“光熱發(fā)電集太陽能發(fā)電與儲能為一體，是新型電力系統(tǒng)中的稀缺電源。光熱發(fā)電站址資源十分寶貴?！薄霸跊]有光熱發(fā)電和新型儲能的電價政策情況下，通過一體化項目建設(shè)，可以帶動光熱發(fā)電和儲能電站的項目建設(shè)，增大系統(tǒng)可調(diào)節(jié)電源容量，提高電力系統(tǒng)消納新能源電力的能力。同時，還可以保持一定規(guī)模的光熱發(fā)電市場需求，對維持光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展會起到重要作用?！薄耙獙崿F(xiàn)我國的碳中和目標(biāo)，上網(wǎng)電價形成機制的市場化改革迫在眉睫，我們期待著能夠早日開展完全市場化的多能互補一體化項目的建設(shè)?！?月27日，在由國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、中國工程熱物理學(xué)會、中國可再生能源學(xué)會、中國電機工程學(xué)會、全國太陽能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會共同主辦的“2021中國太陽能熱發(fā)電大會”上，電力規(guī)劃設(shè)計總院高級顧問、全國工程設(shè)計大師、中國電機工程學(xué)會太陽能熱發(fā)電專委會副主任委員兼秘書長、國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專家委員會副主任委員孫銳在其主旨報告《風(fēng)光熱儲一體化項目相關(guān)技術(shù)問題》中表達的觀點發(fā)人深省。
孫銳大師的報告分為電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)、儲能和光熱發(fā)電的作用、風(fēng)光熱儲一體化項目相關(guān)問題和結(jié)束語四部分。他用翔實的數(shù)據(jù)和大量的圖表，闡述了風(fēng)光熱儲一體項目開發(fā)的技術(shù)問題，表明以“風(fēng)光熱儲一體化”或“光熱儲能+”模式發(fā)展新能源，是促進太陽能光熱發(fā)電發(fā)展、提高可再生能源發(fā)電比重的有效措施。以下是其報告的主要內(nèi)容：
一、電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
1、我國能源和電力發(fā)展現(xiàn)狀
2020年能源消費總量為49.8億噸標(biāo)煤，非化石能源占比約15.9%。在非化石能源中，非化石能源電力（水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等）占比在90%以上。
2020年全國電源總裝機22億千瓦，非化石能源發(fā)電裝機占比約44.7%，其中風(fēng)電和太陽能發(fā)電占比約24.3%。
2020年全國總發(fā)電量7.6萬億千瓦時，非化石能源發(fā)電量占比約33.1%，其中風(fēng)電和太陽能發(fā)電量占比約為9.5%。
2、實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的能源發(fā)展趨勢
我國已經(jīng)明確提出了2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年爭取實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。由清華大學(xué)牽頭組織國內(nèi)多個權(quán)威機構(gòu)開展了《中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究》，2020年10月12日召開了成果發(fā)布會對外發(fā)布研究成果。
3、實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的電力發(fā)展趨勢
根據(jù)清華大學(xué)對外發(fā)布的研究成果，2050年我國能源消費總量約50億噸標(biāo)煤，非化石能源占比達到85%，煤炭占比下降到5%，油、氣占比10%。
2050年我國一次能源用于發(fā)電的比重將達到85%，非化石能源發(fā)電量占比要超過90%。根據(jù)這些目標(biāo)，本人（孫銳）粗略估算2050年風(fēng)電和太陽能發(fā)電裝機將超過40億kW，占比將超過66%。
4、電力系統(tǒng)面臨的主要問題
（1）電力支撐能力
風(fēng)電和光伏發(fā)電具有間歇性、隨機性和波動性，在沒有配套儲能電站的情況下，只能做為電量的補充，不能作為可靠電源參與電力平衡。伴隨著風(fēng)電和光伏發(fā)電占比的增大，這一問題愈加凸顯。
（2）靈活調(diào)節(jié)能力
2020年，我國抽水蓄能、燃氣機組裝機容量僅為1.3億千瓦，比重不到6%，而且空間分布不均。因此，主要依靠煤電機組進行調(diào)節(jié)，伴隨著燃煤發(fā)電機組占比的減少，系統(tǒng)對靈活調(diào)節(jié)電源的需求愈加迫切。
（3）調(diào)頻調(diào)壓能力
風(fēng)電、光伏發(fā)電和直流輸電缺乏常規(guī)電源的轉(zhuǎn)動慣量、調(diào)頻、調(diào)壓等功能，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率和電壓的不穩(wěn)定。伴隨著燃煤發(fā)電機組占比的減少，系統(tǒng)需要補充更多的具有同步發(fā)電機特性的電源。
二、儲能和光熱發(fā)電的作用
1、用戶側(cè)儲能的主要作用
儲能在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中將發(fā)揮重要作用。在電源側(cè)、用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)都可以裝設(shè)儲能系統(tǒng)或儲能電站，其對系統(tǒng)的作用有所差異。
用戶側(cè)儲能是指安裝在計量關(guān)口表用戶側(cè)的儲能系統(tǒng)，由用戶根據(jù)自身負(fù)荷的需求進行控制。用戶側(cè)儲能對系統(tǒng)的主要作用是縮小了負(fù)荷的峰谷差，即“削峰填谷”，從而提高系統(tǒng)設(shè)備利用率，降低系統(tǒng)成本。
用戶側(cè)儲能作用示意圖
2、電源側(cè)儲能的主要作用
電源側(cè)儲能是指安裝在計量關(guān)口表電源側(cè)儲能系統(tǒng)。在目前沒有電源側(cè)儲能的電價傳導(dǎo)機制情況下，電源側(cè)儲能的主要作用是消除風(fēng)電和光伏發(fā)電的小幅度和短時間的功率波動，以減輕系統(tǒng)調(diào)頻壓力。
電源側(cè)儲能通常由電源的運行方根據(jù)發(fā)電功率波動情況自行控制，系統(tǒng)調(diào)度不會單獨對電源儲能進行調(diào)度。
在具備了電源側(cè)儲能的電價傳導(dǎo)機制情況下，電源側(cè)儲能可以按照系統(tǒng)對電源上網(wǎng)功率曲線要求進行調(diào)節(jié)。
3、電網(wǎng)側(cè)儲能和光熱發(fā)電機組的主要作用
電網(wǎng)測儲能是指安裝在公共電網(wǎng)系統(tǒng)中，由系統(tǒng)調(diào)度直接控制的儲能系統(tǒng)。
在以新能源為主體新型的電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)側(cè)儲能的主要作用是消納超出電力負(fù)荷需求的風(fēng)電和光伏電力，并承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰和電力支撐功能。
光熱發(fā)電機組集發(fā)電和儲能為一體，可以起到電網(wǎng)側(cè)儲能電站的調(diào)峰作用，也可以替代燃煤發(fā)電機組起到24小時旋轉(zhuǎn)備用的作用。
在極端氣象條件下，風(fēng)電和光伏發(fā)電受阻、儲能電站無能可儲的情況下，光熱發(fā)電機組可以利用天然氣發(fā)電，對保證系統(tǒng)安全將發(fā)揮重要作用。
4、儲熱型光熱發(fā)電在系統(tǒng)中的應(yīng)用場景
下面的表中描述了儲能在不同應(yīng)用場景中的特性和主要的儲能方式，其中，儲熱型光熱電站即可以作為電網(wǎng)側(cè)的獨立儲能調(diào)峰電站，也可以作為電源側(cè)的儲能電站。
三、風(fēng)光熱儲一體化項目相關(guān)問題
1、多能互補一體化項目的背景
我國風(fēng)電和光伏發(fā)電在上網(wǎng)電價政策的支持下，經(jīng)過十多年發(fā)展，發(fā)電成本已經(jīng)降低到燃煤發(fā)電水平，資源條件較好的西部地區(qū)風(fēng)電和光伏發(fā)電成本已經(jīng)低于燃煤發(fā)電。然而，在沒有儲能電站配套的情況下，風(fēng)電和光伏發(fā)電的消納問題愈加凸顯。
由于抽水蓄能電站建設(shè)受到站址資源條件的制約，而儲熱型光熱電站及其他新型儲能電站在缺乏電價政策的支持下，難以發(fā)展。正是在上述國情背景下，2021年2月25日，《國家發(fā)展改革委國家能源局關(guān)于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕280號）對外發(fā)布；隨后，國家能源局于2021年4月25日發(fā)出了《關(guān)于報送“十四五”電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補工作方案的通知》，文中明確：充分發(fā)揮流域梯級水電站、具有較強調(diào)節(jié)性能水電站、儲熱型光熱電站、儲能設(shè)施的調(diào)節(jié)能力，匯集新能源電力，積極推動“風(fēng)光水（儲）”“風(fēng)光儲”一體化。實施多能互補項目的作用在于將新能源發(fā)電與具有儲能和調(diào)節(jié)功能的電源投資主體一體化建設(shè)，統(tǒng)一按照當(dāng)?shù)厝济喊l(fā)電的基準(zhǔn)電價上網(wǎng)，通過風(fēng)電和光伏發(fā)電的利潤空間來彌補儲能和光熱發(fā)電的虧損，增加系統(tǒng)儲能和調(diào)節(jié)電源的容量，從而促進新能源電力的消納。甘肅、青海等省份也出臺了相應(yīng)的規(guī)定和管理辦法，并組織了多能互補項目的申報工作。
2、完全市場化的多能互補一體化項目
若要使多能互補一體化項目成為出力可靠并具有調(diào)節(jié)功能的整體電源，地方政府可以根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的負(fù)荷特性和電源結(jié)構(gòu)提出明確的不同時段發(fā)電功率要求和上網(wǎng)電價系數(shù)（見下面附圖），電源開發(fā)商根據(jù)這些要求和當(dāng)?shù)氐馁Y源條件對風(fēng)電、光伏、光熱、儲能等裝機容量進行合理的配比，并測算綜合上網(wǎng)電價參與競標(biāo)。
對風(fēng)光熱儲一體化項目發(fā)電功率要求及上網(wǎng)電價系數(shù)示意圖
地方政府通過公開招標(biāo)來確定電源上網(wǎng)電價和開發(fā)商，電網(wǎng)公司與電源開發(fā)商簽訂長期購電合同，嚴(yán)格執(zhí)行合同中規(guī)定的各時段上網(wǎng)電價。
目前階段，在電源的上網(wǎng)電價形成機制市場化改革完成以前，不具備條件開展完全市場化的多能互補一體化項目。
3、目前的風(fēng)光熱儲一體化項目實施原則
由于目前對于多能互補一體項目沒有出臺相應(yīng)的電價政策，也無法提出具體的上網(wǎng)功率要求。因此，所有風(fēng)光熱儲一體化項目都是以當(dāng)?shù)厝济喊l(fā)電的基準(zhǔn)上網(wǎng)電價為前提條件，對光伏、風(fēng)電、儲熱型光熱發(fā)電進行組合。按照上述的原則，風(fēng)光熱儲一體化項目配置的光熱發(fā)電機組容量（儲能容量）占比較小，對發(fā)電功率的調(diào)節(jié)功能也是有限的。因此，在一體化項目實施過程中，就不宜固守一體化項目的概念，對其提出過高的功率調(diào)節(jié)功能要求。在調(diào)度方式和送出匯集方式等方面，也要因地制宜的采用變通的方法。
4、項目中電力送出線路的匯集
在一體化項目中實施中，要求一個項目為一個計量關(guān)口，每個項目中的不同種類電源都要匯集在一起后再接入系統(tǒng)。由于不同種類電源站址之間都有一定的距離，按照這樣的匯集方式，勢必造成同一個電源基地的電源匯集線路繁多、交叉、混亂（如下圖所示），也會增大匯集線路的投資。
通常情況下，在同一個可再生能源基地中，同一種類的電源是相對集中的，如果按照電源種類分別設(shè)置公用的匯集站，并在每個電源匯集前都設(shè)置計量關(guān)口，則可以較少匯集線路長度和不必要的交叉，也會降低匯集線路的投資，也有利于系統(tǒng)單獨對光熱電源實施調(diào)度（如下圖所示）。因此，對可再生能源基地的電力匯集方案，應(yīng)按照統(tǒng)一的規(guī)劃實施。
5、光熱發(fā)電機組的運行調(diào)度
在風(fēng)光熱儲一體化項目中，系統(tǒng)調(diào)度只對項目進行總體的調(diào)度，光熱發(fā)電機組由發(fā)電運營單位自己進行控制。如前所述，由于一體化項目上網(wǎng)電價政策的制約，光熱發(fā)電機組的容量占比較低，如果光熱發(fā)電機組僅用于一體化項目消除小幅度和短時間的發(fā)電功率波動，則是大材小用了。光熱發(fā)電機組作為稀缺的儲能和靈活調(diào)節(jié)電源，由系統(tǒng)調(diào)度對光熱發(fā)電機組直接進行調(diào)用，才能在系統(tǒng)中最大程度地發(fā)揮其作用。
6、光熱發(fā)電機組系統(tǒng)配置優(yōu)化
光熱發(fā)電機組系統(tǒng)配置優(yōu)化的目的是實現(xiàn)機組功能和經(jīng)濟效益的最大化，優(yōu)化的邊界條件是依據(jù)光熱發(fā)電機組的功能定位而定的。
如前所述，光熱發(fā)電機組作為稀缺的儲能和靈活調(diào)節(jié)電源，由系統(tǒng)調(diào)度對光熱發(fā)電機組直接進行調(diào)用，才能在系統(tǒng)中最大程度地發(fā)揮它的作用。因此，對光熱發(fā)電機組的功能定位就不能局限在一體化項目本身，而要從電力系統(tǒng)對儲能調(diào)峰的需求出發(fā)，確定其系統(tǒng)優(yōu)化的邊界條件。其中兩個重要的原則如下：
（1）按照系統(tǒng)負(fù)荷曲線的特性并參與調(diào)峰來確定光熱發(fā)電機組的運行時間和功率，峰谷分時銷售電價確定的時間段是重要的參考依據(jù)（這與光熱發(fā)電示范項目是截然不同的，為了降低發(fā)電成本，示范項目則是以可用率調(diào)度為前提）；
（2）光熱電站的系統(tǒng)配置優(yōu)化（集熱系統(tǒng)規(guī)模與儲熱時長的確定）宜按照投資方確定的資本金內(nèi)部收益率，以光熱發(fā)電自身成本最低為原則進行；最后再按照整體項目的綜合上網(wǎng)電價不高于當(dāng)?shù)厝济夯鶞?zhǔn)電價的原則，來調(diào)整一體化項目中的各種電源配比。
7、要注重對光熱發(fā)電站址的保護
光熱發(fā)電集太陽能發(fā)電與儲能為一體，是新型電力系統(tǒng)中的稀缺電源。光熱發(fā)電對站址條件要求比光伏發(fā)電要復(fù)雜很多，首先對場地面積要求大，地勢要比較平整，另外還需要水的供應(yīng)。我國西北地區(qū)的地方政府先后組織編制了屬地的光熱發(fā)電基地規(guī)劃，這些站址資源十分寶貴，一旦被改為它用，將來對光熱發(fā)電需求增大時，再尋找新的站址就比較困難了。
四、結(jié)束語
在缺乏光熱發(fā)電和新型儲能的電價傳導(dǎo)機制情況下，通過多能互補一體化項目建設(shè)，可以帶動光熱發(fā)電和儲能電站的項目建設(shè)，增大系統(tǒng)可調(diào)節(jié)電源容量，提高電力系統(tǒng)消納新能源電力的能力。同時，還可以保持一定規(guī)模的光熱發(fā)電市場需求，對維持光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展會起到重要作用。
目前階段的多能互補一體化項目，受到電價政策的制約，遠沒有達到理想程度。因此，在實施過程中，宜采取因地制宜、靈活變通的方式處理相關(guān)的技術(shù)問題。
要實現(xiàn)我國的碳中和目標(biāo)，上網(wǎng)電價形成機制的市場化改革迫在眉睫，我們期待著能夠早日開展完全市場化的多能互補一體化項目的建設(shè)。
