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調(diào)頻市場一直被大家忽視、低估！
儲能在調(diào)頻的效果顯著、市場巨大，值得大家關(guān)注、探討！
我們重點關(guān)注的光伏等清潔電力占比提高后，儲能調(diào)頻需求更是會提升，相關(guān)公司受益明顯！
對于電網(wǎng)來說，發(fā)電端的供給和用電端的需求必須保持實時平衡，由于實際過程中，用戶無序的使用以及發(fā)電端新能源發(fā)電的波動性特征使得電網(wǎng)無法保證真正的實時平衡，通過調(diào)節(jié)供需可以使得電網(wǎng)能在較小的范圍內(nèi)波動，從而達到相對平衡的狀態(tài)。以發(fā)電機切機導致頻率降低為例，目前三時間段框架是應用較為普遍的平衡機制：在大量機組切除后的30S內(nèi)，發(fā)電廠通過機組慣性和調(diào)速器響應來控制頻率偏移，自動抑制頻率衰減，此時是一次調(diào)頻；在30S~10min的期間內(nèi)，以調(diào)頻器為代表的二次調(diào)頻設備介入調(diào)頻，此為二次調(diào)頻；第三個時間段從第5min開始，資源的經(jīng)濟調(diào)度通過5min實時情況提供三級控制機制，此時進行三次調(diào)頻。
隨著新能源裝機容量的不斷上升，舊有的電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)無法適應新能源接入帶來的各種變化，特別是對于風電和光伏來說，由于沒有辦法進行一次調(diào)頻，因此隨著風光在電源結(jié)構(gòu)中占比的不斷攀升，系統(tǒng)調(diào)頻的壓力也越來越大。風電由于電機的轉(zhuǎn)子慣性很小，同時缺乏調(diào)速器在擾動后增加機組出力，因此從性質(zhì)上可以將其看成是無調(diào)節(jié)的火電機組。而光伏更是沒有旋轉(zhuǎn)體提供慣性，盡量在理論上逆變器可以提供在從直流向交流的電力轉(zhuǎn)換過程中的響應，但是這需要依賴于只能電網(wǎng)監(jiān)控和通訊功能，因此在現(xiàn)有條件下也不具有一次調(diào)頻能力。當系統(tǒng)缺乏足夠的一次調(diào)頻能力時，可能無法在干擾后充分抑制頻率波動，導致出現(xiàn)運營商采取甩負荷的措施，造成發(fā)電廠和用戶雙輸?shù)木置妗?/div>
電池儲能是構(gòu)建新電網(wǎng)中的關(guān)鍵
對于調(diào)頻來說，傳統(tǒng)電網(wǎng)中采用水電、火電和氣電等機組進行調(diào)節(jié)，由于沒有風光等短時間波動劇烈的電源，傳統(tǒng)機組能較好的對電網(wǎng)進行調(diào)頻。但是當新能源發(fā)電裝機量占比逐漸上升之后，劇烈的波動需大量的傳統(tǒng)機組來進行調(diào)頻，特別是我國以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)下，火電機組的調(diào)頻能力最差，因此需要建設更多的火電廠來保證電網(wǎng)頻率，這樣會造成大量的資源浪費。但是如果采用電池儲能系統(tǒng)，則可以在降低成本的同時用較少的裝機量實現(xiàn)更好的調(diào)頻效果。
由于儲能在發(fā)輸配售各個領(lǐng)域都有相關(guān)應用場景，因此其發(fā)展非常迅速，但是相關(guān)的法律法規(guī)是制約其發(fā)展的一大因素。從全球范圍來看，儲能產(chǎn)業(yè)也是處于成長之中，以美國為例，2007年890法案確認了要包括儲能在內(nèi)的非傳統(tǒng)發(fā)電電源的市場主體地位，2011年的755法案解決了儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻市場獲得合理回報的問題，要求電網(wǎng)為調(diào)頻服務的效果支付調(diào)頻補償費用，因此調(diào)頻的實際效果和產(chǎn)業(yè)爆發(fā)需要政策和標準的支持。
對于三次調(diào)頻來說，其主要應用與在較長時間間隔下提交和調(diào)度資源，通常也被稱為實時平衡或者負荷跟蹤。我們以加州為例，CAISO通過每15min指派短期啟動和快速啟動機組以及每5min給機組發(fā)送調(diào)度指令來進行負荷跟蹤，而對于二次調(diào)頻，每隔4s，AGC系統(tǒng)就會監(jiān)視ACE偏差并給提供調(diào)頻輔助服務的機組發(fā)送調(diào)度信號，因此在此我們主要討論儲能在二次調(diào)頻中的應用及其效果。
AGC調(diào)節(jié)過程
目前全國除山東省以外，采用的依然是各區(qū)域的《發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理細則》和《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理細則》，各區(qū)域發(fā)布的《細則》針對調(diào)頻的補償辦法不同，其中華北電網(wǎng)的補償在考慮了容量補償和可用時間補償以外還考慮了調(diào)節(jié)性能，一定程度上使得性能更優(yōu)的儲能電站可以獲得更多的補償，因此我們采用華北區(qū)域的調(diào)頻進行簡單分析。
根據(jù)華北區(qū)域的《細則》，指令周期Ｔ內(nèi)儲能系統(tǒng)參與AGC調(diào)頻的補償為：
式中PS是系統(tǒng)初始出力，PE是系統(tǒng)的目標出力，vN是標準調(diào)節(jié)速率（MW/min）；ΔPN為調(diào)節(jié)允許的偏差量（MW）；tst為標準響應時間（s）。當k1 、k2 、k3計算值小于0.1時，取值0.1。而k1 、k2 、k3的最大值為2，即k1 、k2 、k3的積最大為8，因此理論上來說在該公式下調(diào)頻效果最大可以差8000倍。
傳統(tǒng)機組由于響應慢，不能及時跟隨AGC信號，當AGC信號下發(fā)指令的功率變化方向與機組當前實際功率變化方向相反時，機組無法快速轉(zhuǎn)變功率方向，因此會產(chǎn)生一段時間的反方向調(diào)節(jié)，這稱為反調(diào)現(xiàn)象。相較之下，電池儲能系統(tǒng)因為響應快，能雙向調(diào)節(jié)，因此沒有反調(diào)現(xiàn)象。但是由于國內(nèi)的調(diào)頻輔助服務政策中并沒有把儲能系統(tǒng)作為一個獨立電源讓其參與到市場中，因此儲能在輔助服務市場中地位尷尬，以調(diào)頻為例，目前采用的方法是儲能和火電機組聯(lián)合調(diào)頻的模式，利用儲能的快速響應和快速調(diào)節(jié)能力來提升系統(tǒng)總體的調(diào)頻效果。
海外特別是歐洲及北美地區(qū)，由于發(fā)達國家電改走在我們的前面，因此市場相對更成熟，調(diào)頻市場的需求也更強烈，如2014年歐洲總裝機量為14.11億千瓦，美國2016年裝機容量為11.84億千瓦，因此實際調(diào)頻市場規(guī)模預計分別可達到28.22GW、23.68GW。而從國內(nèi)來看，自2008年以來國內(nèi)裝機容量平均年增長率超過8%，我們認為未來5年裝機量平均增長率仍將保持這一速度，因此年新增裝機量將有約1.5億千瓦，由此我們得出年調(diào)頻需求在1.5~2GW左右（由于無法得知年實際峰值負荷，因此以裝機量近似代替）。
實際上隨著新能源的占比的不斷上升，實際需求還將會更高。以加州為例，由于風光的大量接入，2016年CAISO增加了2月~6月調(diào)頻需求量（一般增加到600MW，在2月底~3月初增加到800MW），總需求量是同期的近兩倍，而這段時間內(nèi)的調(diào)節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調(diào)頻巨大的經(jīng)濟效益。2016年加州總裝機量達7902.6萬千瓦，其中風電占比7.1%，太陽能占比12.5%，相比之下PJM總裝機量達1.82億千瓦，而風電只占0.6%，太陽能占比只有0.1%。反應在調(diào)頻需求上加州的調(diào)頻需求是峰值容量的0.9%，最高峰時可達1.7%，而PJM只有0.3%~0.5%。
調(diào)頻效果顯著，經(jīng)濟性優(yōu)于削峰填谷
由于目前國內(nèi)對儲能調(diào)頻效果及經(jīng)濟性的測算缺乏統(tǒng)一標準，因此根據(jù)清華大學電機系劉紅衛(wèi)的碩士畢業(yè)論文《電池儲能系統(tǒng)與火電機組聯(lián)合調(diào)頻的性能及經(jīng)濟性分析》中石景山的項目數(shù)據(jù)，我們得到儲能和火電機組聯(lián)合調(diào)頻的效果及經(jīng)濟性相關(guān)評價。
公司是由國家科技部認定的國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)，專業(yè)從事用電管理系統(tǒng)、電子式電能表、標準儀器儀表及軟件產(chǎn)品的研發(fā)、制造及銷售。公司是國內(nèi)高端電能表產(chǎn)業(yè)的開拓者，也是中國領(lǐng)先的電力設備與軟件制造商。公司2016年集成電路、智慧城市業(yè)務收入增加，電能表產(chǎn)品貢獻業(yè)績顯著。配電網(wǎng)方面，在國家電網(wǎng)公司2016年三次招標活動中，公司智能電表和用電信息采集產(chǎn)品均有中標，金額總計5.98億元；新能源業(yè)務方面，公司中標錫林郭勒盟新能源通電設備升級改造工程項目、榆中縣和英山縣光伏扶貧項目及西藏自治區(qū)“金太陽”二期太陽能戶用系統(tǒng)項目，公司預計中標金額共計2.29億元；在海外市場中，公司以聯(lián)合體單位中標尼泊爾國家電力局新金堤-巴哈必色220/400kV輸電線路總包項目，中標金額約1.35億元人民幣，展現(xiàn)了良好的發(fā)展態(tài)勢。
公司是國內(nèi)電動汽車行業(yè)龍頭，2016年新能源汽車銷量9.6萬輛，銷量蟬連全球第一，其中新能源乘用車銷量近8.6萬輛，純電動大巴銷量超1萬輛。電池方面，公司規(guī)劃2017/2018/2019年底產(chǎn)能分別為20/26/34GWh，同時計劃到2020年電池成本降到1元/wh以下，屆時成本優(yōu)勢將凸顯，進一步鞏固公司龍頭地位。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，公司與青海鹽湖工業(yè)股份有限公司合作共同設立新公司（公司占比48%），專門從事鹽湖鋰資源綜合利用產(chǎn)品的開發(fā)、加工和銷售。公司將以青海鹽湖佛照藍科鋰業(yè)股份有限公司為平臺，啟動3萬噸碳酸鋰項目建設。由于鋰資源的稀缺性，公司在鋰電池上游布局從長遠來看將有助于降低公司采購成本，提升競爭優(yōu)勢。
公司專業(yè)從事通信電源、綠色環(huán)保儲能應用產(chǎn)品研究、開發(fā)、制造和銷售，并為后備電源、動力電源及特殊電源領(lǐng)域提供完整的解決方案和服務，主導產(chǎn)品為閥控式密封鉛酸蓄電池。公司在鉛蓄電池領(lǐng)域深耕多年，目前公司的鉛炭電池以30%SoC~80%SoC范圍充放電（DOD50%）循環(huán)次數(shù)可達6000次，達到行業(yè)領(lǐng)先水平。公司“投資+運營”的儲能系統(tǒng)商用化模式迅速發(fā)展和落地。累計完成簽約容量近1000MWh，其中在建項目容量150MWh，待建項目容量150MWh，投運項目容量近30MWh，2016年實現(xiàn)儲能業(yè)務收入1.70億元，目前公司儲能盈利模式以削峰填谷為主，度電峰谷差利潤預計可以達到0.25~0.3元，大規(guī)模的項目落地對公司業(yè)績將產(chǎn)生積極影響。
公司成立于2011年，是國內(nèi)電網(wǎng)級別儲能系統(tǒng)的解決方案提供商。公司由國家千人計劃專家、儲能行業(yè)專家、電力行業(yè)專家在內(nèi)的團隊創(chuàng)建，專注于提供火電儲能聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)解決方案。目前公司提供的整套調(diào)頻系統(tǒng)核心組成包括集裝箱電池系統(tǒng)、儲能逆變器、火電儲能聯(lián)合調(diào)頻控制系統(tǒng)和實時監(jiān)控系統(tǒng)。公司在2013年9月做的京能集團北京石景山電池儲能聯(lián)合調(diào)頻2MW項目是全球首例火電儲能調(diào)頻項目，目前公司已在華北區(qū)域做成了3個調(diào)頻項目，總調(diào)頻容量為20MW。
公司以新能源產(chǎn)業(yè)為核心，涉足新能源汽車及儲能產(chǎn)業(yè)，包括鋰電池、電動汽車總成、整車制造、智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司在鈦酸鋰電池方面領(lǐng)先于行業(yè)，鈦酸鋰電池的特點在于壽命長（普遍能達到10000次以上）、功率密度高（如美國Altairnano公司的鈦酸鋰電池功率密度達到1760W/kg，對比鉛炭電池只有500~600W/kg）、充放電倍率高，因此很適合功率型應用場景。在實驗室條件下，公司電池能以10C的倍率充放電30000次，而目前實際使用中采用6C的倍率，80%的的DOD，對于功率型應用（如調(diào)頻）來說，盡管其初始投資成本較高，但是由于相較于磷酸鐵鋰和三元電池有較高的充放電倍率，因此實際在儲能系統(tǒng)中電池的安裝量小于后兩者，從而在系統(tǒng)安裝成本上與后兩者持平。未來隨著輔助服務市場的開放，大倍率的電池將在功率型應用中綻放光芒。
市場風險：由于調(diào)頻的效果隨著電力區(qū)域的擴大而逐步增加，實際上調(diào)頻的效果是具有1+1>2的效果，在大電網(wǎng)的背景下，由于可以進行多種方式的調(diào)頻，二次調(diào)頻的需求會小于各個小電網(wǎng)單獨需求的總和，因此調(diào)頻的實際市場規(guī)模要小。此外在現(xiàn)有補償機制的作用下，只有普及儲能的電廠規(guī)模小才能獲利，一旦大范圍的電廠都裝備儲能，那彼此的調(diào)頻效果接近，導致最后誰都無法獲利。此外調(diào)頻效果的最優(yōu)情景并非是儲能占100%，根據(jù)PJM的測算儲能占比在60%~85%時效果最優(yōu)，因此儲能市場部分可能會有過剩風險。
政策風險：此外，政策對市場影響較大，目前輔助服務市場是政策市，未來隨著電改進一步加深，電力市場建設逐步完善，市場化的輔助服務市場有望建立，從海外的經(jīng)驗來看，市場化的輔助服務市場對調(diào)頻市場規(guī)模有一定的抑制作用。
儲能在調(diào)頻的效果顯著、市場巨大，值得大家關(guān)注、探討！
我們重點關(guān)注的光伏等清潔電力占比提高后，儲能調(diào)頻需求更是會提升，相關(guān)公司受益明顯！
報告：
儲能系列報告之二——調(diào)頻：初露鋒芒，唯快不破
能源化工組 2017年7月5日
調(diào)頻市場被低估。對于電網(wǎng)來說能量供需不平衡和系統(tǒng)突發(fā)事件是電力系統(tǒng)運行的固有特性，在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)中，電網(wǎng)短時間內(nèi)的能量不平衡是由傳統(tǒng)機組（在我國主要是火電和水電）通過響應AGC信號來進行調(diào)節(jié)的。而隨著新能源的并網(wǎng)，風光的波動性和隨機性使得電網(wǎng)短時間內(nèi)的能量不平衡加劇，傳統(tǒng)能源（特別是火電）由于調(diào)頻速度慢，在響應信號時具有滯后性，因此不能滿足新增的需求，而儲能（特別是電化學儲能）由于調(diào)頻速度快，容量可調(diào)，因此成為非常好的調(diào)頻資源。根據(jù)California電力市場的電源特點，平均來看，儲能調(diào)頻效果是水電機組的1.7倍，燃氣機組的2.5倍，燃煤機組的20倍以上。
儲能參與AGC調(diào)頻效果顯著。在現(xiàn)有的政策及技術(shù)條件下，儲能由于無法作為獨立主體參與到市場中，因此目前儲能參與調(diào)頻市場的方式是與火電形成一個混合機組。根據(jù)華北區(qū)域的細則，理論上最好的調(diào)頻效果與最差的調(diào)頻效果之間可以相差近8000倍。實際應用中，投入前K2和K3的平均值分別在1.4和1.5左右，投入后上升到1.5和1.6左右，Kp值從2.98上升到3.2左右，后期通過進一步優(yōu)化使得Kp值提升到接近5，體現(xiàn)了儲能在調(diào)頻方面具有非常優(yōu)越的性能。
調(diào)頻市場空間巨大。從PJM市場的經(jīng)驗以及石景山項目的調(diào)頻效果來看，調(diào)頻的需求大約是總裝機容量的2%左右，我們得到全國存量調(diào)頻規(guī)模大約在42GW左右。考慮到目前只有華北區(qū)域是依效果付費，我們僅考慮華北區(qū)域總體的極限替代也能達到近770萬千瓦。目前國內(nèi)外并沒有對調(diào)頻規(guī)模的統(tǒng)一測算方法，調(diào)頻需求是1%~2%的峰值負荷這一結(jié)論只是海外的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，實際上隨著新能源的占比的不斷上升，實際需求還將會更高。以加州為例，由于風光的大量接入，2016年CAISO增加了2月~6月調(diào)頻需求量（一般增加到600MW，在2月底~3月初增加到800MW），總需求量是同期的近兩倍，而這段時間內(nèi)的調(diào)節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調(diào)頻巨大的經(jīng)濟效益。2016年加州總裝機量達7902.6萬千瓦，其中風電占比7.1%，太陽能占比12.5%，相比之下PJM總裝機量達1.82億千瓦，而風電只占0.6%，太陽能占比只有0.1%。反應在調(diào)頻需求上加州的調(diào)頻需求是峰值容量的0.9%，最高峰時可達1.7%，而加州只有0.3%~0.5%。從國內(nèi)來看，自2008年以來國內(nèi)裝機容量平均年增長率超過8%，我們認為未來5年裝機量平均增長率仍將保持這一速度，因此年新增裝機量將有約1.5億千瓦，由此我們得出年調(diào)頻需求在1.5~2GW左右。
調(diào)頻經(jīng)濟性遠好于削峰填谷。因此根據(jù)清華大學電機系劉紅衛(wèi)的碩士畢業(yè)論文《電池儲能系統(tǒng)與火電機組聯(lián)合調(diào)頻的性能及經(jīng)濟性分析》中石景山的項目數(shù)據(jù)，我們得到儲能和火電機組聯(lián)合調(diào)頻的效果及經(jīng)濟性相關(guān)評價。石景山項目總投資2260萬元，其中電池為1200萬元，PCS為600萬元，施工費用460萬元，我們假設設備殘值為5%，根據(jù)以上假設我們進行投資回收期測算，在第5年時NPV即可為正，IRR可達到11%，體現(xiàn)了調(diào)頻項目具有非常好的投資前景。由此我們可以看出調(diào)頻的經(jīng)濟性遠超削峰填谷，而未來隨著新能源在電源中占比的進一步提高，以及電力市場進一步深化，開放輔助服務市場，調(diào)頻的需求也將進一步釋放，因此我們認為調(diào)頻將會成為一個競爭激烈的市場。此外還可以將同一儲能應用到不同的場景中，通過多種場景疊加來獲得更多的收益，從而進一步縮短投資回收期。
建議關(guān)注的公司：由于能量供需不平衡和系統(tǒng)突發(fā)事件是電力系統(tǒng)運行的固有特性，因此調(diào)頻是系統(tǒng)內(nèi)在的需求。隨著風光等新能源接入比例逐步升高，調(diào)頻的需求也將快速上升，從而為整個市場帶來相應的機會。同時調(diào)頻的投資回收期在5年左右，顯著優(yōu)于削峰填谷，我們認為調(diào)頻市場正處于從用傳統(tǒng)能源調(diào)頻向儲能調(diào)頻過渡的時期，替代效應正在逐步顯現(xiàn)。在投資標的方面，上市公司建議關(guān)注：科陸電子、比亞迪和南都電源。非上市公司建議關(guān)注：睿能世紀和珠海銀隆。
相關(guān)行業(yè)風險：政策推進力度不及預期，輔助服務市場中政策改變可能會對儲能的替代有一定的抑制作用；電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)進步帶來需求的減少；技術(shù)進步、成本下降不及預期導致發(fā)展緩慢。
目 錄
調(diào)頻，被低估的市場
新能源裝機量增長，調(diào)頻需求激增
電池儲能是構(gòu)建新電網(wǎng)中的關(guān)鍵
在AGC調(diào)頻中儲能的效果明顯
調(diào)頻效果顯著，經(jīng)濟性優(yōu)于削峰填谷
投資標的
科陸電子（002121.SZ）
比亞迪（002594.SZ）
南都電源（300068.SZ）
睿能世紀
珠海銀隆
風險因素
調(diào)頻，被低估的市場
新能源裝機量增長，調(diào)頻需求激增
在整個電網(wǎng)中，頻率是保證機組和用戶用電安全的重要約束條件，一定程度的小范圍頻率波動（如國內(nèi)大電網(wǎng)為±0.2HZ）一般可以被整個電網(wǎng)接受，但是一旦頻率波動范圍過大則會造成機組切機、用戶電器跳閘等意外發(fā)生，造成損失。電網(wǎng)的頻率與發(fā)電機及用戶的負荷相關(guān)，當發(fā)電機和用戶的負荷相平衡時，頻率穩(wěn)定在60HZ（國內(nèi)為50HZ），當發(fā)電機容量超過負荷容量時，頻率會上升，反之亦然。
對于電網(wǎng)來說，發(fā)電端的供給和用電端的需求必須保持實時平衡，由于實際過程中，用戶無序的使用以及發(fā)電端新能源發(fā)電的波動性特征使得電網(wǎng)無法保證真正的實時平衡，通過調(diào)節(jié)供需可以使得電網(wǎng)能在較小的范圍內(nèi)波動，從而達到相對平衡的狀態(tài)。以發(fā)電機切機導致頻率降低為例，目前三時間段框架是應用較為普遍的平衡機制：在大量機組切除后的30S內(nèi)，發(fā)電廠通過機組慣性和調(diào)速器響應來控制頻率偏移，自動抑制頻率衰減，此時是一次調(diào)頻；在30S~10min的期間內(nèi)，以調(diào)頻器為代表的二次調(diào)頻設備介入調(diào)頻，此為二次調(diào)頻；第三個時間段從第5min開始，資源的經(jīng)濟調(diào)度通過5min實時情況提供三級控制機制，此時進行三次調(diào)頻。
在三時間段框架中，一次調(diào)頻是機組的基本服務，是用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)中較小的波動是其維持在正常的范圍內(nèi)，電廠無法靠其獲得收益。自動發(fā)電控制（Automatic GenerationControl, AGC）是二次頻率控制的第一種形式，AGC系統(tǒng)通過監(jiān)測自身頻率變化及其與相鄰區(qū)域之間的實際交換功率變化得到區(qū)域控制誤差（Area Control Error, ACE）,當其偏離平衡零點時，AGC將調(diào)度信號傳輸給發(fā)電機，實施相應的提高/降低出力從而達到升/降頻的目的。例如發(fā)電機脫網(wǎng)造成頻率大幅下降超過一次調(diào)頻的范圍時，通過二次調(diào)頻介入抑制頻率下降，并逐步使頻率回升到正常水平。
隨著新能源裝機容量的不斷上升，舊有的電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)無法適應新能源接入帶來的各種變化，特別是對于風電和光伏來說，由于沒有辦法進行一次調(diào)頻，因此隨著風光在電源結(jié)構(gòu)中占比的不斷攀升，系統(tǒng)調(diào)頻的壓力也越來越大。風電由于電機的轉(zhuǎn)子慣性很小，同時缺乏調(diào)速器在擾動后增加機組出力，因此從性質(zhì)上可以將其看成是無調(diào)節(jié)的火電機組。而光伏更是沒有旋轉(zhuǎn)體提供慣性，盡量在理論上逆變器可以提供在從直流向交流的電力轉(zhuǎn)換過程中的響應，但是這需要依賴于只能電網(wǎng)監(jiān)控和通訊功能，因此在現(xiàn)有條件下也不具有一次調(diào)頻能力。當系統(tǒng)缺乏足夠的一次調(diào)頻能力時，可能無法在干擾后充分抑制頻率波動，導致出現(xiàn)運營商采取甩負荷的措施，造成發(fā)電廠和用戶雙輸?shù)木置妗?/div>
電池儲能是構(gòu)建新電網(wǎng)中的關(guān)鍵
對于調(diào)頻來說，傳統(tǒng)電網(wǎng)中采用水電、火電和氣電等機組進行調(diào)節(jié)，由于沒有風光等短時間波動劇烈的電源，傳統(tǒng)機組能較好的對電網(wǎng)進行調(diào)頻。但是當新能源發(fā)電裝機量占比逐漸上升之后，劇烈的波動需大量的傳統(tǒng)機組來進行調(diào)頻，特別是我國以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)下，火電機組的調(diào)頻能力最差，因此需要建設更多的火電廠來保證電網(wǎng)頻率，這樣會造成大量的資源浪費。但是如果采用電池儲能系統(tǒng)，則可以在降低成本的同時用較少的裝機量實現(xiàn)更好的調(diào)頻效果。
儲能對傳統(tǒng)電源的調(diào)頻替代作用是非常顯著的。我們假設區(qū)域電網(wǎng)在2min內(nèi)有20MW的升功率需求，即對系統(tǒng)整體的爬坡能力要求為10MW/min。傳統(tǒng)火電機組的爬坡率在2%~5%，我們假設火電機組爬坡率為2％/min，則需要一臺容量為500MW的火電機組來提供調(diào)節(jié)，而采用20MW的儲能系統(tǒng)就能夠瞬間完成升功率的需求，即在該調(diào)節(jié)速率需求下，１MW儲能系統(tǒng)提供的AGC調(diào)頻能力相當于25MW火電機組的調(diào)節(jié)能力。如果系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)需求為20MW/min ，則儲能的調(diào)節(jié)功率替代效果是燃煤機組的50倍。PNNL同過仿真得到類似的結(jié)論，根據(jù)California電力市場的電源特點，平均來看，儲能調(diào)頻效果是水電機組的1.7倍，燃氣機組的2.5倍，燃煤機組的20倍以上。
由于儲能在發(fā)輸配售各個領(lǐng)域都有相關(guān)應用場景，因此其發(fā)展非常迅速，但是相關(guān)的法律法規(guī)是制約其發(fā)展的一大因素。從全球范圍來看，儲能產(chǎn)業(yè)也是處于成長之中，以美國為例，2007年890法案確認了要包括儲能在內(nèi)的非傳統(tǒng)發(fā)電電源的市場主體地位，2011年的755法案解決了儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻市場獲得合理回報的問題，要求電網(wǎng)為調(diào)頻服務的效果支付調(diào)頻補償費用，因此調(diào)頻的實際效果和產(chǎn)業(yè)爆發(fā)需要政策和標準的支持。
國內(nèi)由于改革起步晚，能量市場還不完備，因此輔助服務市場相關(guān)政策的制定也非常滯后。目前全國采用的依然是各區(qū)域的《發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理細則》和《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理細則》。山東省在2017年6月5日發(fā)布了《山東電力輔助服務市場運營規(guī)則（試行）》，文中規(guī)定了交易品種為有償調(diào)峰和自動發(fā)電控制（AGC），采用日前組織、日內(nèi)調(diào)整的交易方式。廣東于7月4日發(fā)布了《廣東調(diào)頻輔助服務市場建設試點方案》，但是其補償費用依然采用先行南方區(qū)域“兩個細則”相關(guān)規(guī)定進行結(jié)算，因此調(diào)頻的市場建立還需時日。
在AGC調(diào)頻中儲能的效果明顯
對于三次調(diào)頻來說，其主要應用與在較長時間間隔下提交和調(diào)度資源，通常也被稱為實時平衡或者負荷跟蹤。我們以加州為例，CAISO通過每15min指派短期啟動和快速啟動機組以及每5min給機組發(fā)送調(diào)度指令來進行負荷跟蹤，而對于二次調(diào)頻，每隔4s，AGC系統(tǒng)就會監(jiān)視ACE偏差并給提供調(diào)頻輔助服務的機組發(fā)送調(diào)度信號，因此在此我們主要討論儲能在二次調(diào)頻中的應用及其效果。
AGC調(diào)節(jié)過程
我們以《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則（試行）》中的圖為例，T0時間機組接受到AGC指令開始調(diào)節(jié)負荷，到T1時刻跨出調(diào)節(jié)死區(qū)，T2時刻是運行人員開磨煤機，到T3時刻磨煤機完全開啟，負荷進一步上升，直到指令要求的水平，自T4時刻之后機組平穩(wěn)運行直到T5時刻接受下一個AGC指令，同樣在T6時刻跨越調(diào)節(jié)死區(qū)，整個負調(diào)節(jié)過程直到T7時刻進入P3的調(diào)節(jié)死區(qū)，此后保持平穩(wěn)運行。
目前全國除山東省以外，采用的依然是各區(qū)域的《發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理細則》和《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理細則》，各區(qū)域發(fā)布的《細則》針對調(diào)頻的補償辦法不同，其中華北電網(wǎng)的補償在考慮了容量補償和可用時間補償以外還考慮了調(diào)節(jié)性能，一定程度上使得性能更優(yōu)的儲能電站可以獲得更多的補償，因此我們采用華北區(qū)域的調(diào)頻進行簡單分析。
根據(jù)華北區(qū)域的《細則》，指令周期Ｔ內(nèi)儲能系統(tǒng)參與AGC調(diào)頻的補償為：
中R為系統(tǒng)獲得的AGC調(diào)頻補償；D為補償深度，機組接受AGC信號后調(diào)節(jié)負荷，當其調(diào)節(jié)深度達到指令指定的有效范圍內(nèi)并保持一定時間時，其值為否則其值為0；AAGC表示AGC補償單價，單位為元/MW；k1表示調(diào)節(jié)速率效果指標，k2表示調(diào)節(jié)精度效果指標，k3表示響應時間效果指標，三者的計算公式如下：
式中PS是系統(tǒng)初始出力，PE是系統(tǒng)的目標出力，vN是標準調(diào)節(jié)速率（MW/min）；ΔPN為調(diào)節(jié)允許的偏差量（MW）；tst為標準響應時間（s）。當k1 、k2 、k3計算值小于0.1時，取值0.1。而k1 、k2 、k3的最大值為2，即k1 、k2 、k3的積最大為8，因此理論上來說在該公式下調(diào)頻效果最大可以差8000倍。
傳統(tǒng)機組由于響應慢，不能及時跟隨AGC信號，當AGC信號下發(fā)指令的功率變化方向與機組當前實際功率變化方向相反時，機組無法快速轉(zhuǎn)變功率方向，因此會產(chǎn)生一段時間的反方向調(diào)節(jié)，這稱為反調(diào)現(xiàn)象。相較之下，電池儲能系統(tǒng)因為響應快，能雙向調(diào)節(jié)，因此沒有反調(diào)現(xiàn)象。但是由于國內(nèi)的調(diào)頻輔助服務政策中并沒有把儲能系統(tǒng)作為一個獨立電源讓其參與到市場中，因此儲能在輔助服務市場中地位尷尬，以調(diào)頻為例，目前采用的方法是儲能和火電機組聯(lián)合調(diào)頻的模式，利用儲能的快速響應和快速調(diào)節(jié)能力來提升系統(tǒng)總體的調(diào)頻效果。
儲能對傳統(tǒng)機組的替代效應及規(guī)模
從PJM市場的經(jīng)驗以及石景山項目的調(diào)頻效果來看，調(diào)頻的需求大約是總裝機容量的2%左右，我們得到全國存量調(diào)頻規(guī)模大約在42GW左右。考慮到目前只有華北區(qū)域是依效果付費，我們僅考慮華北區(qū)域總體的極限替代也能達到近770萬千瓦。由于目前國內(nèi)并沒有對調(diào)頻規(guī)模的統(tǒng)一測算方法，調(diào)頻需求是1%~2%的峰值負荷這一結(jié)論只是海外的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，我們認為在國內(nèi)現(xiàn)有政策環(huán)境下調(diào)頻的實際裝機需求還會更高。
海外特別是歐洲及北美地區(qū)，由于發(fā)達國家電改走在我們的前面，因此市場相對更成熟，調(diào)頻市場的需求也更強烈，如2014年歐洲總裝機量為14.11億千瓦，美國2016年裝機容量為11.84億千瓦，因此實際調(diào)頻市場規(guī)模預計分別可達到28.22GW、23.68GW。而從國內(nèi)來看，自2008年以來國內(nèi)裝機容量平均年增長率超過8%，我們認為未來5年裝機量平均增長率仍將保持這一速度，因此年新增裝機量將有約1.5億千瓦，由此我們得出年調(diào)頻需求在1.5~2GW左右（由于無法得知年實際峰值負荷，因此以裝機量近似代替）。
實際上隨著新能源的占比的不斷上升，實際需求還將會更高。以加州為例，由于風光的大量接入，2016年CAISO增加了2月~6月調(diào)頻需求量（一般增加到600MW，在2月底~3月初增加到800MW），總需求量是同期的近兩倍，而這段時間內(nèi)的調(diào)節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調(diào)頻巨大的經(jīng)濟效益。2016年加州總裝機量達7902.6萬千瓦，其中風電占比7.1%，太陽能占比12.5%，相比之下PJM總裝機量達1.82億千瓦，而風電只占0.6%，太陽能占比只有0.1%。反應在調(diào)頻需求上加州的調(diào)頻需求是峰值容量的0.9%，最高峰時可達1.7%，而PJM只有0.3%~0.5%。
調(diào)頻效果顯著，經(jīng)濟性優(yōu)于削峰填谷
由于目前國內(nèi)對儲能調(diào)頻效果及經(jīng)濟性的測算缺乏統(tǒng)一標準，因此根據(jù)清華大學電機系劉紅衛(wèi)的碩士畢業(yè)論文《電池儲能系統(tǒng)與火電機組聯(lián)合調(diào)頻的性能及經(jīng)濟性分析》中石景山的項目數(shù)據(jù)，我們得到儲能和火電機組聯(lián)合調(diào)頻的效果及經(jīng)濟性相關(guān)評價。
首先在針對調(diào)頻性能方面儲能對傳統(tǒng)機組提升效果比較顯著，Kp值從2.98上升到3.2左右。分指標看儲能對調(diào)節(jié)精度和響應時間的提升效果最為明顯，投入前K2和K3的平均值分別在1.4和1.5左右，投入后上升到1.5和1.6左右，實際上在后期通過進一步優(yōu)化使得Kp值提升到接近5，體現(xiàn)了儲能在調(diào)頻方面具有非常優(yōu)越的性能。
我們將調(diào)頻裝置進行投入前后補償費用的對比,在相同工況下,未投入儲能裝置補償日均額為16206元,投入儲能裝置以后補償日均額在46423元,投入后是投入前的2.86倍。以2012年3號機組（未投入儲能裝置）一年AGC補償費用547萬元測算，投入儲能裝置后AGC補償費用一年可以多收入約1017.4萬元。
根據(jù)6.30~7.31的數(shù)據(jù)得到月耗電量q：
q=(1929.708-1620.036)-(1583.832-1325.172)+(68-45)=74.01
因此一年的耗電量Q：
Q=q/31*365=871.29MWh
石景山項目總投資2260萬元，其中電池為1200萬元，PCS為600萬元，施工費用460萬元，我們假設設備殘值為5%，根據(jù)以上假設我們進行投資回收期測算，在第5年時NPV即可為正，IRR可達到11%，體現(xiàn)了調(diào)頻項目具有非常好的投資前景。
由此我們可以看出調(diào)頻的經(jīng)濟性遠超削峰填谷，而未來隨著新能源在電源中占比的進一步提高，以及電力市場進一步深化，開放輔助服務市場，調(diào)頻的需求也將進一步釋放，因此我們認為調(diào)頻將會成為一個競爭激烈的市場。此外還可以將同一儲能應用到不同的場景中，通過多種場景疊加來獲得更多的收益，從而進一步縮短投資回收期。
投資標的
由于能量供需不平衡和系統(tǒng)突發(fā)事件是電力系統(tǒng)運行的固有特性，因此調(diào)頻是系統(tǒng)內(nèi)在的需求。隨著風光等新能源接入比例逐步升高，調(diào)頻的需求也將快速上升，從而為整個市場帶來相應的機會。同時調(diào)頻的投資回收期在5年左右，顯著優(yōu)于削峰填谷，我們認為調(diào)頻市場正處于從用傳統(tǒng)能源調(diào)頻向儲能調(diào)頻過渡的時期，替代效應正在逐步顯現(xiàn)。在投資標的方面，上市公司建議關(guān)注：科陸電子、比亞迪和南都電源。非上市公司建議關(guān)注：睿能世紀和珠海銀隆。
科陸電子（002121.SZ）
公司是由國家科技部認定的國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)，專業(yè)從事用電管理系統(tǒng)、電子式電能表、標準儀器儀表及軟件產(chǎn)品的研發(fā)、制造及銷售。公司是國內(nèi)高端電能表產(chǎn)業(yè)的開拓者，也是中國領(lǐng)先的電力設備與軟件制造商。公司2016年集成電路、智慧城市業(yè)務收入增加，電能表產(chǎn)品貢獻業(yè)績顯著。配電網(wǎng)方面，在國家電網(wǎng)公司2016年三次招標活動中，公司智能電表和用電信息采集產(chǎn)品均有中標，金額總計5.98億元；新能源業(yè)務方面，公司中標錫林郭勒盟新能源通電設備升級改造工程項目、榆中縣和英山縣光伏扶貧項目及西藏自治區(qū)“金太陽”二期太陽能戶用系統(tǒng)項目，公司預計中標金額共計2.29億元；在海外市場中，公司以聯(lián)合體單位中標尼泊爾國家電力局新金堤-巴哈必色220/400kV輸電線路總包項目，中標金額約1.35億元人民幣，展現(xiàn)了良好的發(fā)展態(tài)勢。
相較而言，公司在儲能領(lǐng)域發(fā)展更值得期待。公司目前研發(fā)的磷酸鐵鋰電池在DOD90%，0.3C的環(huán)境下循環(huán)壽命達到7000次（電池剩余容量為60%），度電成本在0.4元/kWh左右，技術(shù)優(yōu)勢達到行業(yè)領(lǐng)先水平。公司于2016年10月29日公告增資入股江西科能儲能電池系統(tǒng)有限公司，占比49%，子公司一期計劃投建4億AH(安時)全自動高性能鋰離子儲能電池生產(chǎn)線，配套10,000噸磷酸鐵鋰項目及相應的隔膜、極片制造工廠，預計今年投產(chǎn)，公司的電池成本有望進一步下降。此外，2016年6月，國內(nèi)第一個商業(yè)化運行的風光儲電網(wǎng)融合示范項目——玉門市三十里井子風光儲電網(wǎng)完成了系統(tǒng)調(diào)試，成功并入電網(wǎng)投入運行，下一步將結(jié)合儲能進行深入試驗示范與研究應用。在調(diào)頻方面，公司于4月16日發(fā)布公告稱的山西同達電廠儲能 AGC 調(diào)頻項目）已順利建成并即將投運，項目建設規(guī)模為9MW/4.478MWh，項目投運后，將成為目前國內(nèi)規(guī)模最大的儲能電力調(diào)頻項目。
比亞迪（002594.SZ）
公司是國內(nèi)電動汽車行業(yè)龍頭，2016年新能源汽車銷量9.6萬輛，銷量蟬連全球第一，其中新能源乘用車銷量近8.6萬輛，純電動大巴銷量超1萬輛。電池方面，公司規(guī)劃2017/2018/2019年底產(chǎn)能分別為20/26/34GWh，同時計劃到2020年電池成本降到1元/wh以下，屆時成本優(yōu)勢將凸顯，進一步鞏固公司龍頭地位。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，公司與青海鹽湖工業(yè)股份有限公司合作共同設立新公司（公司占比48%），專門從事鹽湖鋰資源綜合利用產(chǎn)品的開發(fā)、加工和銷售。公司將以青海鹽湖佛照藍科鋰業(yè)股份有限公司為平臺，啟動3萬噸碳酸鋰項目建設。由于鋰資源的稀缺性，公司在鋰電池上游布局從長遠來看將有助于降低公司采購成本，提升競爭優(yōu)勢。
公司目前在磷酸鐵鋰電池方面具有較好的研發(fā)水平，實驗室條件下電池循環(huán)壽命可達7000~8000次。公司目前儲能產(chǎn)品暢銷歐美，目前在美國PJM調(diào)頻市場公司產(chǎn)品份額占據(jù)50%以上，總供應容量達132MW。此外公司在坪山有20MW，40MWh的電站，主要應用場景是削峰填谷。
南都電源（300068.SZ）
公司專業(yè)從事通信電源、綠色環(huán)保儲能應用產(chǎn)品研究、開發(fā)、制造和銷售，并為后備電源、動力電源及特殊電源領(lǐng)域提供完整的解決方案和服務，主導產(chǎn)品為閥控式密封鉛酸蓄電池。公司在鉛蓄電池領(lǐng)域深耕多年，目前公司的鉛炭電池以30%SoC~80%SoC范圍充放電（DOD50%）循環(huán)次數(shù)可達6000次，達到行業(yè)領(lǐng)先水平。公司“投資+運營”的儲能系統(tǒng)商用化模式迅速發(fā)展和落地。累計完成簽約容量近1000MWh，其中在建項目容量150MWh，待建項目容量150MWh，投運項目容量近30MWh，2016年實現(xiàn)儲能業(yè)務收入1.70億元，目前公司儲能盈利模式以削峰填谷為主，度電峰谷差利潤預計可以達到0.25~0.3元，大規(guī)模的項目落地對公司業(yè)績將產(chǎn)生積極影響。
同時，公司控股華鉑科技，布局鉛回收，從而形成完整鉛炭產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。近期公司完成對華鉑科技剩余49%股權(quán)的收購，從而達到100%控股。隨著鉛回收比例的提升，公司可以以更低的成本獲得鉛原材料，從而在成本上占有優(yōu)勢。2016年12月國家出臺了《再生鉛行業(yè)規(guī)范條件》，要求廢鉛蓄電池預處理項目規(guī)模應在10萬噸/年以上。隨著國家對環(huán)保標準的趨嚴及對行業(yè)準入門檻的提高，再生鉛行業(yè)未來集中度有望提升，公司有望因此受益。調(diào)頻方面，公司于6月13日發(fā)布公告稱公司擬增資香港全資子公司南都國際控股公司（以下簡稱“南都國際”)4240萬歐元以進行海外投資，南都國際投資對象為全資子公司 Narada Germany GmbH，主要用于建設一期總?cè)萘繛?50MW 的調(diào)頻儲能電站，以參與德國調(diào)頻市場服務。德國目前市場容量超過800MW，如果擴展到整個歐洲互聯(lián)電網(wǎng)，容量超過3000MW。德國一次調(diào)頻市場采用每周競價的方式參與服務，過去8年平均收益為3000歐元/MW/周，良好的市場環(huán)境促使公司投資海外，在此過程中，公司將實現(xiàn)對調(diào)頻儲能市場的深入?yún)⑴c及深刻理解，同時為公司在未來儲能市場的全球布局打下堅實基礎(chǔ)。
睿能世紀
公司成立于2011年，是國內(nèi)電網(wǎng)級別儲能系統(tǒng)的解決方案提供商。公司由國家千人計劃專家、儲能行業(yè)專家、電力行業(yè)專家在內(nèi)的團隊創(chuàng)建，專注于提供火電儲能聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)解決方案。目前公司提供的整套調(diào)頻系統(tǒng)核心組成包括集裝箱電池系統(tǒng)、儲能逆變器、火電儲能聯(lián)合調(diào)頻控制系統(tǒng)和實時監(jiān)控系統(tǒng)。公司在2013年9月做的京能集團北京石景山電池儲能聯(lián)合調(diào)頻2MW項目是全球首例火電儲能調(diào)頻項目，目前公司已在華北區(qū)域做成了3個調(diào)頻項目，總調(diào)頻容量為20MW。
珠海銀隆
公司以新能源產(chǎn)業(yè)為核心，涉足新能源汽車及儲能產(chǎn)業(yè)，包括鋰電池、電動汽車總成、整車制造、智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司在鈦酸鋰電池方面領(lǐng)先于行業(yè)，鈦酸鋰電池的特點在于壽命長（普遍能達到10000次以上）、功率密度高（如美國Altairnano公司的鈦酸鋰電池功率密度達到1760W/kg，對比鉛炭電池只有500~600W/kg）、充放電倍率高，因此很適合功率型應用場景。在實驗室條件下，公司電池能以10C的倍率充放電30000次，而目前實際使用中采用6C的倍率，80%的的DOD，對于功率型應用（如調(diào)頻）來說，盡管其初始投資成本較高，但是由于相較于磷酸鐵鋰和三元電池有較高的充放電倍率，因此實際在儲能系統(tǒng)中電池的安裝量小于后兩者，從而在系統(tǒng)安裝成本上與后兩者持平。未來隨著輔助服務市場的開放，大倍率的電池將在功率型應用中綻放光芒。
風險因素
市場風險：由于調(diào)頻的效果隨著電力區(qū)域的擴大而逐步增加，實際上調(diào)頻的效果是具有1+1>2的效果，在大電網(wǎng)的背景下，由于可以進行多種方式的調(diào)頻，二次調(diào)頻的需求會小于各個小電網(wǎng)單獨需求的總和，因此調(diào)頻的實際市場規(guī)模要小。此外在現(xiàn)有補償機制的作用下，只有普及儲能的電廠規(guī)模小才能獲利，一旦大范圍的電廠都裝備儲能，那彼此的調(diào)頻效果接近，導致最后誰都無法獲利。此外調(diào)頻效果的最優(yōu)情景并非是儲能占100%，根據(jù)PJM的測算儲能占比在60%~85%時效果最優(yōu)，因此儲能市場部分可能會有過剩風險。
政策風險：此外，政策對市場影響較大，目前輔助服務市場是政策市，未來隨著電改進一步加深，電力市場建設逐步完善，市場化的輔助服務市場有望建立，從海外的經(jīng)驗來看，市場化的輔助服務市場對調(diào)頻市場規(guī)模有一定的抑制作用。
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本文標題: 儲能調(diào)頻：初露鋒芒，唯快不破
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