储能系统在火电厂中的应用研究

储能系统在火电厂中的应用研究

高洁

陕西秦龙电力股份有限公司   陕西省西安市    710075

摘要：在火电厂系统运行的过程中，为了使其在电网系统中发挥更灵活的作用，储能系统尤为重要。将储能系统应用于火电厂的机组当中，能够有效提高其对电压和频率等的调节功能。对此，本文分析了储能系统的技术条件，重点研究了储能系统在火电厂中的应用场景和具体应用情况，希望能够为相关工作提供一定帮助。

关键词：储能系统；火电厂；AGC

引言：在时代的不断发展和进步下，各类新能源逐渐并入到电网系统当中，且规模不断加大，受到这些因素及系统自身特性的影响，电力系统的运行稳定性很容易受到干扰，尤其对于调频功能的影响最为显著。为了避免在供热阶段火电机组的电网调节能力下降或者出现弃风等现象，就必须不断增强AGC的调频功能，而这主要需要通过储能系统来实现。

1. 储能系统技术条件

储能系统相关技术在实际应用过程中适用于电网AGC调频。电力系统在运行的过程中，AGC能够对电网系统加以调节，实施调节其中的电压和频率等，控制电网的运行情况，进而有效控制由于电网的变化情况所导致的功率不平衡等问题。因此，为了保证调节效果，必须巴证AGC电源的调节速度、调节精准度等满足电网运行和控制的要求。AGC电网调频功能中包括对燃气等常规电源的调节，在其运行的过程中，必须要通过一系列的操作才能借助机械器件将电源转化为电能。储能系统能够有效在系统中发挥配合作用，在AGC指令下实现对功率的调节。一般来说，若储能系统较为稳定和成熟，其在一秒时间内功率的输出精度就应达到99%左右，且其可以满足AGC调频的各项相关需求。

2. 储能系统在火电厂中的应用场景

在科学技术逐渐进步和升级的环境下，储能电池技术随之不断进步和完善，储能系统也在不断优化当中，在实践应用中越来越广泛。随着市场的不断改革发展，储能系统在电力系统中的应用场景也越来越多，发挥着越来越重要的作用。比如在火力发电厂中，储能系统联合运行于电网侧共同进行调频工作，可以有效降低能源的消耗，增加对再生能源的利用情况，对风电等能源的使用情况不断完善，避免了不合理利用风、光等能源的现象发生，使整个电力系统的运行变得更为稳定。对于用户而言，在储能系统的作用下，也可以增加应急电源，并以此作为条件延后设备扩容投资。要想确保火电厂电网的稳定运行，使其持续保持可靠运行效果，就必须要使其电压和运行频率保持稳定，尤其是在目前光伏、风电大规模并网使用的环境下，发电厂电力系统的调频工作就面临着更大的挑战。在电网系统当中，火力发电厂在电压和频率调节等方面起到重要的作用，是不可替代的支撑系统，在电网的不断变革下，火力发电厂所承担的调节作用及功能也面临着更大的挑战和更大的压力[1]。对于火力发电厂电力系统的机组考核中，其调节功能是考核的重点。对于考核中机组的AGC调节性能的优良直接影响着火电厂的经济效益和发展前景。在此过程中，要想提高火电厂机组的调节功能，储能系统就发挥了重要的作用，在储能系统的应用下，可以很大程度地提高机组的调频功能，使火电厂在电网调度等考核中获取更高的评价效果，进而提高其经济效益。

事实上，最早在电力系统中应用储能系统进行电力调频等工作的国家是美国，并且随着技术的不断发展和完善，目前的美国储能系统已经在电网中实现了大规模的应用，且其商用价值也在不断提高。世界上其余部分国家如日本、美国等也将储能系统作为重要的电力调频手段应用于电力系统当中。对于我国发展而言，最早是在2013年北京热电厂将储能系统应用其中，发挥调频作用。目前，储能系统的应用越来越广泛和深入，且每年的使用占比率还在不断提高，在火电厂中，储能系统的调频作用也在不断完善，对于电网运行的维护越来越重要，并且在此过程中储能系统也在持续创新和优化当中。

3. 储能系统在火电厂中的具体应用

以某火电厂的储能系统为例，研究其具体应用情况和相关特征。在某个火电厂中使用磷酸铁锂电池的储能系统，由该电池的顶尖供应商供应电池材料，其主要是采用纳米材料制作而成，使储能系统具有更强的安全性和稳定性。在正常使用的情况下，储能系统能够循环使用百万次左右，系统寿命可达到10年之上。目前，该储能系统制造企业所生产的系统设备在各国家范围内都有大规模的应用。使用所选择的储能系统安装于火电厂内，使其形成相应的储能单元，将集装箱安装于水泥支架脚位置，确保储能系统在火电厂内的布局灵活性[2]。结合火电厂的实际布局情况，将储能单元与功率转换设备等合理摆放其中，将不同模块的储能系统并联在火电厂内，如本研究中火电厂7MW储能系统就包含三个2.33MW模块。在综合考虑各相关因素包括模块面积、逆变装置等因素后，将储能系统在火电厂中的占地面积设置为500平方毫米。在实际布局中，设置为25米*20米的布局形式，并灵活设计其布局方式，保证各储能系统单元与安装要求相一致。

在布置好火电厂中储能系统后，以相关规定标准和要求对其中机组的调频能力进行分析，重点分析AGC的调节性能和深度，也就是研究AGC服务补偿规则。一般来说，在对某个AGC电源进行补偿计算分析时，其每日的补偿费用等于其调节性能指标、补偿价格与日调节深度的乘积。通过计算，AGC的每日调节性能就可以通过相应的指标表现出来，包括调节精度、速率和时间等指标。在该研究案例中，以7MW储能系统为标准，当该储能系统正式运行后，根据实际情况计算出火电厂机组AGC的补偿费用

[3]。通过计算可以得出，其中储能系统中辅助300MW火电机组主要用来提供调频功能，其在运行中每天能够达到800MW的调节深度，并且每天获得5万左右的补偿费用，平均下来一年可以获得一千五百万左右的效益。

在某火电厂建设和发展的过程中，使用了两台容量为300MW的燃煤循环流化床空冷机组，其中的主要燃料为洗中煤和煤矸石，将其与电网之间相互连接，保持其中的电压等级为220kV左右。在机组运行的过程中，由于受到流化床就自身特征属性的限制和煤质因素的影响，难以突破有限调节能力实现更多的AGC服务费用。在AGC使用并运行的过程中，基本上在一年内其补偿费用仅为每月0.7万元。在储能系统投入其中后，AGC是调节功能进一步提高，且在整个电网内成为了更为优质的调频电源。

纵使储能系统应用于火力发电厂后AGC的调节能力有所增强，但在储能装置内加装ACE模式后仍然出现了部分问题有待进一步解决和优化。当在储能系统中加入ACE模式后，保持原本系统内逻辑不变，仅仅将机组的负荷加以变化，将其设定为2MW。通过调试和运行，发现机组当中存在以下问题。首先，负荷指令的变化幅度较大，并且会出现较为严重的连续增加或减少负荷的问题。其中的主汽压变化幅度也逐渐变大，若是不能及时配合人为干预，很容易出现机前压力波动范围变大的情况，导致控制较为困难。其次在加入ACE后，系统中的空预入口的氧量波动也较大，在负荷指令不断变化的情况下，煤量也随之不断变化，进而致使炉膛的风量和空预器的入口氧量也出现较大的变化情况。

结论：综上所述，在火电厂运行的过程中，火电机组发挥着重要的性能，在其中安装储能系统能够有效满足电网运行的调频功能，使AGC电源针对于电网负荷等情况的调节更为高效和精准，使各区域之间的电网能够被更高效的控制，使其均匀分配，进而实现电网与电厂之间的协调发展，保障火电厂机组的运行安全性及稳定性。未来还应加大力度完善储能系统相关功能，使其在电网系统中发挥更重要的作用。

参考文献：

[1]陈国勇,刁云鹏,于晓辉. 火力发电厂储能调频电池系统设计[J]. 吉林电力,2021,49(04):21-24.

[2]唐蕾,郝思鹏,张前. 在配电网场景下的火电厂储能优化配置[J]. 电测与仪表,2022,59(05):58-63.

[3]张利明,任蓓蓓,郭庆. 储能系统在火电厂中的应用[J]. 通信电源技术,2018,35(10):118-119+124.