下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
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控制更精确和高效。电池储能系统几乎能够实时跟踪区域控制误差，而发电机的响应则很慢，有时会违背区域控制误差。
为什么说快速响应控制可使对调控容量的需求更少？第一，灵活爬坡快的设备能够更快地实现调度目标从而快速实现再调度。因此，相比较而言快速调频设备能提供更多的区域控制误差校正。第二，因为爬坡较慢的设备无法快速改变方向，所以它们有时会提供反向调节。最终，慢转发电机有时会增加区域控制误差，因此需要额外的调频设备的调度来抵消它们的负面影响。
由以上分析可知，爬坡速度慢的燃煤机组明显不能精确地跟踪调度下发的调频指令，甚至在某些恶劣的时段还提供了反向调节，以至加剧频率的偏差。相比较而言，爬坡速度快的电池储能系统比爬坡较慢的燃煤机组能提供更多的区域控制误差校正。
同时，快速响应率也带来了更高的调节效率，意味着1MW的储能不等于1MW的传统发电机组。太平洋西北国家实验室（PNNL）认为理想的快速响应设备具有瞬时响应、高精度和无限能量。例如，根据PNNL的设想，如果该理想设备存在，它的效率将是燃气轮机的2.7倍。加利福尼亚州能源委员会最新的调查进一步证实这些说法，得出结论：具有快速响应能力的大规模储能系统的调频效果是传统调频手段的2～3倍。这意味着，用于调频的100MW的储能系统和200～300MW的燃气机组具有相同效果。
在我国的能源结构中，火力发电占比最大，占83.16%，其次是水电，占12.37%，核电、风电及其他新能源的比例也日渐提高，能源结构比例如图2-6所示。在火力发电中，燃气轮发电机组在电源结构中的比重在2010年为6.1%，到2020年预计为11%。燃煤机组的比重最大，所占的比重约为77%。
不同类型的发电机有着不同的爬坡速率，在现有的发电机类型中，水电机组的发电功率变化范围大，响应速率高。根据IEEE的统计资料，绝大部分的水电机组的响应速率在每秒1%～2%额定出力之间。其次为联合循环燃气轮机，每分钟的爬坡速率大于5%的额定出力。国内各类型发电机的响应速率见表2-2。
由于燃煤机组在我国的能源结构中所占的大份额，所以在电力调频中起主要作用的是燃煤机组。因此，本节将针对燃煤机组与电池储能系统的调频效率进行定量比较。
图2-6 各类型发电机在能源结构中的比重图
表2-2 各类型发电机的响应速率表
假定燃煤机组进行调频时按照每分钟3%的功率爬坡速度，因此用大约30min才能够使燃煤机组从零功率输出到满发功率。设想发电功率突然下降，为了满足北美电力可靠性委员会制定的标准，必须在下一个10min内并入25MW功率。换句话说，在下一10min内，系统经营者需要从所有调频机组那里获得每分钟2.5MW的功率增长速度。如果只有燃煤机组以每分钟3%的功率爬坡速度调频，则需要83.3MW的燃煤机组满足调频需要。相反，25MW的储能能够在20ms内提供25MW的额定功率。
电池储能系统的瞬时利用性可使系统经营者以有序的方式控制区域控制误差的同时提供足够的时间并入传统机组中（旋转备用或非旋转备用）。在上述例子中，25MW的储能相当于83.3MW的燃煤机组或其3.3倍的发电机组。这个倍数可以更大（如果调度员在几分钟以后才发现问题）或更小（系统里有更快的发电机并网）。由此可知，储能系统的平均调频效率是燃煤机组的3.3 X 倍。