儲(chǔ)能在調(diào)頻的效果顯著、市場(chǎng)巨大，值得大家關(guān)注、探討！

我們重點(diǎn)關(guān)注的光伏等清潔電力占比提高后，儲(chǔ)能調(diào)頻需求更是會(huì)提升，相關(guān)公司受益明顯！

 

報(bào)告：

 

 

儲(chǔ)能系列報(bào)告之二——調(diào)頻：初露鋒芒，唯快不破

能源化工組 2017年7月5日

 

調(diào)頻市場(chǎng)被低估。對(duì)于電網(wǎng)來說能量供需不平衡和系統(tǒng)突發(fā)事件是電力系統(tǒng)運(yùn)行的固有特性，在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)中，電網(wǎng)短時(shí)間內(nèi)的能量不平衡是由傳統(tǒng)機(jī)組（在我國(guó)主要是火電和水電）通過響應(yīng)AGC信號(hào)來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。而隨著新能源的并網(wǎng)，風(fēng)光的波動(dòng)性和隨機(jī)性使得電網(wǎng)短時(shí)間內(nèi)的能量不平衡加劇，傳統(tǒng)能源（特別是火電）由于調(diào)頻速度慢，在響應(yīng)信號(hào)時(shí)具有滯后性，因此不能滿足新增的需求，而儲(chǔ)能（特別是電化學(xué)儲(chǔ)能）由于調(diào)頻速度快，容量可調(diào)，因此成為非常好的調(diào)頻資源。根據(jù)California電力市場(chǎng)的電源特點(diǎn)，平均來看，儲(chǔ)能調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.7倍，燃?xì)鈾C(jī)組的2.5倍，燃煤機(jī)組的20倍以上。

 

儲(chǔ)能參與AGC調(diào)頻效果顯著。在現(xiàn)有的政策及技術(shù)條件下，儲(chǔ)能由于無法作為獨(dú)立主體參與到市場(chǎng)中，因此目前儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)的方式是與火電形成一個(gè)混合機(jī)組。根據(jù)華北區(qū)域的細(xì)則，理論上最好的調(diào)頻效果與最差的調(diào)頻效果之間可以相差近8000倍。實(shí)際應(yīng)用中，投入前K2和K3的平均值分別在1.4和1.5左右，投入后上升到1.5和1.6左右，Kp值從2.98上升到3.2左右，后期通過進(jìn)一步優(yōu)化使得Kp值提升到接近5，體現(xiàn)了儲(chǔ)能在調(diào)頻方面具有非常優(yōu)越的性能。

 

調(diào)頻市場(chǎng)空間巨大。從PJM市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)以及石景山項(xiàng)目的調(diào)頻效果來看，調(diào)頻的需求大約是總裝機(jī)容量的2%左右，我們得到全國(guó)存量調(diào)頻規(guī)模大約在42GW左右。考慮到目前只有華北區(qū)域是依效果付費(fèi)，我們僅考慮華北區(qū)域總體的極限替代也能達(dá)到近770萬千瓦。目前國(guó)內(nèi)外并沒有對(duì)調(diào)頻規(guī)模的統(tǒng)一測(cè)算方法，調(diào)頻需求是1%~2%的峰值負(fù)荷這一結(jié)論只是海外的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)際上隨著新能源的占比的不斷上升，實(shí)際需求還將會(huì)更高。以加州為例，由于風(fēng)光的大量接入，2016年CAISO增加了2月~6月調(diào)頻需求量（一般增加到600MW，在2月底~3月初增加到800MW），總需求量是同期的近兩倍，而這段時(shí)間內(nèi)的調(diào)節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調(diào)頻巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2016年加州總裝機(jī)量達(dá)7902.6萬千瓦，其中風(fēng)電占比7.1%，太陽能占比12.5%，相比之下PJM總裝機(jī)量達(dá)1.82億千瓦，而風(fēng)電只占0.6%，太陽能占比只有0.1%。反應(yīng)在調(diào)頻需求上加州的調(diào)頻需求是峰值容量的0.9%，最高峰時(shí)可達(dá)1.7%，而加州只有0.3%~0.5%。從國(guó)內(nèi)來看，自2008年以來國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量平均年增長(zhǎng)率超過8%，我們認(rèn)為未來5年裝機(jī)量平均增長(zhǎng)率仍將保持這一速度，因此年新增裝機(jī)量將有約1.5億千瓦，由此我們得出年調(diào)頻需求在1.5~2GW左右。

 

調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)好于削峰填谷。因此根據(jù)清華大學(xué)電機(jī)系劉紅衛(wèi)的碩士畢業(yè)論文《電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻的性能及經(jīng)濟(jì)性分析》中石景山的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，我們得到儲(chǔ)能和火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻的效果及經(jīng)濟(jì)性相關(guān)評(píng)價(jià)。石景山項(xiàng)目總投資2260萬元，其中電池為1200萬元，PCS為600萬元，施工費(fèi)用460萬元，我們假設(shè)設(shè)備殘值為5%，根據(jù)以上假設(shè)我們進(jìn)行投資回收期測(cè)算，在第5年時(shí)NPV即可為正，IRR可達(dá)到11%，體現(xiàn)了調(diào)頻項(xiàng)目具有非常好的投資前景。由此我們可以看出調(diào)頻的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)超削峰填谷，而未來隨著新能源在電源中占比的進(jìn)一步提高，以及電力市場(chǎng)進(jìn)一步深化，開放輔助服務(wù)市場(chǎng)，調(diào)頻的需求也將進(jìn)一步釋放，因此我們認(rèn)為調(diào)頻將會(huì)成為一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)。此外還可以將同一儲(chǔ)能應(yīng)用到不同的場(chǎng)景中，通過多種場(chǎng)景疊加來獲得更多的收益，從而進(jìn)一步縮短投資回收期。

 

建議關(guān)注的公司：由于能量供需不平衡和系統(tǒng)突發(fā)事件是電力系統(tǒng)運(yùn)行的固有特性，因此調(diào)頻是系統(tǒng)內(nèi)在的需求。隨著風(fēng)光等新能源接入比例逐步升高，調(diào)頻的需求也將快速上升，從而為整個(gè)市場(chǎng)帶來相應(yīng)的機(jī)會(huì)。同時(shí)調(diào)頻的投資回收期在5年左右，顯著優(yōu)于削峰填谷，我們認(rèn)為調(diào)頻市場(chǎng)正處于從用傳統(tǒng)能源調(diào)頻向儲(chǔ)能調(diào)頻過渡的時(shí)期，替代效應(yīng)正在逐步顯現(xiàn)。在投資標(biāo)的方面，上市公司建議關(guān)注：科陸電子、比亞迪和南都電源。非上市公司建議關(guān)注：睿能世紀(jì)和珠海銀隆。

 

相關(guān)行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)：政策推進(jìn)力度不及預(yù)期，輔助服務(wù)市場(chǎng)中政策改變可能會(huì)對(duì)儲(chǔ)能的替代有一定的抑制作用；電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步帶來需求的減少；技術(shù)進(jìn)步、成本下降不及預(yù)期導(dǎo)致發(fā)展緩慢。

 

目 錄

 

調(diào)頻，被低估的市場(chǎng)

新能源裝機(jī)量增長(zhǎng)，調(diào)頻需求激增

電池儲(chǔ)能是構(gòu)建新電網(wǎng)中的關(guān)鍵

在AGC調(diào)頻中儲(chǔ)能的效果明顯

調(diào)頻效果顯著，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于削峰填谷

投資標(biāo)的

科陸電子（002121.SZ）

比亞迪（002594.SZ）

南都電源（300068.SZ）

睿能世紀(jì)

珠海銀隆

風(fēng)險(xiǎn)因素

 

調(diào)頻，被低估的市場(chǎng)

新能源裝機(jī)量增長(zhǎng)，調(diào)頻需求激增

在整個(gè)電網(wǎng)中，頻率是保證機(jī)組和用戶用電安全的重要約束條件，一定程度的小范圍頻率波動(dòng)（如國(guó)內(nèi)大電網(wǎng)為±0.2HZ）一般可以被整個(gè)電網(wǎng)接受，但是一旦頻率波動(dòng)范圍過大則會(huì)造成機(jī)組切機(jī)、用戶電器跳閘等意外發(fā)生，造成損失。電網(wǎng)的頻率與發(fā)電機(jī)及用戶的負(fù)荷相關(guān)，當(dāng)發(fā)電機(jī)和用戶的負(fù)荷相平衡時(shí)，頻率穩(wěn)定在60HZ（國(guó)內(nèi)為50HZ），當(dāng)發(fā)電機(jī)容量超過負(fù)荷容量時(shí)，頻率會(huì)上升，反之亦然。

 

對(duì)于電網(wǎng)來說，發(fā)電端的供給和用電端的需求必須保持實(shí)時(shí)平衡，由于實(shí)際過程中，用戶無序的使用以及發(fā)電端新能源發(fā)電的波動(dòng)性特征使得電網(wǎng)無法保證真正的實(shí)時(shí)平衡，通過調(diào)節(jié)供需可以使得電網(wǎng)能在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，從而達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)。以發(fā)電機(jī)切機(jī)導(dǎo)致頻率降低為例，目前三時(shí)間段框架是應(yīng)用較為普遍的平衡機(jī)制：在大量機(jī)組切除后的30S內(nèi)，發(fā)電廠通過機(jī)組慣性和調(diào)速器響應(yīng)來控制頻率偏移，自動(dòng)抑制頻率衰減，此時(shí)是一次調(diào)頻；在30S~10min的期間內(nèi)，以調(diào)頻器為代表的二次調(diào)頻設(shè)備介入調(diào)頻，此為二次調(diào)頻；第三個(gè)時(shí)間段從第5min開始，資源的經(jīng)濟(jì)調(diào)度通過5min實(shí)時(shí)情況提供三級(jí)控制機(jī)制，此時(shí)進(jìn)行三次調(diào)頻。

 

在三時(shí)間段框架中，一次調(diào)頻是機(jī)組的基本服務(wù)，是用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)中較小的波動(dòng)是其維持在正常的范圍內(nèi)，電廠無法靠其獲得收益。自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic GenerationControl, AGC）是二次頻率控制的第一種形式，AGC系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)自身頻率變化及其與相鄰區(qū)域之間的實(shí)際交換功率變化得到區(qū)域控制誤差（Area Control Error, ACE）,當(dāng)其偏離平衡零點(diǎn)時(shí)，AGC將調(diào)度信號(hào)傳輸給發(fā)電機(jī)，實(shí)施相應(yīng)的提高/降低出力從而達(dá)到升/降頻的目的。例如發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)造成頻率大幅下降超過一次調(diào)頻的范圍時(shí)，通過二次調(diào)頻介入抑制頻率下降，并逐步使頻率回升到正常水平。

 

隨著新能源裝機(jī)容量的不斷上升，舊有的電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)新能源接入帶來的各種變化，特別是對(duì)于風(fēng)電和光伏來說，由于沒有辦法進(jìn)行一次調(diào)頻，因此隨著風(fēng)光在電源結(jié)構(gòu)中占比的不斷攀升，系統(tǒng)調(diào)頻的壓力也越來越大。風(fēng)電由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣性很小，同時(shí)缺乏調(diào)速器在擾動(dòng)后增加機(jī)組出力，因此從性質(zhì)上可以將其看成是無調(diào)節(jié)的火電機(jī)組。而光伏更是沒有旋轉(zhuǎn)體提供慣性，盡量在理論上逆變器可以提供在從直流向交流的電力轉(zhuǎn)換過程中的響應(yīng)，但是這需要依賴于只能電網(wǎng)監(jiān)控和通訊功能，因此在現(xiàn)有條件下也不具有一次調(diào)頻能力。當(dāng)系統(tǒng)缺乏足夠的一次調(diào)頻能力時(shí)，可能無法在干擾后充分抑制頻率波動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商采取甩負(fù)荷的措施，造成發(fā)電廠和用戶雙輸?shù)木置妗?/div>