中國儲能網(wǎng)訊：隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，化石能源枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，能源利用不足等問題逐漸暴露出來，亟待解決。加速可再生能源的開發(fā)和發(fā)展，提高能源效率，探索新的能源利用方式已受到廣泛關(guān)注，綜合能源系統(tǒng)的概念為解決此類問題提供了新的方向。自備電廠作為能源綜合利用過程中的重要組成部分，不容忽視，未來在綜合能源應(yīng)用領(lǐng)域中探索自備電廠的應(yīng)用也已成為研究熱點。
01
自備電廠現(xiàn)狀分析
20世紀(jì)80年代，隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，高耗能企業(yè)加快了投資建設(shè)步伐，導(dǎo)致電力需求快速增長，一些高耗能企業(yè)為了滿足自身電力需求開始建立自備電廠，自備電廠的數(shù)量迅速增加。
在很長的一段時期內(nèi)，自備電廠在緩解電力供需緊張方面發(fā)揮了重要作用，有效促進(jìn)了國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但逐漸也暴露了自備電廠發(fā)展帶來的許多問題，如環(huán)境污染、運行水平低下、導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰能力不足等。
因此，有必要對自備電廠進(jìn)行深入分析，充分發(fā)掘自備電廠的優(yōu)勢，合理利用并強(qiáng)化管理，不僅能夠改善自備電廠的問題，也可以緩解當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)峰和新能源消納的矛盾。
綜合能源系統(tǒng)打破了現(xiàn)有的模式，即各種能源系統(tǒng)獨立運行且不相互連接，它可以與各種能源進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)配合，從而耦合多種能源，綜合利用各種能源，將能源的使用從傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉?，實現(xiàn)了供需之間的互動。綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部相互協(xié)調(diào)，優(yōu)勢互補(bǔ)，清潔高效，提高了能源利用率，具有明顯的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，是未來社會能源利用的一種重要形式。
將自備電廠與綜合能源應(yīng)用聯(lián)系起來，通過分析自備電廠和綜合能源之間的關(guān)系，找到自備電廠在綜合能源應(yīng)用領(lǐng)域的切入口，并著重探討未來自備電廠在綜合能源應(yīng)用領(lǐng)域中的地位，提出發(fā)展中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，為后續(xù)自備電廠在綜合能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供參考。
自備電廠在未來
綜合能源領(lǐng)域的應(yīng)用
自備電廠未來在綜合能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究需要綜合考慮兩者的特點，既要考慮自備電廠的靈活性，也要考慮綜合能源開發(fā)的全面性。自備電廠在未來綜合能源系統(tǒng)中的三種典型應(yīng)用：基于自備電廠的綜合能源開發(fā)，自備電廠和新能源之間的互利發(fā)展以及涵蓋自備電廠的區(qū)域性能源供應(yīng)系統(tǒng)。
?綜合能源開發(fā)利用
自備電廠主要通過燃燒煤炭和其他化石燃料來產(chǎn)生電能和熱能，并將其提供給企業(yè)內(nèi)部用能負(fù)荷，在產(chǎn)生能量的同時，還產(chǎn)生大量的灰渣等附屬產(chǎn)品，如果不對這些產(chǎn)品進(jìn)行處理，將不可避免地對環(huán)境造成極大的污染。
當(dāng)前，最理想、最經(jīng)濟(jì)的方法是在自備電廠附近引進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，建立以自備電廠為基礎(chǔ)的綜合能源系統(tǒng)，消耗多余的附屬產(chǎn)品。引入水泥廠，商業(yè)攪拌站，石膏板廠和礦渣板廠等相關(guān)產(chǎn)業(yè)用于消耗自備電廠發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰、石膏、礦渣和其他廢物；引入釀酒廠、干燥廠和其他工廠充分利用自備電廠生產(chǎn)過程中的蒸汽、水和其他產(chǎn)品。
對于機(jī)組生產(chǎn)過程中的余熱、余氣、余壓的回收利用，可以通過安裝余熱、余氣、余壓發(fā)電設(shè)備，低溫余熱和廢氣回收利用裝置，吸收式制冷裝置等；同時，為了促進(jìn)低谷時期的電能消耗，自備電廠可以通過出售多余的電力來獲取利潤，以實現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)回報，另外還可以在發(fā)電廠周圍建儲能電站和燃?xì)獍l(fā)電廠。
通過對多個行業(yè)的整合，建立一個復(fù)合的能源系統(tǒng)，充分利用彼此之間的產(chǎn)品，不僅可以獲得環(huán)境效益，還可以提高該地區(qū)的能源效率，節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。
▲以自備電廠為中心的
綜合能源開發(fā)和利用系統(tǒng)
熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠輸出能量形式既有電能又有熱能，通常被認(rèn)為是典型的綜合能源系統(tǒng)。以熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠為例，在發(fā)電廠周圍引入一個燃?xì)獍l(fā)電廠，建立具有電能和天然氣互補(bǔ)的多能量流綜合能源系統(tǒng)，用以研究自備電廠在綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵問題。
▲自備電廠和天然氣廠
組成的綜合能源系統(tǒng)
與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電機(jī)組相比，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組運行靈活、啟動迅速、污染物排放少，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢。燃?xì)狻獰犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組主要以天然氣為燃料，通過燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電，發(fā)電后再利用排汽余熱生產(chǎn)高溫?zé)崴?，滿足供熱需求，能源的分層梯次利用有效地提高了能源利用效率。
天然氣廠中電能到天然氣的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)過程包括以下兩個步驟：首先電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，然后氫氣和二氧化碳在甲烷化反應(yīng)裝置中生成甲烷和水。二氧化碳在整個反應(yīng)過程中作為能量載體進(jìn)行再循環(huán)，不會產(chǎn)生有害氣體，是一種零碳排放能源的使用方法。
燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)自備電廠和天然氣廠的結(jié)合可以共享彼此的產(chǎn)品，有效地促進(jìn)區(qū)域內(nèi)能源的協(xié)調(diào)利用，減少環(huán)境污染，并促進(jìn)煤改電政策的實施。當(dāng)自備電廠的發(fā)電供給大于需求時，多余的電力被發(fā)送到天然氣廠生產(chǎn)天然氣，天然氣被通過管網(wǎng)輸送到儲存罐存儲。當(dāng)電力需求大于供給時，天然氣被直接輸送到自備電廠的燃?xì)廨啓C(jī)，作為能源驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)電能和熱能。
在整個過程中，自備電廠與天然氣廠的結(jié)合打破了原來的煤基能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電、熱、氣、水等多種形式的能源協(xié)同供應(yīng)合作，在自備電廠的基礎(chǔ)上構(gòu)建了智慧能源系統(tǒng)，該能源系統(tǒng)是低碳且綜合的。
?新能源消納與轉(zhuǎn)型
隨著化石能源的逐漸枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，可再生能源的開發(fā)和利用越來越受到關(guān)注，包括風(fēng)能、光伏發(fā)電和太陽能在內(nèi)的各種新能源的優(yōu)勢已得到充分發(fā)揮。這些可再生能源已經(jīng)占能源供應(yīng)的很大一部分，有效緩解了能源短缺，促進(jìn)了電網(wǎng)和熱網(wǎng)的清潔發(fā)展。
但是，由于可再生能源本身的特殊特性，例如區(qū)域差異較大，時空分布不均勻。另外，對能量的遠(yuǎn)距離傳輸也有限制，如果所產(chǎn)生的能量沒有及時消耗掉，將導(dǎo)致大量的棄風(fēng)棄光，而自備電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰，是促進(jìn)新能源消納、防止棄風(fēng)棄光的有效解決方案。
以自備電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)為例，當(dāng)電網(wǎng)處于用電低谷或新能源發(fā)電過剩時，降低自備電廠機(jī)組出力，企業(yè)從網(wǎng)上多用電，促進(jìn)新能源消納；當(dāng)電網(wǎng)用電高峰時，增加自備電廠機(jī)組出力，在滿足自身用能負(fù)荷需求的前提下，多余的電能送入電網(wǎng)滿足電網(wǎng)用電需求。
對熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)也是如此，有必要根據(jù)實際情況建立區(qū)域供熱的協(xié)調(diào)機(jī)制和運行策略，在滿足供熱的前提下保證自備電廠的經(jīng)濟(jì)效益。自備電廠在新能源消納中的應(yīng)用，既可以保證本地區(qū)電網(wǎng)和熱網(wǎng)的穩(wěn)定運行，又可以避免能源浪費，實現(xiàn)兩者互利共贏。
▲自備電廠參與新能源消納示意
隨著自備電廠參與了新能源消納的深入發(fā)展，一些新的交易機(jī)制和辦法紛紛出臺，例如替代機(jī)制，發(fā)電權(quán)交易和機(jī)組轉(zhuǎn)換計劃。目前，許多學(xué)者對于自備電廠參與新能源消納的問題展開了深入研究。
目前，政府已大力加強(qiáng)了對自備電廠的監(jiān)管力度，與新能源消納有關(guān)的政策和措施也在逐步完善，通過合理安排自備電廠與新能源發(fā)電之間的關(guān)系，可以有效地實現(xiàn)兩者之間的互利發(fā)展。
?區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)
電力、熱水和氣體通過傳輸線和管道進(jìn)行長距離傳輸，不可避免地存在線路損耗和能量損耗，區(qū)域性能源內(nèi)部供應(yīng)可以有效避免能量輸送過程中的損耗。
自備電廠作為一個獨立的能源個體，其內(nèi)部有很多生產(chǎn)環(huán)節(jié)比如能源的生產(chǎn)，傳輸和使用都是互聯(lián)互通的。自備電廠可作為大型“熱源”或“電源”供應(yīng)站，但長期以來一直處于自發(fā)自用狀態(tài)，如果將自備電廠納入當(dāng)?shù)氐哪茉淳W(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行統(tǒng)一的管理和規(guī)劃，建立區(qū)域性的能源網(wǎng)絡(luò)，自備電廠可在滿足其自身負(fù)荷需求的同時滿足周圍企業(yè)和居民的電、熱需求，從而保證區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)的供應(yīng)穩(wěn)定。
將自備電廠納入?yún)^(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，并在自備電廠與能源公司之間進(jìn)平衡，以確保在經(jīng)濟(jì)利益最大化的前提下及時提供所需電能和熱負(fù)荷，保障區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，這種方式改變了以往電能和熱能相互獨立運營，缺乏溝通的情況，避免了電能和熱能的長距離傳輸損失，能源公司和自備電廠實現(xiàn)合作共贏，這是未來自備電廠在綜合能源領(lǐng)域的重要應(yīng)用。
關(guān)鍵技術(shù)問題
隨著新型綜合能源系統(tǒng)的不斷發(fā)展，能源系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)從傳統(tǒng)的單體系統(tǒng)發(fā)展到多能流系統(tǒng)的統(tǒng)一發(fā)展。涉及越來越多的能源，能源轉(zhuǎn)換、輸送和利用等相關(guān)環(huán)節(jié)越來越緊密，自備電廠作為能源領(lǐng)域的重要角色不容忽視。
由于長期的自由式發(fā)展，自備電廠暴露出許多問題，發(fā)展已接近瓶頸，迫切需要改革，尋求規(guī)范發(fā)展的方法。將自備電廠納入綜合能源體系中一體化發(fā)展已成為重要途徑，可以從政府、能源企業(yè)、自備電廠三方面考慮自備電廠參與能源綜合應(yīng)用開發(fā)過程中需要解決的關(guān)鍵問題。
首先，政府應(yīng)出臺政策，推動將自備電廠納入綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展。長期以來，自備電廠由企業(yè)獨立管理和運營，機(jī)組運行、發(fā)用電以及設(shè)備運行和維護(hù)狀態(tài)等信息很少與外界互動，政府應(yīng)出臺相關(guān)政策，鼓勵自備電廠與能源企業(yè)積極互動，開展合作加強(qiáng)溝通。
政府有必要在發(fā)展框架內(nèi)繼續(xù)引入符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的管理措施和標(biāo)準(zhǔn)，打破自備電廠與公用電廠、電網(wǎng)公司、能源公司以及其他機(jī)構(gòu)之間的壁壘，使自備電廠在綜合能源利用方面符合國家管理標(biāo)準(zhǔn)。
其次，能源公司應(yīng)將自備電廠納入綜合能源系統(tǒng)建設(shè)并進(jìn)行深入研究。目前針對單一能源系統(tǒng)的研究和分析相對成熟，但由于綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用涉及多種能源形式，多種能量流的時空尺度不同，相互之間的耦合特性復(fù)雜，綜合能源系統(tǒng)的研究仍處于初級階段。
因此，必須保證各能源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。自備電廠的影響不容忽視。建立自備電廠并網(wǎng)規(guī)范，開發(fā)電能質(zhì)量輔助裝置，開發(fā)多智能體運行分析軟件，尋找主要運營商與自備電廠的商業(yè)模式和利益平衡點，實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃和配置，確保綜合能源系統(tǒng)和自備電廠的安全運行。
最后，自備電廠要積極主動地參與綜合能源體系建設(shè)。今天面臨的許多能源問題不再是單方面的，而是受到多方的影響。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自備電廠對電網(wǎng)的補(bǔ)充作用并不像以前那么明顯。相反，由于存在諸多問題，自備電廠在未來社會的發(fā)展方向值得深思。參與綜合能源的應(yīng)用，促進(jìn)多種能源的高效利用，無疑是自備電廠的一個不錯的選擇。
因此，自備電廠要主動轉(zhuǎn)變觀念，變被動為主動，結(jié)合自身優(yōu)勢，利用豐富、實惠的電力、蒸汽資源作為企業(yè)改革發(fā)展的跳板，積極參與到綜合能源應(yīng)用建設(shè)中。
