北极星智能电网在线讯: 写在前面的话：调频市场一直被大家忽视、低估!储能在调频的效果显著、市场巨大，值得大家关注、探讨!
光伏等清洁电力占比提高后，储能调频需求更是会提升，相关公司受益明显!
储能系列报告之二——调频：初露锋芒，唯快不破
能源化工组 2017年7月5日
调频市场被低估。对于电网来说能量供需不平衡和系统突发事件是电力系统运行的固有特性，在传统能源结构中，电网短时间内的能量不平衡是由传统机组(在我国主要是火电和水电)通过响应AGC信号来进行调节的。而随着新能源的并网，风光的波动性和随机性使得电网短时间内的能量不平衡加剧，传统能源(特别是火电)由于调频速度慢，在响应信号时具有滞后性，因此不能满足新增的需求，而储能(特别是电化学储能)由于调频速度快，容量可调，因此成为非常好的调频资源。根据California电力市场的电源特点，平均来看，储能调频效果是水电机组的1.7倍，燃气机组的2.5倍，燃煤机组的20倍以上。
储能参与AGC调频效果显著。在现有的政策及技术条件下，储能由于无法作为独立主体参与到市场中，因此目前储能参与调频市场的方式是与火电形成一个混合机组。根据华北区域的细则，理论上最好的调频效果与最差的调频效果之间可以相差近8000倍。实际应用中，投入前K2和K3的平均值分别在1.4和1.5左右，投入后上升到1.5和1.6左右，Kp值从2.98上升到3.2左右，后期通过进一步优化使得Kp值提升到接近5，体现了储能在调频方面具有非常优越的性能。
调频市场空间巨大。从PJM市场的经验以及石景山项目的调频效果来看，调频的需求大约是总装机容量的2%左右，我们得到全国存量调频规模大约在42GW左右。考虑到目前只有华北区域是依效果付费，我们仅考虑华北区域总体的极限替代也能达到近770万千瓦。目前国内外并没有对调频规模的统一测算方法，调频需求是1%~2%的峰值负荷这一结论只是海外的经验数据，实际上随着新能源的占比的不断上升，实际需求还将会更高。以加州为例，由于风光的大量接入，2016年CAISO增加了2月~6月调频需求量(一般增加到600MW，在2月底~3月初增加到800MW)，总需求量是同期的近两倍，而这段时间内的调节成本同比上涨了6倍，这体现了调频巨大的经济效益。2016年加州总装机量达7902.6万千瓦，其中风电占比7.1%，太阳能占比12.5%，相比之下PJM总装机量达1.82亿千瓦，而风电只占0.6%，太阳能占比只有0.1%。反应在调频需求上加州的调频需求是峰值容量的0.9%，最高峰时可达1.7%，而加州只有0.3%~0.5%。从国内来看，自2008年以来国内装机容量平均年增长率超过8%，我们认为未来5年装机量平均增长率仍将保持这一速度，因此年新增装机量将有约1.5亿千瓦，由此我们得出年调频需求在1.5~2GW左右。
调频经济性远好于削峰填谷。因此根据清华大学电机系刘红卫的硕士毕业论文《电池储能系统与火电机组联合调频的性能及经济性分析》中石景山的项目数据，我们得到储能和火电机组联合调频的效果及经济性相关评价。石景山项目总投资2260万元，其中电池为1200万元，PCS为600万元，施工费用460万元，我们假设设备残值为5%，根据以上假设我们进行投资回收期测算，在第5年时NPV即可为正，IRR可达到11%，体现了调频项目具有非常好的投资前景。由此我们可以看出调频的经济性远超削峰填谷，而未来随着新能源在电源中占比的进一步提高，以及电力市场进一步深化，开放辅助服务市场，调频的需求也将进一步释放，因此我们认为调频将会成为一个竞争激烈的市场。此外还可以将同一储能应用到不同的场景中，通过多种场景叠加来获得更多的收益，从而进一步缩短投资回收期。
政策推进力度不及预期，辅助服务市场中政策改变可能会对储能的替代有一定的抑制作用;电网系统技术进步带来需求的减少;技术进步、成本下降不及预期导致发展缓慢。
一、调频，被低估的市场
新能源装机量增长，调频需求激增
在整个电网中，频率是保证机组和用户用电安全的重要约束条件，一定程度的小范围频率波动(如国内大电网为±0.2HZ)一般可以被整个电网接受，但是一旦频率波动范围过大则会造成机组切机、用户电器跳闸等意外发生，造成损失。电网的频率与发电机及用户的负荷相关，当发电机和用户的负荷相平衡时，频率稳定在60HZ(国内为50HZ)，当发电机容量超过负荷容量时，频率会上升，反之亦然。
对于电网来说，发电端的供给和用电端的需求必须保持实时平衡，由于实际过程中，用户无序的使用以及发电端新能源发电的波动性特征使得电网无法保证真正的实时平衡，通过调节供需可以使得电网能在较小的范围内波动，从而达到相对平衡的状态。以发电机切机导致频率降低为例，目前三时间段框架是应用较为普遍的平衡机制：在大量机组切除后的30S内，发电厂通过机组惯性和调速器响应来控制频率偏移，自动抑制频率衰减，此时是一次调频;在30S~10min的期间内，以调频器为代表的二次调频设备介入调频，此为二次调频;第三个时间段从第5min开始，资源的经济调度通过5min实时情况提供三级控制机制，此时进行三次调频。
在三时间段框架中，一次调频是机组的基本服务，是用于调节电网中较小的波动是其维持在正常的范围内，电厂无法靠其获得收益。自动发电控制(Automatic GenerationControl, AGC)是二次频率控制的第一种形式，AGC系统通过监测自身频率变化及其与相邻区域之间的实际交换功率变化得到区域控制误差(Area Control Error, ACE),当其偏离平衡零点时，AGC将调度信号传输给发电机，实施相应的提高/降低出力从而达到升/降频的目的。例如发电机脱网造成频率大幅下降超过一次调频的范围时，通过二次调频介入抑制频率下降，并逐步使频率回升到正常水平。
