“首屆全國儲能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會”期間，中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司設(shè)計總工程師楚攀分享了主旨報告《基于儲能系統(tǒng)的調(diào)頻輔助服務(wù)的現(xiàn)狀、問題和未來》，以下為報告原文：

楚攀：感謝主辦方的邀請，今天給大家匯報一下基于儲能系統(tǒng)的調(diào)頻輔助服務(wù)的一些事情。我記得也是去年三月份，我們在太原召開了一次儲能調(diào)頻應(yīng)用的會議，那時候這個項目比較少，大家對這個比較陌生，過去一年發(fā)展在調(diào)頻領(lǐng)域項目現(xiàn)在看起來比較少，有的是9兆瓦、4.5兆瓦時，或者是18兆瓦，9兆瓦時，現(xiàn)在最大是在廣東，在華潤，大概的規(guī)模是15兆瓦，30兆瓦，有可能也是全世界和火電聯(lián)合調(diào)頻的最大項目。

下面給大家匯報一下分工的情況，這是現(xiàn)存的項目的分布，主要在山西地區(qū)最多，其次是廣東和內(nèi)蒙，廣東排第二，內(nèi)蒙是第三，其他地區(qū)各有一些。 之前科華的領(lǐng)導(dǎo)介紹的鯉江項目，雖然位于湖南，但是其實是向廣東電網(wǎng)供電的，它的一些調(diào)頻服務(wù)政策都享受廣東電網(wǎng)的政策。

接下來是政策情況，從2014年開始關(guān)于調(diào)頻輔助服務(wù)里面，無論調(diào)頻調(diào)峰，或者是調(diào)頻里面分一次調(diào)頻二次調(diào)頻，在東北的最早2014和2016年輔助服務(wù)更多針對一次調(diào)頻，政策非常多，可以看到市場經(jīng)過2018年發(fā)展，2019年還會發(fā)展下去。上一頁的項目每個看起來少，但是那么多加起來也有將近，包括目的在建的儲備項目，我對廣東項目不熟悉，其他地方統(tǒng)計不全，有超過300兆瓦時的規(guī)模。

隨著過去從2016年在北京石景山運營的調(diào)頻項目以后，陸續(xù)遇到一些問題，尤其是經(jīng)過2017、2018年這兩年的運行，問題集中在以下幾個方面。最大是安全問題，尤其是大功率充放對壽命影響，還有一個大規(guī)模放電的時候，電池能量能不能放出來那么多電，其實對電池是一個考驗。第二個影響的安全方面是，頻繁充放對整個電池的SOC的影響。主要影響來自哪些?頻繁重放SOC很難準(zhǔn)確，會導(dǎo)致我們的調(diào)度或者控制系統(tǒng)對SOC失控狀態(tài)，某些狀態(tài)造成想充電充不進去，想放電放不出來，就不能實現(xiàn)二次調(diào)頻或者一次調(diào)頻的功能。還有安全方面的二次消防怎么辦?出了事故之后二次消防怎么辦，這是目前遇到的難題。基本上廣東省所有的調(diào)頻項目我參與了評審，有些二次消防是直接讓人拿著二氧化碳進行，這是害人的。

政策方面，第一國家政策不確定性，另外地區(qū)政策不連貫性。尤其是山西省，在2017年之后，2018年調(diào)頻服務(wù)價格一直調(diào)低，更多行政方面的。對比廣東市場，廣東在去年8月份電量的運行，新出來的調(diào)頻市場，整個價值體制是競標(biāo)的情況，類似于股票交易市場，采用是統(tǒng)一價格，最終調(diào)整你自己的調(diào)節(jié)性能，這個相對健康一些。而且廣東市場除了已經(jīng)建成的和正在建的項目，儲備的還可能有10到20個這樣的項目。另外從整個潛力來說，整個廣東市場具備調(diào)頻性能基礎(chǔ)大概有170個，未來的空間非常大。

另外一個市場，市場方面參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場主體，基本上只有燃起機組和火電機組，未來獨立儲能站是不是有可能參加調(diào)頻服務(wù)，我覺得很有可能。因為現(xiàn)在整個廣東建設(shè)的所有儲能調(diào)頻電站來說，每次我去開評委會，無論是什么評審都會有中調(diào)，一般中調(diào)人會參與。目前調(diào)度方面他們希望能夠?qū)δ茈娬具M行直調(diào)，未來如果他們這方面在電廠實現(xiàn)直調(diào)的話，運行比較好，未來對獨立的調(diào)頻服務(wù)電站這是有可能的。

另外一方面輔助服務(wù)市場，對于儲能能量來說，無論建在發(fā)送配送哪個節(jié)點，整個電網(wǎng)來說所有人都能受益，但是多人受益投資方只有一個，這也是未來我覺得很多調(diào)頻項目，很多儲能項目持續(xù)性比較差的。因為儲能相當(dāng)于一個蓄水池，對于整個電網(wǎng)來說擺脫了剛性的需求，就變成一些柔性，無論蓄水池在哪兒大家都是受益的，多方受益的問題如何解決是我們從業(yè)者要關(guān)注的問題。

另外電池本體是做輔助服務(wù)尤其是調(diào)頻市場關(guān)鍵的問題。2018年韓國的儲能站燃燒或者出事故16起之多大概是本體造成的。國內(nèi)根據(jù)中國電科院的一些檢測，國產(chǎn)的電池基本上和世界一流真的還有一定差距，無論性能等方面都有差距，但是我們要迎頭趕上。有兩家屬于第一梯隊，我們大部分熟悉的都是第二梯隊，電池的選用上對我們做調(diào)頻輔助服務(wù)，尤其是系統(tǒng)服務(wù)集成要非常的慎重。

安全穩(wěn)定可靠這方面，保證SOC，就是SOC的測量非常重要，尤其正在做或者已經(jīng)有運行經(jīng)驗的做二次調(diào)頻項目來說，大家可能非常熟悉這中間出了什么問題，SOC的測量大概有五個方法，但是用得最多的是第二個，積分法，最多配合電壓。尤其是磷酸鐵鋁的電池非常頻繁，所以說對它的SOC精確的測定很困難。尤其是磷酸鐵鋁，如果要經(jīng)常保證它的SOC測量比較準(zhǔn)，要完成一個完整的充放，對于我們是調(diào)頻，尤其是二次調(diào)頻這個場景來說，比如在山西的調(diào)頻項目，它的電池每天混合電量大概相當(dāng)于一個完整的SOC，可能是完整的DOD在七八次。最先投的是廣東云浮電廠的一個聯(lián)合調(diào)頻項目，目前試運行兩三個月，大概一天像SOC的情況可能有十個之多。

在這樣的情況下，循環(huán)量這么大，而且都是淺充淺放，基本上沒有機會對電池進行調(diào)運，根據(jù)中國電科院的測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運行三個月SOC的偏差會達到10%以上，這個偏差難以避免，需要進行矯正才行。所以長期用，一年之后超過30%甚至超過50%，，如果SOC的準(zhǔn)確度偏差50%的話，基本上這個儲能站不能運行。實際情況也是這樣，山西運營的很多調(diào)頻電站能夠連續(xù)運行的并不多，很多剛開始三個月運營很好，一天收益七萬八萬的，但是長期收益的并不多，很多都存在著問題。目前能夠連續(xù)運行比較好的可能都是一些新建的。

我大概總結(jié)了電力市場調(diào)頻輔助服務(wù)的類型和遇到的問題，一次調(diào)頻，東北電網(wǎng)這邊已經(jīng)有了。一次調(diào)頻遇到的問題，現(xiàn)在它的收益模式據(jù)我所知是罰款的方式，像遼寧電網(wǎng)先罰款，然后再根據(jù)發(fā)電量和裝電量均分，有可能你分到的錢可能比罰款多，這樣你就賺了。但是二次調(diào)頻市場，尤其是廣東市場是主要運行，廣東市場所有參與調(diào)頻輔助服務(wù)，大家先交份子錢，按照發(fā)電量先交份子錢，交完之后分子錢再挨個獎勵，其實是獎勵優(yōu)秀者，讓大家變得越來越優(yōu)秀。東北電網(wǎng)出臺的政策就是懲罰落后的，也就是說收支平衡沒有改造的動力，相比之下廣東電網(wǎng)的政策更好，獎勵優(yōu)秀的話，大家會越來越優(yōu)秀，懲罰落后的大家最后滿足幾個分就行了。

二次調(diào)頻的話，像山西、內(nèi)蒙、廣東政策不太一樣，廣東越來越接近于基于電量交易市場上的政策，像調(diào)頻的價格也是不斷的變動，而且價格的成交方式也是根據(jù)每家，比如170多個，大家都去報價，未來5分鐘我的需要調(diào)頻容量是1000兆，大家每家報價有自己的容量，最后累計，價格從低到高排列，累計到1000兆瓦就停了，然后進行價格核算的時候，以報價最高的這家進行核算，前面你的報價雖然低，但是你的進行收益的價格按照最多的價格進行核算，意味著如果你的調(diào)頻性越好的話，可以報低價排在前面，最后還可以以比較高的核算價格，真是獎勵優(yōu)秀的機組政策。

未來可持續(xù)性來說，廣東市場是全球最有潛力的，而且廣東具備調(diào)頻市場的AGC的機組有將近170個。另外一個方面，廣東省海上風(fēng)電的發(fā)展，大概到了2020年有1200萬的裝機，計劃到2030年廣東省有三千萬的裝機，現(xiàn)在廣東省的電負(fù)荷也就1.2億千瓦。所以說到了2030年加上現(xiàn)有的路上風(fēng)電，還有光伏，可能到那時候廣東電量結(jié)構(gòu)大概6千萬都是可再生能源發(fā)電。隨著廣東經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，它的社會用電量增長到10年之后有可能不會突破2億千瓦，至少1/3最大電量是由可再生能源供應(yīng)。這樣情況下，我們對調(diào)峰調(diào)頻的需求都是非常大的，未來10年廣東市場有可能是輔助服務(wù)市場最大的市場。

火電機組靈活運行，現(xiàn)在也是在東三省份比較多，比如要低于30%的負(fù)荷，還要你運行，就把多余的電用電蓄熱的方式，尤其是熱電廠，用電蓄熱的方式存起來，通過供熱的方式賣出去。是不是也有可能聯(lián)合運行的時候，就是深度調(diào)峰，用小型的壓縮空氣儲能可能也是一種方式。我們僅僅靠儲能自己的峰谷差的話，這個模式難以盈利，但是如果作為一種服務(wù)盈利點就比較多。

這是調(diào)頻的需求分析，分析需求的目的是未來采取一個什么樣的調(diào)頻技術(shù)，上面的圖是采集的全天ACE的變化，中間是采集一天調(diào)頻需求變化，全天調(diào)頻需求基本符合正態(tài)分布，調(diào)度確定調(diào)頻容量要滿足功率的變化。我們采用傅里葉變化的形式對它進行分析，現(xiàn)在把頻譜拿出來，高頻部分占比比較多?；诖耍曳治鼋Y(jié)果是一個月國內(nèi)的高頻分量，我給它定義每次響應(yīng)時間小于1分鐘，占調(diào)頻比重大概是23%到36%，如果一天中拿出單獨的一個特征典型天，高頻分量占30%到40%，儲能資源占有適當(dāng)?shù)谋戎丶停槐赜脙δ苜Y源完全取代目前的調(diào)頻機組?，F(xiàn)在的調(diào)頻機組，最近幾年見的百萬千瓦的超高鋰電池機組，本身的調(diào)頻性能也是不錯的，還有調(diào)頻系統(tǒng)中高頻分量占有一定比重，或者比較大的比重時候，我們也會更好的達到調(diào)頻的效果。

基于此，我們儲能技術(shù)如何和調(diào)頻需求靈活運行，有點調(diào)峰的感覺。怎么匹配?一次調(diào)頻是屬于機高頻的機組，一次調(diào)頻很多是幾秒，十秒，很少超過一分鐘，能夠適合一次調(diào)頻的技術(shù)可能就是飛輪儲能和超級電容，別的基本上跟不上。二次調(diào)頻，可以把二次調(diào)頻拆解，有十幾秒的，也有一分鐘、三分鐘、五到十分鐘的有。高頻需求是飛輪儲能超級電容電化學(xué)，適應(yīng)低頻需求，電化學(xué)肯定沒有問題，用到最多的也就是鋰電池。對于小型壓縮空氣儲能，有可能這個領(lǐng)域能用到。對于火電機組的穩(wěn)定運行，雖然現(xiàn)在主要是深度調(diào)峰，現(xiàn)在主要市場是在東北、新疆電網(wǎng)需求，本地的負(fù)荷消耗不大，但是本地裝機又比較大，可再生能源比較多的城市，隨著未來我們國家的2050年能源新革命規(guī)劃，2050年用電量大概需要50%是規(guī)劃性能源，用電量一半都是非化學(xué)能源工業(yè)，這樣我們的電網(wǎng)還要保證安全穩(wěn)定運行，對儲能的需求非常驚人的。

我之前看一個介紹，為了保證用電量里面有50%是非化石能源的供應(yīng)，至少裝機容量里面80%是可再生能源的裝機。對于調(diào)頻或者調(diào)峰的需求非常大，未來不僅僅局限于西北或者東北地區(qū)，無論北方、南方的每個電源企業(yè)都面臨著火電機組要作為主要調(diào)節(jié)電源的局面，既要參與調(diào)頻也要參與調(diào)峰，甚至是一個深度的調(diào)峰，這樣給儲能帶來非常大的市場，而且是持續(xù)增長的市場。

為了應(yīng)對這樣的需求，我剛才說了很多未來的成長，這幾年大家可能對飛輪儲了解不多，但是飛輪儲能目前在國內(nèi)做得公司越來越多，我介紹一下飛輪儲能方面的發(fā)展。

我先做一個對比，鋰離子電池調(diào)頻電站和飛輪儲能調(diào)頻電站，我們可以從安全性、壽命方面、環(huán)境適應(yīng)性、退役回收方面飛輪儲能有很多的優(yōu)勢。飛輪儲能的基本原理，能源計算方式，E=1/2Jω平方。J就是你的轉(zhuǎn)入光量，也就是你的業(yè)務(wù)固定，你的轉(zhuǎn)入光量是永遠不變的，ω就是角速度，也就是說只要測出來角速度就是轉(zhuǎn)速，就可以得到我的能量，這樣給飛輪儲能帶來的優(yōu)勢可以精確估算它的SOC。

這是內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖，核心的是磁懸浮軸，里面有一個抽真空的裝置，大概是近似于真空的環(huán)境中，每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)接近4萬轉(zhuǎn)，使用壽命能夠超過20年。這是內(nèi)部的核心結(jié)構(gòu)，大家可以看一下。

這是目前做的成熟產(chǎn)品，單機輸出450千瓦，它能夠用15秒，這15秒對我們一次調(diào)頻非常有用，如果和電化學(xué)結(jié)合起來，我覺得在二次調(diào)頻領(lǐng)域也會得到很好的應(yīng)有。尺寸已經(jīng)很緊湊了，不到兩米高，長寬是76×76CM。

這是未來正在開發(fā)的，可以300千瓦輸出15分鐘的60度電，500千瓦輸出15分鐘的100度電，還有500千瓦存200度電，未來如果這個儲能系列開發(fā)出來以后，將在某種程度上接待電化學(xué)的一部分功能，我覺得其實不是替代，它跟電化學(xué)結(jié)合起來，可以把高頻分量任務(wù)承接過去，這樣我的電池就可以不用那么大規(guī)律的充放電，對于它的壽命也好，對電池的SOC測評也好，而且更重要的一點，我的飛輪和電化學(xué)或者其他應(yīng)用和電化學(xué)組成聯(lián)合的儲能系統(tǒng)時候，我可以用閑置的飛輪吸收電池的電量，讓這個電池在閑置的時候進行一個自標(biāo)定，這樣我的SOC可以根據(jù)這兩者結(jié)合起來，不僅帶來壽命的問題，更是我對儲能系統(tǒng)更精確的把控。

SOC對于電化學(xué)儲能非常關(guān)鍵。我們都知道江蘇電網(wǎng)建了202兆瓦時的電化學(xué)儲能站，其實我和他們調(diào)度交流的時候，他們不太敢怎么用，因為SOC不精確，所以調(diào)度非常沒有什么信心。而且他們現(xiàn)在也在委托中南大學(xué)課題組也在進行研究，SOC對于電化學(xué)來說特別重要，尤其是國內(nèi)來說，我們都用磷酸鐵鋁，磷酸鐵鋁相對來說SOC更難精確把控。如果能夠聯(lián)合起來，系統(tǒng)雖然復(fù)雜了，反而我們的控制精確了，這是反常識的理論。這是飛輪陣列，既可以用在直流電網(wǎng)，也可以用在交流電網(wǎng)。這是主要核心技術(shù)，磁懸浮技術(shù)，這個在國內(nèi)來說很先進，這個磁懸浮技術(shù)，飛輪基礎(chǔ)上也是一些軍轉(zhuǎn)民的運用，最早用在比如說航母測電這塊都可能用。

飛輪儲能的核心優(yōu)勢，高安全，長壽命，快充放、低成本。為什么說低成本?很多物件除電力電子之后達到壽命之后都會回收，都會存放，要再次利用，因為它是機械儲能不存在什么污染。

飛輪儲能和鉛酸電池，這是在一個UPS領(lǐng)域，比如說我們在一些區(qū)域中心，大家認(rèn)為鉛酸電池非常安全，其實不是這樣的，也會有事故，雖然比較少。比如說這個銀行做的UPS電源出現(xiàn)事故之后，導(dǎo)致經(jīng)濟損失2億人民幣，我們傳統(tǒng)的概念來說，我們都覺得鉛酸將近兩百年，實際情況是，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)的方面得出結(jié)論，用飛輪儲能做UPS其實更好，目前很多醫(yī)院、機場，包括應(yīng)急電源都把飛輪儲能做UPS，國外大概有幾千套的應(yīng)用。

在地鐵里，飛輪儲能更好的應(yīng)用在地鐵里面，回收地鐵的制動能量，進站時候能量等出站的時候快速的釋放出來，特別適合飛輪儲能的應(yīng)用場景。地鐵的車可能也就停一兩分鐘，飛輪特別不好的地方必須快充快放，如果閑置時間長了能量很快漏掉了，但是在地鐵這個場景反而是它最能夠發(fā)揮優(yōu)勢的地方，而且正好符合它的長壽命。高鐵里面也有這個優(yōu)勢，高鐵三四百公里的速度停下來，這個能量比地鐵大多了，我覺得未來高鐵可能也要用到。

這是一個實際的案例，在美國洛杉磯這個項目5年多回收成本，盈利有15年。對于地鐵這樣的用戶至少要運營50年到100年，所以雖然回收期比較長，也是一個非常好的商業(yè)模式，目前國內(nèi)來說沈陽地鐵正在做類似的示范項目。

能夠利用飛輪儲能在應(yīng)對極高頻，或者高頻次的需求的時候，讓電化學(xué)儲能應(yīng)對低級的需求，它們兩個結(jié)合起來既可以讓鋰電池不要進行大規(guī)模的放電，又可以讓它進行更好的標(biāo)定，兩者結(jié)合起來我覺得是未來二次調(diào)頻服務(wù)以及一次調(diào)頻領(lǐng)域非常有競爭力的方案，目前我們在做一些解決方案的實施，包括從系統(tǒng)級到零件級的都有很成熟的供應(yīng)廠商跟我們配合。設(shè)計院我們主要做的是解決方案，我們是尋找最優(yōu)質(zhì)的技術(shù)，不拒絕任何一個新鮮技術(shù)的應(yīng)用。

這是一個實際的項目，紫色是機組理論調(diào)整出力，綠色是機組實際調(diào)整出力，藍色是儲能+機組實際調(diào)整出力，這是一次調(diào)頻項目，它的時長是秒級的，加上飛輪儲能之后在一次調(diào)頻里面，雖然負(fù)荷不是那么好，但是對于考核標(biāo)準(zhǔn)來說，在一次調(diào)頻里面已經(jīng)表現(xiàn)相當(dāng)好。

未來儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢，有一個方向就是電池技術(shù)在材料方面取得突破性進展，出來一個新型電池，比如說超級什么電池，橫掃所有儲能領(lǐng)域，有這樣的可能性，但是可能小于萬分之一。另外一個把各種儲能技術(shù)綜合起來，我在設(shè)計院的角色來說不拒絕任何一種儲能方式，設(shè)計院的特長就是系統(tǒng)集成，我們愿意把各種優(yōu)勢技術(shù)集中起來滿足多種需求。比如說飛輪+電化學(xué)結(jié)合起來可以解決一次調(diào)頻、二次調(diào)頻，飛輪+電化學(xué)+小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，可以把深度調(diào)控解決了，可以同時把一次調(diào)頻、二次調(diào)頻，深度調(diào)控也解決了，飛輪+小型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，有可能這兩個技術(shù)結(jié)合起來就可以解決一次二次調(diào)頻和深度調(diào)控，這是未來的發(fā)展趨勢。