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調頻市場一直被大家忽視、低估！
儲能在調頻的效果顯著、市場巨大，值得大家關注、探討！
我們重點關注的光伏等清潔電力占比提高后，儲能調頻需求更是會提升，相關公司受益明顯！
對于電網來說，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無法保證真正的實時平衡，通過調節(jié)供需可以使得電網能在較小的范圍內波動，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，發(fā)電廠通過機組慣性和調速器響應來控制頻率偏移，自動抑制頻率衰減，此時是一次調頻；在30S~10min的期間內，以調頻器為代表的二次調頻設備介入調頻，此為二次調頻；第三個時間段從第5min開始，資源的經濟調度通過5min實時情況提供三級控制機制，此時進行三次調頻。
隨著新能源裝機容量的不斷上升，舊有的電網系統(tǒng)已經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頻，因此隨著風光在電源結構中占比的不斷攀升，系統(tǒng)調頻的壓力也越來越大。風電由于電機的轉子慣性很小，同時缺乏調速器在擾動后增加機組出力，因此從性質上可以將其看成是無調節(jié)的火電機組。而光伏更是沒有旋轉體提供慣性，盡量在理論上逆變器可以提供在從直流向交流的電力轉換過程中的響應，但是這需要依賴于只能電網監(jiān)控和通訊功能，因此在現(xiàn)有條件下也不具有一次調頻能力。當系統(tǒng)缺乏足夠的一次調頻能力時，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>
電池儲能是構建新電網中的關鍵
對于調頻來說，傳統(tǒng)電網中采用水電、火電和氣電等機組進行調節(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進行調頻。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)機組來進行調頻，特別是我國以煤電為主的電源結構下，火電機組的調頻能力最差，因此需要建設更多的火電廠來保證電網頻率，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)更好的調頻效果。
由于儲能在發(fā)輸配售各個領域都有相關應用場景，因此其發(fā)展非常迅速，但是相關的法律法規(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)參與電網調頻市場獲得合理回報的問題，要求電網為調頻服務的效果支付調頻補償費用，因此調頻的實際效果和產業(yè)爆發(fā)需要政策和標準的支持。
對于三次調頻來說，其主要應用與在較長時間間隔下提交和調度資源，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)送調度指令來進行負荷跟蹤，而對于二次調頻，每隔4s，AGC系統(tǒng)就會監(jiān)視ACE偏差并給提供調頻輔助服務的機組發(fā)送調度信號，因此在此我們主要討論儲能在二次調頻中的應用及其效果。
AGC調節(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)電廠并網運行管理細則》和《并網發(fā)電廠輔助服務管理細則》，各區(qū)域發(fā)布的《細則》針對調頻的補償辦法不同，其中華北電網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)域的調頻進行簡單分析。
根據(jù)華北區(qū)域的《細則》，指令周期Ｔ內儲能系統(tǒng)參與AGC調頻的補償為：
式中PS是系統(tǒng)初始出力，PE是系統(tǒng)的目標出力，vN是標準調節(jié)速率（MW/min）；ΔPN為調節(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，機組無法快速轉變功率方向，因此會產生一段時間的反方向調節(jié)，這稱為反調現(xiàn)象。相較之下，電池儲能系統(tǒng)因為響應快，能雙向調節(jié)，因此沒有反調現(xiàn)象。但是由于國內的調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，以調頻為例，目前采用的方法是儲能和火電機組聯(lián)合調頻的模式，利用儲能的快速響應和快速調節(jié)能力來提升系統(tǒng)總體的調頻效果。
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，因此實際調頻市場規(guī)模預計分別可達到28.22GW、23.68GW。而從國內來看，自2008年以來國內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，而這段時間內的調節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調頻巨大的經濟效益。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%。反應在調頻需求上加州的調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%。
調頻效果顯著，經濟性優(yōu)于削峰填谷
由于目前國內對儲能調頻效果及經濟性的測算缺乏統(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)合調頻的性能及經濟性分析》中石景山的項目數(shù)據(jù)，我們得到儲能和火電機組聯(lián)合調頻的效果及經濟性相關評價。
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品的研發(fā)、制造及銷售。公司是國內高端電能表產業(yè)的開拓者，也是中國領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，電能表產品貢獻業(yè)績顯著。配電網方面，在國家電網公司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域提供完整的解決方案和服務，主導產品為閥控式密封鉛酸蓄電池。公司在鉛蓄電池領域深耕多年，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)績將產生積極影響。
公司成立于2011年，是國內電網級別儲能系統(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)專家在內的團隊創(chuàng)建，專注于提供火電儲能聯(lián)合調頻系統(tǒng)解決方案。目前公司提供的整套調頻系統(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)合調頻2MW項目是全球首例火電儲能調頻項目，目前公司已在華北區(qū)域做成了3個調頻項目，總調頻容量為20MW。
公司以新能源產業(yè)為核心，涉足新能源汽車及儲能產業(yè)，包括鋰電池、電動汽車總成、整車制造、智能電網儲能系統(tǒng)的研發(fā)、生產和銷售。公司在鈦酸鋰電池方面領先于行業(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：由于調頻的效果隨著電力區(qū)域的擴大而逐步增加，實際上調頻的效果是具有1+1>2的效果，在大電網的背景下，由于可以進行多種方式的調頻，二次調頻的需求會小于各個小電網單獨需求的總和，因此調頻的實際市場規(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，那彼此的調頻效果接近，導致最后誰都無法獲利。此外調頻效果的最優(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，從海外的經驗來看，市場化的輔助服務市場對調頻市場規(guī)模有一定的抑制作用。
儲能在調頻的效果顯著、市場巨大，值得大家關注、探討！
我們重點關注的光伏等清潔電力占比提高后，儲能調頻需求更是會提升，相關公司受益明顯！
報告：
儲能系列報告之二——調頻：初露鋒芒，唯快不破
能源化工組 2017年7月5日
調頻市場被低估。對于電網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)能源結構中，電網短時間內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信號來進行調節(jié)的。而隨著新能源的并網，風光的波動性和隨機性使得電網短時間內的能量不平衡加劇，傳統(tǒng)能源（特別是火電）由于調頻速度慢，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）由于調頻速度快，容量可調，因此成為非常好的調頻資源。根據(jù)California電力市場的電源特點，平均來看，儲能調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調頻效果顯著。在現(xiàn)有的政策及技術條件下，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，理論上最好的調頻效果與最差的調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)了儲能在調頻方面具有非常優(yōu)越的性能。
調頻市場空間巨大。從PJM市場的經驗以及石景山項目的調頻效果來看，調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頻規(guī)模大約在42GW左右?？紤]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。目前國內外并沒有對調頻規(guī)模的統(tǒng)一測算方法，調頻需求是1%~2%的峰值負荷這一結論只是海外的經驗數(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，而這段時間內的調節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調頻巨大的經濟效益。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%。反應在調頻需求上加州的調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%。從國內來看，自2008年以來國內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，由此我們得出年調頻需求在1.5~2GW左右。
調頻經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)合調頻的性能及經濟性分析》中石景山的項目數(shù)據(jù)，我們得到儲能和火電機組聯(lián)合調頻的效果及經濟性相關評價。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)了調頻項目具有非常好的投資前景。由此我們可以看出調頻的經濟性遠超削峰填谷，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，調頻的需求也將進一步釋放，因此我們認為調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，因此調頻是系統(tǒng)內在的需求。隨著風光等新能源接入比例逐步升高，調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，我們認為調頻市場正處于從用傳統(tǒng)能源調頻向儲能調頻過渡的時期，替代效應正在逐步顯現(xiàn)。在投資標的方面，上市公司建議關注：科陸電子、比亞迪和南都電源。非上市公司建議關注：睿能世紀和珠海銀隆。
相關行業(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；電網系統(tǒng)技術進步帶來需求的減少；技術進步、成本下降不及預期導致發(fā)展緩慢。
目 錄
調頻，被低估的市場
新能源裝機量增長，調頻需求激增
電池儲能是構建新電網中的關鍵
在AGC調頻中儲能的效果明顯
調頻效果顯著，經濟性優(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
調頻，被低估的市場
新能源裝機量增長，調頻需求激增
在整個電網中，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（如國內大電網為±0.2HZ）一般可以被整個電網接受，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。電網的頻率與發(fā)電機及用戶的負荷相關，當發(fā)電機和用戶的負荷相平衡時，頻率穩(wěn)定在60HZ（國內為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無法保證真正的實時平衡，通過調節(jié)供需可以使得電網能在較小的范圍內波動，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，發(fā)電廠通過機組慣性和調速器響應來控制頻率偏移，自動抑制頻率衰減，此時是一次調頻；在30S~10min的期間內，以調頻器為代表的二次調頻設備介入調頻，此為二次調頻；第三個時間段從第5min開始，資源的經濟調度通過5min實時情況提供三級控制機制，此時進行三次調頻。
在三時間段框架中，一次調頻是機組的基本服務，是用于調節(jié)電網中較小的波動是其維持在正常的范圍內，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)電機脫網造成頻率大幅下降超過一次調頻的范圍時，通過二次調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，舊有的電網系統(tǒng)已經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頻，因此隨著風光在電源結構中占比的不斷攀升，系統(tǒng)調頻的壓力也越來越大。風電由于電機的轉子慣性很小，同時缺乏調速器在擾動后增加機組出力，因此從性質上可以將其看成是無調節(jié)的火電機組。而光伏更是沒有旋轉體提供慣性，盡量在理論上逆變器可以提供在從直流向交流的電力轉換過程中的響應，但是這需要依賴于只能電網監(jiān)控和通訊功能，因此在現(xiàn)有條件下也不具有一次調頻能力。當系統(tǒng)缺乏足夠的一次調頻能力時，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>
電池儲能是構建新電網中的關鍵
對于調頻來說，傳統(tǒng)電網中采用水電、火電和氣電等機組進行調節(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進行調頻。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)機組來進行調頻，特別是我國以煤電為主的電源結構下，火電機組的調頻能力最差，因此需要建設更多的火電廠來保證電網頻率，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)更好的調頻效果。
儲能對傳統(tǒng)電源的調頻替代作用是非常顯著的。我們假設區(qū)域電網在2min內有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，即在該調節(jié)速率需求下，１MW儲能系統(tǒng)提供的AGC調頻能力相當于25MW火電機組的調節(jié)能力。如果系統(tǒng)的功率調節(jié)需求為20MW/min ，則儲能的調節(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論，根據(jù)California電力市場的電源特點，平均來看，儲能調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)輸配售各個領域都有相關應用場景，因此其發(fā)展非常迅速，但是相關的法律法規(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)參與電網調頻市場獲得合理回報的問題，要求電網為調頻服務的效果支付調頻補償費用，因此調頻的實際效果和產業(yè)爆發(fā)需要政策和標準的支持。
國內由于改革起步晚，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)電廠并網運行管理細則》和《并網發(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峰和自動發(fā)電控制（AGC），采用日前組織、日內調整的交易方式。廣東于7月4日發(fā)布了《廣東調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”相關規(guī)定進行結算，因此調頻的市場建立還需時日。
在AGC調頻中儲能的效果明顯
對于三次調頻來說，其主要應用與在較長時間間隔下提交和調度資源，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)送調度指令來進行負荷跟蹤，而對于二次調頻，每隔4s，AGC系統(tǒng)就會監(jiān)視ACE偏差并給提供調頻輔助服務的機組發(fā)送調度信號，因此在此我們主要討論儲能在二次調頻中的應用及其效果。
AGC調節(jié)過程
我們以《華北區(qū)域發(fā)電廠并網運行管理實施細則（試行）》中的圖為例，T0時間機組接受到AGC指令開始調節(jié)負荷，到T1時刻跨出調節(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時刻跨越調節(jié)死區(qū)，整個負調節(jié)過程直到T7時刻進入P3的調節(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)電廠并網運行管理細則》和《并網發(fā)電廠輔助服務管理細則》，各區(qū)域發(fā)布的《細則》針對調頻的補償辦法不同，其中華北電網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)域的調頻進行簡單分析。
根據(jù)華北區(qū)域的《細則》，指令周期Ｔ內儲能系統(tǒng)參與AGC調頻的補償為：
中R為系統(tǒng)獲得的AGC調頻補償；D為補償深度，機組接受AGC信號后調節(jié)負荷，當其調節(jié)深度達到指令指定的有效范圍內并保持一定時間時，其值為否則其值為0；AAGC表示AGC補償單價，單位為元/MW；k1表示調節(jié)速率效果指標，k2表示調節(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是標準調節(jié)速率（MW/min）；ΔPN為調節(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，機組無法快速轉變功率方向，因此會產生一段時間的反方向調節(jié)，這稱為反調現(xiàn)象。相較之下，電池儲能系統(tǒng)因為響應快，能雙向調節(jié)，因此沒有反調現(xiàn)象。但是由于國內的調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，以調頻為例，目前采用的方法是儲能和火電機組聯(lián)合調頻的模式，利用儲能的快速響應和快速調節(jié)能力來提升系統(tǒng)總體的調頻效果。
儲能對傳統(tǒng)機組的替代效應及規(guī)模
從PJM市場的經驗以及石景山項目的調頻效果來看，調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頻規(guī)模大約在42GW左右?？紤]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。由于目前國內并沒有對調頻規(guī)模的統(tǒng)一測算方法，調頻需求是1%~2%的峰值負荷這一結論只是海外的經驗數(shù)據(jù)，我們認為在國內現(xiàn)有政策環(huán)境下調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，因此實際調頻市場規(guī)模預計分別可達到28.22GW、23.68GW。而從國內來看，自2008年以來國內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，而這段時間內的調節(jié)成本同比上漲了6倍，這體現(xiàn)了調頻巨大的經濟效益。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%。反應在調頻需求上加州的調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%。
調頻效果顯著，經濟性優(yōu)于削峰填谷
由于目前國內對儲能調頻效果及經濟性的測算缺乏統(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)合調頻的性能及經濟性分析》中石景山的項目數(shù)據(jù)，我們得到儲能和火電機組聯(lián)合調頻的效果及經濟性相關評價。
首先在針對調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)了儲能在調頻方面具有非常優(yōu)越的性能。
我們將調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)了調頻項目具有非常好的投資前景。
由此我們可以看出調頻的經濟性遠超削峰填谷，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，調頻的需求也將進一步釋放，因此我們認為調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，因此調頻是系統(tǒng)內在的需求。隨著風光等新能源接入比例逐步升高，調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，我們認為調頻市場正處于從用傳統(tǒng)能源調頻向儲能調頻過渡的時期，替代效應正在逐步顯現(xiàn)。在投資標的方面，上市公司建議關注：科陸電子、比亞迪和南都電源。非上市公司建議關注：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品的研發(fā)、制造及銷售。公司是國內高端電能表產業(yè)的開拓者，也是中國領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，電能表產品貢獻業(yè)績顯著。配電網方面，在國家電網公司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，技術優(yōu)勢達到行業(yè)領先水平。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，公司的電池成本有望進一步下降。此外，2016年6月，國內第一個商業(yè)化運行的風光儲電網融合示范項目——玉門市三十里井子風光儲電網完成了系統(tǒng)調試，成功并入電網投入運行，下一步將結合儲能進行深入試驗示范與研究應用。在調頻方面，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，將成為目前國內規(guī)模最大的儲能電力調頻項目。
比亞迪（002594.SZ）
公司是國內電動汽車行業(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。公司目前儲能產品暢銷歐美，目前在美國PJM調頻市場公司產品份額占據(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域提供完整的解決方案和服務，主導產品為閥控式密封鉛酸蓄電池。公司在鉛蓄電池領域深耕多年，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業(yè)鏈循環(huán)。近期公司完成對華鉑科技剩余49%股權的收購，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容量為 50MW 的調頻儲能電站，以參與德國調頻市場服務。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，容量超過3000MW。德國一次調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。
睿能世紀
公司成立于2011年，是國內電網級別儲能系統(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)專家在內的團隊創(chuàng)建，專注于提供火電儲能聯(lián)合調頻系統(tǒng)解決方案。目前公司提供的整套調頻系統(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)合調頻2MW項目是全球首例火電儲能調頻項目，目前公司已在華北區(qū)域做成了3個調頻項目，總調頻容量為20MW。
珠海銀隆
公司以新能源產業(yè)為核心，涉足新能源汽車及儲能產業(yè)，包括鋰電池、電動汽車總成、整車制造、智能電網儲能系統(tǒng)的研發(fā)、生產和銷售。公司在鈦酸鋰電池方面領先于行業(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：由于調頻的效果隨著電力區(qū)域的擴大而逐步增加，實際上調頻的效果是具有1+1>2的效果，在大電網的背景下，由于可以進行多種方式的調頻，二次調頻的需求會小于各個小電網單獨需求的總和，因此調頻的實際市場規(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，那彼此的調頻效果接近，導致最后誰都無法獲利。此外調頻效果的最優(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，從海外的經驗來看，市場化的輔助服務市場對調頻市場規(guī)模有一定的抑制作用。
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本文標題: 儲能調頻：初露鋒芒，唯快不破
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