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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。
图2-1是某燃煤机组实际调节功率与需求调节功率曲线。从图中可以看出，火电机组在调频过程中，会产生延迟和偏差，超调和欠调现象严重。
图2-1 火电机组跟踪AGC指令功率调节过程
图2-2是美国PJM（Pennsylvania NewJersey Maryland，PJM）电力市场某日电池储能系统跟踪调节功率指令的调节过程。图中，红色线代表电池储能出力，蓝色线代表指令信号。从图中可以看出，电池储能可以精确跟踪指令信号，几乎不存在超调与欠调现象。
图2-2 PJM市场某日电池储能系统跟踪调节功率指令过程
通过对比可知，火电机组适合于大幅度、连续、单向的升降负荷，而电力系统的调频任务通常是小幅度、频繁、折返的调节，火电机组由于其自身的机械惯性不能对频繁发生的AGC功率指令信号进行精确地跟踪。另外，折返频繁调节也会加剧机组的磨损，损害机组寿命，影响机组发电效率。然而，电池储能系统没有机械环节，电能与化学能的转换在瞬间完成，响应功率指令的速度在毫秒级，非常适合于调节小幅频繁的负荷波动。
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池储能功率与容量。为避免电网允许的小负荷波动造成电池储能的频繁动作，应对电池储能设置调频死区。频率偏差死区的规定可参考各区域电网的具体要求。当频率偏差越过死区后，一次调频机组/设备需动作。火电机组的一次调频幅度由额定转速阶跃至（3000± α ）r/min时，设其对应的负荷变化幅度为± β 倍的机组额定容量（ α 、 β 为实数）。根据火电机组一次调频的负荷变化限幅要求，可确定与此机组具备同等一次调频能力的电池储能功率为
P B_prim = βP G （2-2）
式中 P B_prim ——电池储能一次频率调节所需功率；
P G ——火电机组额定容量。
设一次调频从响应至频率恢复稳定的时间为 T prim ，电池储能替代此火电机组进行一次调频所需的容量为 Q B_prim ，由于深充、深放不利于电池的使用寿命，且考虑保证电池储能调频的可靠性，在不考虑充放电损耗的前提下，电池储能所需配备的容量计算为
Q B_prim =2 P B_prim · T prim + Q B_prim SOC Lim_down + Q B_prim （1-SOC Lim_up ） （2-3）
式中 SOC Lim_down ——电池储能允许放电的荷电状态下限；
SOC Lim_up ——储能允许充电的荷电状态上限。
图2-3 一次调频所需电池储能系统容量 与持续时间关系图
我国火电机组的额定容量从50～1000MW不等，其中以额定容量为200～1000MW的火电机组为主。由式（2-2）可知，与火电机组具备同等一次调频能力的电池储能功率可由火电机组的负荷变化幅度确定，且与其成比例关系。由式（2-4）可知，电池储能的容量取决于火电机组负荷变化幅度、调频持续时间以及电池储能本身的容量上、下限。当火电机组型号确定后，其一次调频参数（如负荷变化幅度等）便可获知，为定值；电池储能类型确定，其容量上、下限值便为已知数。因此，与传统机组具备同等一次调频能力的电池储能容量 Q B_prim 与一次调频持续时间 T prim 为线性关系，如图2-3所示。随着一次调频持续时间的增长，所需容量线性增大；同等一次调频持续时间下，机组的额定容量大，所需电池储能容量也大。
2.二次调频容量的对比分析
基于火电机组二次调频参数，计算其所具备的最大二次调频能力，结合电池储能功率与容量特性，配置与火电机组具备同等二次调频能力的电池储能功率与容量。
设火电机组进行AGC调频的功率调节范围为 γ 1 P G ～ γ 2 P G ，对机组功率变化率的要求为不得低于 μ AGC P G ，火电机组每分钟功率变化率最高为 μ max P G ，其中 μ AGC ≤ μ max 。若火电机组AGC调节的持续时间为 T AGC ，则火电机组在时间 T AGC 内可达到的最大功率为
P AGC = μ max P G T AGC （2-5）
式中 P AGC ——火电机组在AGC调节时间内可达到的最大功率；
μ max ——火电机组每分钟的最高功率变化量。
依据式（2-5），若电池储能与该火电机组具备同等的AGC调频能力，其功率与火电机组在持续时间内可达到的最大调节功率相同，即
P B_AGC = P AGC （2-6）
在不考虑电池储能充放电损耗的情况下，所需电池储能容量计算为
由式（2-6）和式（2-8）可知，火电机组额定容量确定时，所需电池储能功率与AGC调频持续时间为线性关系。机组容量已知时，随着调频持续时间增大，所需电池储能功率线性增大；同一调频持续时间段内，机组额定容量值越大，所需电池储能功率也越大，如图2-4所示。
图2-4 AGC调频所需电池储能系统功率与持续时间关系图
由式（2-8）可知，在火电机组额定容量确定的情况下，所需电池储能容量为AGC调频持续时间的二次函数，其特性如图2-5所示。由图2-5可知，随着AGC调频持续时间增长，所需电池储能容量增大；AGC调频持续时间确定时，随着机组额定容量的增大，所需电池储能容量也增大。
以某200MW的火电机组为例，对与其具备同等一、二次调频能力的电池储能系统进行容量配置，并对两者的可靠性进行对比分析。
火电机组的频率偏差死区为Δ f SQ =±0.033Hz，一次频率调节幅度为由额定转速阶跃至（3000±12）r/min，对应的负荷变化幅度 β 为±10%，一次调频稳定时间 T prim 为40s，假设电池所规定的SOC上、下限SOC Lim_up 和SOC Lim_down 分别为±10%，则可计算与此火电机组具备同等一次调频能力的电池储能系统所需功率与容量大小分别为 P B_prim =20MW， Q B_prim =0.56MWh。
图2-5 AGC调频所需电池储能系统 容量与持续时间关系图
火电机组的AGC功率调节范围中的 γ 1 为50%， γ 2 为100%，机组AGC每分钟功率变化率 μ AGC 为1%，火电机组每分钟可达到的最大变化率 μ max 为3%左右，AGC调频持续时间为30～180s，因此，可计算与此火电机组具备同等二次调频能力的电池储能系统所需功率与容量大小分别为 P B_AGC =18MW， Q B_AGC =1.88MWh。
由此可知，与200MW火电机组具备同等一、二次调频能力的电池储能系统所需功率与容量分别为 P B =20MW， Q B =2.44MWh。也就是说，所需电池储能额定功率为20MW，持续时间约为8min。
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，比较200MW火电机组与20MW电池储能系统的初始投资成本。目前，火电机组的建设成本平均约为4500元/kW，电池储能的投资成本约为8000元/kW，则200MW火电机组的初始投资约为9亿元人民币，20MW锂离子电池储能系统的初始投资约为1.6亿元人民币。虽然火电机组单位功率的建设成本低于电池储能系统，但是单从电网调频这一功能来说，在同等调频能力条件下，其总体投资要高于储能系统。由于电力系统的二次调频任务本质上是平衡负荷10s/3min的短时随机波动，所以需要电量不多，以容量服务为主。因此，在电网装机容量无须增加的情况下，如果单纯从提高系统调频备用等角度考虑，可以优先考虑电池储能这一新兴技术。
2.调节成本
对于火电机组来说，调节服务的成本主要包括热效率损失成本、增加的运行和维护成本、机会成本，以及对发电设备寿命的影响等。与发电机组恒定输出的状态相比，经常调整机组功率会降低热效率，增加所需的燃料量；同时，也会增加发电机组部件的磨损，增加平时的维护工作量，缩短发电机组的维修周期，增加更换磨损部件的费用。发电机组的某些部件是不可更换的，长期和频繁地调整机组功率对这些部件造成的磨损会缩短发电机组的整体寿命。除这些直接成本外，机组提供调节服务还会产生间接成本，如机会成本。预留的调频备用容量将丧失在主电力市场获取盈利的机会，调频备用容量越多，则失去发电量越多，机会成本也越大。
对于电池储能系统来说，充电时吸收功率，起到向下调频的作用；放电时发出功率，起到向上调频的作用。从长期来看，电网的负荷随机波动趋于正态分布，则储能平衡负荷功率波动的充放电量趋于相等，因此储能调频的成本主要在于其充放电效率不为100%带来的能量损耗。电化学储能中，以应用最广泛的锂离子电池为例，其充放电效率可达95%以上，运行成本较低。
3.收益分析
根据国家电力监管委员会推出的《辅助服务管理实施细则》中的规定，有偿辅助服务是指并网发电厂在基本辅助服务之外所提供的辅助服务，包括自动发电控制（AGC），应予以补偿。在电力市场环境下，系统的调频功能由发电机组提供，从电力调度与服务提供者的对抗博弈角度看：一方面，电力调度者会倾向于通过合理调用提供辅助服务的机组，在保证电网频率稳定及安全运行的前提下，支付最低的调频补偿费用；另一方面，辅助服务的提供者则会通过提高机组性能等手段，从主电力市场及辅助服务中获得更多的收益。而调频补偿单价一般较为固定，几乎不受电网电价的影响，因而补偿的不确定性较低。
根据细则要求，华北电网率先研发了并网电厂管理考核系统，并提出了一个表征机组AGC调节效果的综合性能考核指标 K P ，覆盖响应时间、调节速率和调节精度三方面。 K P 越大，机组参与调频可能性越大，获得的补偿费用也越多。储能系统借助于电化学反应进行功率充放，响应速度快，能精确跟踪功率指令，综合性能考核指标 K P 大，无疑可以从辅助服务市场中获得更多的调频补偿收益。而火电机组调频借助于机械惯性的作用，更加滞后和迟缓，相对储能系统来说 K P 较小，在与储能系统执行的频率调节任务时，补偿费用也较储能系统更低。
另外，储能系统的运行减少了电网燃料消耗，也相应减少了污染物排放及其治理费用，不仅自身清洁生产，而且具有一定的环境效益。