摘要
过度使用化石燃料导致了传统能源的短缺和严重的环境问题，我国在2020年9月22日提出了在2030年二氧化碳排放达到峰值，在2060年以前达到碳中和的目标。大力发展可再生能源势在必行，然而，太阳能和风能等新能源具有随机性、周期性和间歇性特点，会导致电网频率频繁波动，对电网安全稳定运行有着不利的影响。由于可再生能源发电调频能力很弱，而水电的调频非常依赖季节性，核电由于调频动作存在堆芯超功率的风险，其参与调频的能力非常有限，在这种情况下，占我国发电量60％以上的火电厂就承担了电网调频的重任。然而，由于传统火电厂调频响应速度慢，调节延迟高，波动相对较大。随着新能源接入电网比例的不断增加，单独依靠火电已经已经难以满足电网调频的需求，且因为不断进行调频，火电频繁地变负荷运行，减少火电厂诸多部件例如调节汽门的寿命。因此，改善火电厂调频的速率和稳定性便势在必行。其中，利用储能辅助火电厂调频就是一种非常有效的方法。 飞轮储能具有无需定期维护、无污染、寿命长、循环效率高等特点，非常适合短时快速充放电应用场景，广泛应用于电动汽车飞轮电池、风力发电站不间断电源、太阳能、潮汐、地热、低空轨道卫星电池等领域，同样也适用于辅助火电厂调频。 本文研究将飞轮储能应用于辅助火电厂调频的技术问题，阐述了飞轮储能和电力系统调频的研究现状，介绍了电力系统调频的工作模式和飞轮储能的工作原理。对飞轮储能辅助火电厂参与电力系统调频展开以下几个方面研究: (1)对飞轮储能辅助火电厂一次调频过程进行仿真建模，分析了不含储能的机组、含有电化学储能的机组和含有飞轮储能机组在一次调频中的频率响应特性;对比了这三种不同情况下火电机组动作频繁程度。研究发现，采用飞轮储能辅助火电厂进行一次调频可以有效地保护火电部件，同时能显著地提升一次调频性能。 (2)对飞轮储能辅助火电厂二次调频过程进行仿真建模，分析了不含储能的机组、含有电化学储能的机组和含有飞轮储能的机组在二次调频中的频率响应特性;结合《两个细则》对比这三种情况下，系统对自动发电控制(AGC)指令响应快慢。 (3)根据安全性、经济性等要求，挑选了磷酸铁锂电池配合飞轮储能解决了飞轮储能功率及SOC较小的问题，建立了混合储能辅助火电厂调频的动态模型，同时探究了飞轮储能功率不足但SOC充足，功率充足但SOC不足，功率和SOC均不足三种情况下混合储能辅助火电厂调频的响应情况。
NETL