“首屆全國儲能技術與綜合能源服務高層研討會”期間，中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司設計總工程師楚攀分享了主旨報告《基于儲能系統的調頻輔助服務的現狀、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的調頻輔助服務的一些事情。我記得也是去年三月份，我們在太原召開了一次儲能調頻應用的會議，那時候這個項目比較少，大家對這個比較陌生，過去一年發展在調頻領域項目現在看起來比較少，有的是9兆瓦、4.5兆瓦時，或者是18兆瓦，9兆瓦時，現在最大是在廣東，在華潤，大概的規模是15兆瓦，30兆瓦，有可能也是全世界和火電聯合調頻的最大項目。

下面給大家匯報一下分工的情況，這是現存的項目的分布，主要在山西地區最多，其次是廣東和內蒙，廣東排第二，內蒙是第三，其他地區各有一些。 之前科華的領導介紹的鯉江項目，雖然位于湖南，但是其實是向廣東電網供電的，它的一些調頻服務政策都享受廣東電網的政策。

接下來是政策情況，從2014年開始關于調頻輔助服務里面，無論調頻調峰，或者是調頻里面分一次調頻二次調頻，在東北的最早2014和2016年輔助服務更多針對一次調頻，政策非常多，可以看到市場經過2018年發展，2019年還會發展下去。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，其他地方統計不全，有超過300兆瓦時的規模。

隨著過去從2016年在北京石景山運營的調頻項目以后，陸續遇到一些問題，尤其是經過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很難準確，會導致我們的調度或者控制系統對SOC失控狀態，某些狀態造成想充電充不進去，想放電放不出來，就不能實現二次調頻或者一次調頻的功能。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，另外地區政策不連貫性。尤其是山西省，在2017年之后，2018年調頻服務價格一直調低，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，新出來的調頻市場，整個價值體制是競標的情況，類似于股票交易市場，采用是統一價格，最終調整你自己的調節性能，這個相對健康一些。而且廣東市場除了已經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頻性能基礎大概有170個，未來的空間非常大。

另外一個市場，市場方面參與調頻輔助服務市場主體，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頻服務，我覺得很有可能。因為現在整個廣東建設的所有儲能調頻電站來說，每次我去開評委會，無論是什么評審都會有中調，一般中調人會參與。目前調度方面他們希望能夠對儲能電站進行直調，未來如果他們這方面在電廠實現直調的話，運行比較好，未來對獨立的調頻服務電站這是有可能的。

另外一方面輔助服務市場，對于儲能能量來說，無論建在發送配送哪個節點，整個電網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頻項目，很多儲能項目持續性比較差的。因為儲能相當于一個蓄水池，對于整個電網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者要關注的問題。

另外電池本體是做輔助服務尤其是調頻市場關鍵的問題。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。國內根據中國電科院的一些檢測，國產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頻輔助服務，尤其是系統服務集成要非常的慎重。

安全穩定可靠這方面，保證SOC，就是SOC的測量非常重要，尤其正在做或者已經有運行經驗的做二次調頻項目來說，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，如果要經常保證它的SOC測量比較準，要完成一個完整的充放，對于我們是調頻，尤其是二次調頻這個場景來說，比如在山西的調頻項目，它的電池每天混合電量大概相當于一個完整的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合調頻項目，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運，根據中國電科院的測量統計數據，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，山西運營的很多調頻電站能夠連續運行的并不多，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。目前能夠連續運行比較好的可能都是一些新建的。

我大概總結了電力市場調頻輔助服務的類型和遇到的問題，一次調頻，東北電網這邊已經有了。一次調頻遇到的問題，現在它的收益模式據我所知是罰款的方式，像遼寧電網先罰款，然后再根據發電量和裝電量均分，有可能你分到的錢可能比罰款多，這樣你就賺了。但是二次調頻市場，尤其是廣東市場是主要運行，廣東市場所有參與調頻輔助服務，大家先交份子錢，按照發電量先交份子錢，交完之后分子錢再挨個獎勵，其實是獎勵優秀者，讓大家變得越來越優秀。東北電網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，相比之下廣東電網的政策更好，獎勵優秀的話，大家會越來越優秀，懲罰落后的大家最后滿足幾個分就行了。

二次調頻的話，像山西、內蒙、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，像調頻的價格也是不斷的變動，而且價格的成交方式也是根據每家，比如170多個，大家都去報價，未來5分鐘我的需要調頻容量是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，真是獎勵優秀的機組政策。

未來可持續性來說，廣東市場是全球最有潛力的，而且廣東具備調頻市場的AGC的機組有將近170個。另外一個方面，廣東省海上風電的發展，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，現在廣東省的電負荷也就1.2億千瓦。所以說到了2030年加上現有的路上風電，還有光伏，可能到那時候廣東電量結構大概6千萬都是可再生能源發電。隨著廣東經濟的結構轉型，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。這樣情況下，我們對調峰調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市場最大的市場。

火電機組靈活運行，現在也是在東三省份比較多，比如要低于30%的負荷，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。是不是也有可能聯合運行的時候，就是深度調峰，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盈利點就比較多。

這是調頻的需求分析，分析需求的目的是未來采取一個什么樣的調頻技術，上面的圖是采集的全天ACE的變化，中間是采集一天調頻需求變化，全天調頻需求基本符合正態分布，調度確定調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，現在把頻譜拿出來，高頻部分占比比較多。基于此，我分析結果是一個月國內的高頻分量，我給它定義每次響應時間小于1分鐘，占調頻比重大概是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%，儲能資源占有適當的比重集客，不必用儲能資源完全取代目前的調頻機組。現在的調頻機組，最近幾年見的百萬千瓦的超高鋰電池機組，本身的調頻性能也是不錯的，還有調頻系統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頻的效果。

基于此，我們儲能技術如何和調頻需求靈活運行，有點調峰的感覺。怎么匹配?一次調頻是屬于機高頻的機組，一次調頻很多是幾秒，十秒，很少超過一分鐘，能夠適合一次調頻的技術可能就是飛輪儲能和超級電容，別的基本上跟不上。二次調頻，可以把二次調頻拆解，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，適應低頻需求，電化學肯定沒有問題，用到最多的也就是鋰電池。對于小型壓縮空氣儲能，有可能這個領域能用到。對于火電機組的穩定運行，雖然現在主要是深度調峰，現在主要市場是在東北、新疆電網需求，本地的負荷消耗不大，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年能源新革命規劃，2050年用電量大概需要50%是規劃性能源，用電量一半都是非化學能源工業，這樣我們的電網還要保證安全穩定運行，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，至少裝機容量里面80%是可再生能源的裝機。對于調頻或者調峰的需求非常大，未來不僅僅局限于西北或者東北地區，無論北方、南方的每個電源企業都面臨著火電機組要作為主要調節電源的局面，既要參與調頻也要參與調峰，甚至是一個深度的調峰，這樣給儲能帶來非常大的市場，而且是持續增長的市場。

為了應對這樣的需求，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做得公司越來越多，我介紹一下飛輪儲能方面的發展。

我先做一個對比，鋰離子電池調頻電站和飛輪儲能調頻電站，我們可以從安全性、壽命方面、環境適應性、退役回收方面飛輪儲能有很多的優勢。飛輪儲能的基本原理，能源計算方式，E=1/2Jω平方。J就是你的轉入光量，也就是你的業務固定，你的轉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速，就可以得到我的能量，這樣給飛輪儲能帶來的優勢可以精確估算它的SOC。

這是內部的結構圖，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境中，每分鐘的轉數接近4萬轉，使用壽命能夠超過20年。這是內部的核心結構，大家可以看一下。

這是目前做的成熟產品，單機輸出450千瓦，它能夠用15秒，這15秒對我們一次調頻非常有用，如果和電化學結合起來，我覺得在二次調頻領域也會得到很好的應有。尺寸已經很緊湊了，不到兩米高，長寬是76×76CM。

這是未來正在開發的，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出來以后，將在某種程度上接待電化學的一部分功能，我覺得其實不是替代，它跟電化學結合起來，可以把高頻分量任務承接過去，這樣我的電池就可以不用那么大規律的充放電，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，我的飛輪和電化學或者其他應用和電化學組成聯合的儲能系統時候，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定，這樣我的SOC可以根據這兩者結合起來，不僅帶來壽命的問題，更是我對儲能系統更精確的把控。

SOC對于電化學儲能非常關鍵。我們都知道江蘇電網建了202兆瓦時的電化學儲能站，其實我和他們調度交流的時候，他們不太敢怎么用，因為SOC不精確，所以調度非常沒有什么信心。而且他們現在也在委托中南大學課題組也在進行研究，SOC對于電化學來說特別重要，尤其是國內來說，我們都用磷酸鐵鋁，磷酸鐵鋁相對來說SOC更難精確把控。如果能夠聯合起來，系統雖然復雜了，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，也可以用在交流電網。這是主要核心技術，磁懸浮技術，這個在國內來說很先進，這個磁懸浮技術，飛輪基礎上也是一些軍轉民的運用，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領域，比如說我們在一些區域中心，大家認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電源出現事故之后，導致經濟損失2億人民幣，我們傳統的概念來說，我們都覺得鉛酸將近兩百年，實際情況是，根據統計學的方面得出結論，用飛輪儲能做UPS其實更好，目前很多醫院、機場，包括應急電源都把飛輪儲能做UPS，國外大概有幾千套的應用。

在地鐵里，飛輪儲能更好的應用在地鐵里面，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揮優勢的地方，而且正好符合它的長壽命。高鐵里面也有這個優勢，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模式，目前國內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對極高頻，或者高頻次的需求的時候，讓電化學儲能應對低級的需求，它們兩個結合起來既可以讓鋰電池不要進行大規模的放電，又可以讓它進行更好的標定，兩者結合起來我覺得是未來二次調頻服務以及一次調頻領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，包括從系統級到零件級的都有很成熟的供應廠商跟我們配合。設計院我們主要做的是解決方案，我們是尋找最優質的技術，不拒絕任何一個新鮮技術的應用。

這是一個實際的項目，紫色是機組理論調整出力，綠色是機組實際調整出力，藍色是儲能+機組實際調整出力，這是一次調頻項目，它的時長是秒級的，加上飛輪儲能之后在一次調頻里面，雖然負荷不是那么好，但是對于考核標準來說，在一次調頻里面已經表現相當好。

未來儲能技術的發展趨勢，有一個方向就是電池技術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綜合起來，我在設計院的角色來說不拒絕任何一種儲能方式，設計院的特長就是系統集成，我們愿意把各種優勢技術集中起來滿足多種需求。比如說飛輪+電化學結合起來可以解決一次調頻、二次調頻，飛輪+電化學+小型壓縮空氣儲能系統，可以把深度調控解決了，可以同時把一次調頻、二次調頻，深度調控也解決了，飛輪+小型壓縮空氣儲能系統，有可能這兩個技術結合起來就可以解決一次二次調頻和深度調控，這是未來的發展趨勢。