ｅ Ｐ Ｓ ２ ０ １ ２ ０ ９ ２ ６ ８ 储能在美国调频市场中的发展及启示 陈大宇 １ ， 张粒子 １ ， 王 澍 ２ ， 牟镠峰 ２ （ １ ． 华北电力大学电气与电子工程学院 ， 北京市 １ ０ ２ ２ ０ ６ ； ２ ． 北京睿能世纪科技有限公司 ， 北京市 １ ０ ０ ０ ２ ６ ） 摘要 ： 随着风电等间歇性能源的发展和大规模并网 ， 大容量储能技术的瞬时及精确功率控制能力 在辅助自动发电控制系统为电力系统提供高质量的调频服务上得到开发和应用 。 文中借鉴美国联 邦能源监管委员会最新提出的调频市 场补偿规则的基本框架以及各电力市场的最新调频市场设 计 ， 针对中国调频服务管理和运行经验 、 现状及存在的问题 ， 提出了中国深化和改善调频市场建设 的思路和建议 。 关键词 ： 储能 ； 调频服务 ； 自动发电控制 ； 电力市场 收稿日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ９ － ２ ９ ； 修回日期 ： ２ ０ １ ２ － １ １ － １ ９ 。 ０ 引言 近 １ ０ 年来 ， 包括锂电池 、 飞轮储能 、 压缩空气储 能 、 超级电容 、 液流电池等在内的各种新型储能技术 发展快速 ， 主要体现在使用寿命 、 功率和容量的规模 化 、 运行可靠性 、 投资成本等方面取得了突破 ［ １ ］ 。 储 能系统的输出外特性具有以下特点 ： ① 响应速度快 ， 可在毫秒级时间范围内满功率输出 ； ② 精确控制 ， 能 够在任何功率点保持稳定输出 ； ③ 双向调节能力 ， 充 电过程表现为负荷 ， 放电过程表现为电源 。 在电力系统运行过程中 ， 自动发电控制 （ Ａ Ｇ Ｃ ） 主要通过实时调节电网中调频电源 的有功出力 ， 实 现对电网频率及联络线功率的控制 。 储能系统能够 快速 、 精确地控制功率输出 ， 非常符合电网调频的需 求 。 在全球范围内 ， 新型储能系统规模化应 用于电 网调频始于美国 ， 电力工业的相关主体协同 进行了 大量的理论验证 、 实验分析和实际测试 ， 结果显示充 分利用储能等高性能调频电源能够有效改善系统调 频整体效率和经济性 。 在较完善的电力市场中 ， 调频市场是能量市场 以外的独立市场 ， 由于电力系统调频功能的特殊性 ， 其市场设计也自成体系 。 调频市场设计的核心目标 是在保证系统频率控制满足标准的 前提下 ， 最小化 系统整体调频成本 ［ ２ － ４ ］ 。 随着储能等新技术在美国调频市场中的应用 ， 原有市场设计的缺陷逐渐显露 ， 主要体现在 储能等 优质调频电源的价值不能充分体现 ， 成 本 无法得到 合理补偿 ， 由此降低 了优质调频电源保持和 改善对 电网服务的积极性 。 ２ ０ １ １ 年 ， 美国联邦能源监管委 员会 （ Ｆ Ｅ Ｒ Ｃ ） 发布法案 ７ ５ ５ ， 其中包括重新设计了根 据调频效果支付调频电源经济补偿费用的调频补偿 机制的框架 。 自 ２ ０ ０ ６ 年国家电力监管委员会发布 《 并网发电 厂辅助服务管理暂行办法 》 以来 ， 中国辅助服务补偿 机制已 经 基 本 建 立 ， 特 别 是 Ａ Ｇ Ｃ 调 频 市 场 化 已 经 取得了显著的成效 。 近 几 年来 ， 随 着国内可再生能 源在 “ 三北 ” 地区的大规模并网引起了系统调频需求 的增长 ， 而火电机组 Ａ Ｇ Ｃ 调频会导致煤耗增加 、 机 组磨损增加 等 问 题 ， 且 调 频 性 能 不 及 储 能 系 统 ， 因 此 ， 在以火电为主的电网 （ 如华北 ） ， 利用储能技术提 供 Ａ Ｇ Ｃ 调 频 ， 可 能 是 一 种 应 对 含 大 规 模 风 电 系 统 调频需求的解决方案 。 但由于中国尚未有储能技术 在调频领域规模化应用的经验 ， 因此从市场准入 、 运 行管理 、 补 偿 与 考 核 以 及 Ａ Ｇ Ｃ 调 度 等 方 面 都 可 能 面临各种问题 ， 亟待开展相关研究 。 本文结合 新 型 储 能 技 术 （ 以 下 简 称 储 能 ） 的 特 点 ， 通过与传统电源的 调 频 方 案从技术 上 及 经 济性 上进行比较 ， 借鉴美国 新 调 频 市场设计 框 架 和 独立 系统运营商 （ Ｉ Ｓ Ｏ ） ／ 区 域 输 电 组 织 （ Ｒ Ｔ Ｏ ） 的 新 调 频 市场规 则 设 计 内 容 ， 结 合 目 前 中 国 Ａ Ｇ Ｃ 调 频 市 场 现状 ， 提出未来逐步深化 Ａ Ｇ Ｃ 调频市场的建议 。 １ 储能系统与传统电源的调频特性比较 与传统电源相比 ， 储能为电网提供调频的技术 优势较明显 ， 并且经济性也将逐渐呈现 ， 能有效改善 电力系统的运行效率 。 １ ． １ 储能技术与传统调频电源的性能对比分析 一般电网调频功能主要由水电机组 、 燃气机组 以及燃煤机组等传统电源提供 。 由于这些电源均由 具有旋转惯性的机 械 器 件 组成 ， 将 一次能源转换成 —９— 第 ３ ７ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ３ 年 １ 月 １ ０ 日 Ｖ ｏ ｌ ． ３ ７ Ｎ ｏ ． １ Ｊ ａ ｎ ． １ ０ ， ２ ０ １ ３