电池储能系统调频技术_工业技术

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前言

我国的调频电源主要为火电机组，通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。但是火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，存在调节延迟、调节

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第1章绪论

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1.1　背景及意义

集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统供电量占全世界总量的90%，是目前电能生产、输送和分配的主要方式。为应对日益紧迫的能源安全和环境恶化问题，我国政府于2

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1.2　电池储能技术的发展现状

据不完全统计，截至2016年底，我国投运储能项目累计装机规模24.3GW，同比增长4.7%。其中电化学储能项目的累计装机规模达243MW，同比增长72%。201

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1.锂离子电池

锂离子电池（Lithium-ion Battery）在充电时，锂离子从正极脱嵌，穿过电解质和隔膜，嵌入到负极材料之中，放电时则相反。锂离子电池具有单体电压水平高

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2.全钒氧化还原液流电池

氧化还原液流电池（Redox Flow Battery）简称液流电池，最早由美国航空航天局（NASA）资助设计，1974年由ThallerH.L.公开发表并申请

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3.钠硫电池

钠硫电池（Sodium Sulfur battery，简称NaS）是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管β″-Al2O3为电解质隔膜的二次电池。在一定工作条件下

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4.铅酸电池

铅酸电池的电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液。铅酸电池在负荷状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下正负极的主要成分均为硫酸铅。铅

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5.镍氢电池

镍氢电池属于密封免维护型电池，但相较镍镉电池其不含有毒成分，使用时不必担心环境污染。镍氢电池的能量密度较高，是镍镉电池的1.5～2倍，充/放电速率快，具有较好的

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1.3　电池储能调频应用研究

虽然电化学储能以其优越的性能在电力系统中应用前景广阔，但由于造价高昂，在电力需求量较大的电网中没有得以大规模的使用。相比而言，电网调频领域对调频电源的爬坡率要求

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1.4　电力系统频率调节

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1.4.1　电力系统频率一次调节

电力系统频率的一次调节是指利用系统固有的负荷频率特性，以及发电机组调速器的作用，来阻止系统频率偏离标准的调节方式。电力系统负荷的频率一次调节作用为：当电力系统

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1.4.2　电力系统频率二次调节

频率的二次调节就是移动发电机组的频率特性曲线，改变机组有功功率与负荷变化相平衡，从而使系统的频率恢复到正常范围。各二次调频控制区采用集中的计算机控制，控制发电

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1.4.3　发电机组类型与电力系统频率调节

自动发电控制的执行依赖于发电机组对其控制指令的响应，而发电机组的响应特性又与机组的类型和其控制方式有关，典型发电机组的响应特性见表1-3。表1-3　典型发电机

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1.4.4　国内外电力系统频率指标和控制要求

电力系统由于网架结构、装机容量、负荷特性等不尽相同，因此对系统频率控制的要求也不尽相同。表1-4列出了英国、美国、澳大利亚和我国电网对频率控制的不同要求。表1

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1.4.5　参与电力调频的容量要求

1.一次调频容量要求由于各控制区的负荷变化规律不同，对以适应调整较长周期负荷变化需要的，参与自动调节的机组容量需求虽不同，但一般为系统最高负荷的1%～3%。这

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1.4.6　电力系统调频与自动发电控制性能评价

自动发电控制系统要求每个控制区的发电机组有足够的调节容量，以确保控制的发电功率、电力负荷及联络线交易的平衡。控制区的控制性能是以该区域控制偏差ACE的大小来衡量

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1.4.7　现代电网频率调节面临的问题

电网的传统调频厂爬坡速度慢，不能精确出力，而且由于调频需求而频繁地调整输出功率会加大对机组的磨损、影响机组寿命等，使得其提供调频服务受限。尤其对于北方电网，冬

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1.5　小结

我国在大容量储能技术应用于电力系统调频的理论分析与研究开展得比较少，应用示范也处于起步阶段，而国外的储能技术已趋于成熟，但由于其网架结构、能源结构与我国相差甚远

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第2章电池储能系统调频特性分析

频率控制通过输出功率的快速增减，来校正电网的供需平衡。电池储能系统具有极快的响应速度，尤其适合于调频。更快的响应自然会使频率控制更精确和高效。国外的大量研究表明

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2.1　技术特性分析

电池储能快速、准确的功率响应能力，使其在调频领域的应用潜力巨大。研究表明，持续充/放电时间为15min的储能系统，其调频效率约为水电机组的1.4倍，燃气机组的2

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2.1.1　电池的倍率特性

电池的充/放电倍率，表示电池充/放电时电流大小的比率，通常用字母C表示。例如，所用电池容量1h放电完毕，称为1C放电，5h放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。

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2.1.2　电池的寿命特点

电池储能在实际运行过程中，其循环寿命受到温度、峰值电流和放电深度（Depth of Discharge，DOD）等多种因素的影响。电池储能寿命的长短直接影响整个

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2.2　与火电机组的对比分析

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2.2.1　出力特征对比分析

电池储能系统的充放电过程是电化学反应的过程，而火电机组发电则是通过电机原理，将煤炭等资源的化学能转化为热能，热能再转化成电能，因此，两者的出力特征也有明显不同。

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2.2.2　调节容量对比分析

1.一次调频容量的对比分析基于火电机组一次调频参数，计算其所具备的最大一次调频能力，同时考虑电池储能功率与容量的特性，确定与该火电机组具备同等一次调频能力的电

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2.2.3　经济性对比分析

不同调频电源的经济性对比分析是一项复杂的工作，一般可以从初始投资成本、运行期间的调节成本和调频收益分析几个方面进行分析。 1.投资成本以2.2.2节的结论为例

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2.3　调频优势分析

电池储能技术已被视为电网运行过程中“发-输-配-用-储”五大环节中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差、平滑负荷，不

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2.4　调频效率分析

储能系统尤其适合于调频领域，因为许多储能技术（例如电池储能）响应速度较快。频率控制通过输出功率的快速增减，使发电功率与负荷响应变化保持平衡。更快的响应自然会使得

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《电池储能系统调频技术》简介

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