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雙碳目標下的儲能調頻

2021.8.26 新聞中心 8/26每日一新

NL-511_安仁國際新聞中心

2021年第511期

隨著新能源為主體的新型電力系統的建設,風電、光伏等新能源在電網中滲透率越來越高。截至2020年底,我國風電裝機2.8億千瓦,光伏裝機2.5億千瓦,根據習總書記的宣言,到2030年,風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。預計到2050年,新能源裝機將達到40億千瓦,非化石能源發電量占全社會用電量將達到75%

 

什麼是調頻

頻率是衡量電能品質的一個重要指標。眾所週期,我國電力系統的頻率是50Hz,頻率偏差允許範圍在±0.2~0.5Hz

電力系統中的許多用電設備的運行與頻率密切相關,例如普遍使用的非同步電機,其轉速和輸出功率均與頻率相關;又比如,各類電子技術設備,若電網頻率不穩定,將影響其精確性;電廠的給水泵、迴圈水泵等重要輔機在頻率降低時會降低出力,導致發電廠有功出力減少,進而導致系統頻率進一步下降。

電力系統中頻率調整按照負荷變化的週期和幅值大小區別對待,一般分為三種,第一種頻率調整幅度很小,週期很短,一般小於10秒,屬於微小變動分量;第二頻率調整變動幅度較大,週期大概在10秒至2-3分鐘之間,屬於衝擊性的負荷變動,第三種是長週期分量,週期大約在2-3分鐘至10-20分鐘之間,主要由生產、生活和氣象等因素引起的負荷變化。

一次調頻主要針對第一種負荷短期的快速波動,屬於有差控制,在電網頻率越限時,變化值超過一次調頻設定的死區值時,自動提供有功的支撐,一次調頻死區的設置範圍一般在0.033-0.1Hz之間。AGC主要針對第二和第三種負荷變化來進行調節,通過自動控制程式,實現對控制區各發電設備的有功出力的自動調節分配,來維持系統頻率、聯絡線交換功率在允許範圍內的控制過程。

 

調頻的需求

風、光發電的波動性、間歇性、隨機性給電力系統的安全穩定帶來巨大挑戰,電網面臨著巨大的調頻等調節壓力,同時目前常規機組仍是主要的調頻資源,未來隨著其裝機占比逐漸萎縮,電網中調頻資源將面臨缺乏的困境,因此,新能源需具備相關的調節能力。

電力系統中的調頻服務主要包括一次調頻和AGC

最新的行標《電力系統網源協調技術規範》和國標《電力系統安全穩定導則》均提出,風電和光伏電站應具備一次調頻能力。目前,多個地區電力公司也相繼出臺政策要求新能源場站具備一次調頻功能,例如,山西省電力公司出臺通知,對於已投運新能源場站需進行一次調頻改造,新投運新能源場站需具備一次調頻功能方可並網;湖南省電力公司調度控制中心明確2022年底前,在運35千伏及以上新能源場站均應具備一次調頻功能;華中區域兩個細則要求,30MW及以上的風電場、集中式光伏電站等並網發電機組必須具備一次調頻功能。

根據國標《光伏發電站接入電力系統設計規範》,10MW及以上光伏電站應參與AGC;根據國標《風電場接入電力系統技術規定》,風電場具備參與電力系統調頻的能力。

具備一次調頻和AGC功能是風電、光伏等新能源場站在高占比新能源電力系統中的重要能力。


儲能調頻的應用

鋰電池儲能系統利用儲能變流器實現充放電的過程,具有回應時間短(充放電回應時間小於100ms)、調節速率快(空載到滿載的調節時間小於20ms)以及調節精度高等優勢,是優質的調頻資源。

根據國標《電化學儲能系統接入電網技術規定》要求,接入110kV及以上的公共電網的儲能電站應具有參與一次調頻的能力,並具備AGC的功能,目前,610kV及以上電壓等級並網的電網側儲能基本要求具備一次調頻能力和AGC的功能。

鋰電池儲能在常規發電機組側除配合機組完成一次調頻的基本輔助服務外,主要通過配合機組參與AGC有償輔助服務獲取收益,從而滿足電網的頻率穩定的要求。在新能源場站,除可通過預留有功備用實現一次調頻功能外,一般也可通過配置一定規模的儲能來完成一次調頻。隨著電力輔助服務市場和電力現貨市場的健全,部分地區使用者側和新能源側儲能也在逐步探索參與電網的AGC服務。