中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：西北電力設(shè)計(jì)院新能源開發(fā)分公司主任工程師兼設(shè)總王瑩玉女士主要負(fù)責(zé)可再生能源的開發(fā)和執(zhí)行，并且主持玉門花海、酒泉等地區(qū)的光熱規(guī)劃，在光熱及多能互補(bǔ)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)非常豐富。
在此前召開的CSP Focus光熱發(fā)電創(chuàng)新大會(huì)上，王總發(fā)表了題為“基于太陽(yáng)能光熱發(fā)電的多能互補(bǔ)方式探討”的專題報(bào)告，以下為具體內(nèi)容分享：
主要是從幾個(gè)方面來(lái)跟大家分享：一是為什么要建多能互補(bǔ)這樣的一個(gè)項(xiàng)目，由什么來(lái)決定的，多能互補(bǔ)系統(tǒng)到底包含了什么？意義在哪里？光熱電站在這個(gè)系統(tǒng)里面主要起哪些作用？第二是多能互補(bǔ)系統(tǒng)的含義。三是光熱電站在多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的作用。
第一，為什么要建多能互補(bǔ)項(xiàng)目？
首先由國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、化石能源的不可持續(xù)性決定的，我們國(guó)家化石能源占比比較高，化石能源我們知道它是不可持續(xù)的、不可再生的，它在一次能源消費(fèi)中的占比決定了我們國(guó)家能源轉(zhuǎn)型的迫切性，也就是說(shuō)提高可再生能源比例迫切性。同時(shí)在化石能源的占比比較高的情況下，環(huán)境問(wèn)題比較突出，所以催生我們提高可再生能源比例的要求。
其次，我們國(guó)家單位GDP的能耗遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到世界的平均水平，同時(shí)跟發(fā)達(dá)國(guó)家的水平差別比較大。我們國(guó)家在巴黎協(xié)定里面對(duì)將來(lái)低碳、綠色、發(fā)展的政策上要求，所以這就呼吁著我們要發(fā)展可再生的清潔能源。
那么我們國(guó)家能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)是什么呢？
我們國(guó)家的非化石能源根據(jù)《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略2016到2030》的戰(zhàn)略里面，從我們國(guó)家情況看，我們國(guó)家確定目標(biāo)是在2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%。也就是說(shuō)我們能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)就是發(fā)展可再生的清潔、低碳的能源。
這是我們國(guó)家截止2017年統(tǒng)計(jì)出來(lái)的新能源，剛才說(shuō)的是可再生能源里面含有水能，統(tǒng)計(jì)出來(lái)2017年新能源發(fā)展累計(jì)裝機(jī)僅僅是風(fēng)電和光伏，截止2017年我們國(guó)家風(fēng)電和光伏總裝機(jī)容量占到全國(guó)電源總裝機(jī)17%，尤其是“十三五”頭兩年，也就是2016年以來(lái)的連續(xù)兩年，我們國(guó)家風(fēng)電和光伏新增裝機(jī)首次超過(guò)了火電新增裝機(jī)。
新能源發(fā)電量占比持續(xù)走高，持續(xù)走高同時(shí)帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，由于我們國(guó)家的電力結(jié)構(gòu)70%以煤電為主，煤電的調(diào)峰能力有一定限制，所以帶來(lái)我們國(guó)家比較嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光的現(xiàn)象。可以看到雖然新能源發(fā)電現(xiàn)在裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到了17%，但是新能源在2017年發(fā)電量只占總發(fā)電量的6.6%，可以看出來(lái)年利用小時(shí)風(fēng)電和光伏比較低。
右下角這張圖是2017年我們國(guó)家電源結(jié)構(gòu)，可以看出來(lái)火電占了62%，依然是比重最大的一種能源形式，水電是19%，風(fēng)電和光伏加在一起是17%，還有一些核電，光熱裝機(jī)比較小，可能不太能夠顯出它的重要性。
因?yàn)榇罅Πl(fā)展了風(fēng)電和光伏以后，同時(shí)水電、氣電一些調(diào)峰比較靈活的電源形式容量占比比較小帶來(lái)了棄風(fēng)棄光問(wèn)題的嚴(yán)重性，同時(shí)造成棄電還有一個(gè)重要的原因就是，從這張圖上可以看到我們國(guó)家的資源條件，我們可以看得到綠色部分是我們國(guó)家風(fēng)能、水能和太陽(yáng)能比較富集的地區(qū)，基本上分布在西部和北部，我們國(guó)家的負(fù)荷重心是在中東部，也就是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。
新能源發(fā)展的初期時(shí)候肯定是在資源最好的地方發(fā)展，也就是說(shuō)在西北部集約型的發(fā)展，同時(shí)帶來(lái)了比較嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光。緊接著進(jìn)入發(fā)展階段的時(shí)候重心移到了中東部，進(jìn)行了分布式能源的開發(fā)。但是因?yàn)橹袞|部的資源其實(shí)有限，包括風(fēng)能、水能和太陽(yáng)能，所以大規(guī)模的大基地的新能源風(fēng)電和光伏的開發(fā)一定是在我們的西北部地區(qū)。
西北部地區(qū)資源豐富，但是負(fù)荷又比較低，無(wú)法就地消納，所以就造成了就地消納不能夠滿足要求就造成了棄，就要外送。由于我們資源與負(fù)荷分配地域不均衡性，造成現(xiàn)在國(guó)家的西電東送，南電北供的電力發(fā)展基本格局。那么外送電源僅靠風(fēng)電、光伏電源組成，由于他的可調(diào)能力差、僅有電量效應(yīng)而無(wú)電力效應(yīng)，不能作為外送通道的支撐電源，由此也就催生出我們要進(jìn)行多種能源互補(bǔ)的外送通道的電源組成結(jié)構(gòu)。
我們這些特高壓外送通道從青海、甘肅、新疆向中東部地區(qū)送電的時(shí)候，出現(xiàn)了一個(gè)基荷電源選擇問(wèn)題，常規(guī)用煤電作為基荷電源，作為主力電源外送通道里面。酒湖直流當(dāng)時(shí)要新建四臺(tái)100萬(wàn)的燃煤機(jī)組，網(wǎng)間調(diào)度200萬(wàn)的燃煤機(jī)組，這樣作為主力電源搭載風(fēng)電、光伏等可再生能源外送，就是酒泉的新能源基地的風(fēng)電和光伏的外送。因?yàn)槭?017年去年投運(yùn)，截止到目前為止，這條外送通道的設(shè)計(jì)能力是800萬(wàn)千瓦，截止目前僅僅能夠送到200萬(wàn)千瓦。
這里面有很多問(wèn)題，一個(gè)是風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)壓升不能滿足現(xiàn)在直流換向失敗以后造成的電壓抬升。還有一個(gè)問(wèn)題是河西走廊網(wǎng)架瓶頸使送出受限，整個(gè)河西地區(qū)的網(wǎng)間調(diào)度還不是能夠支撐酒湖直流送電的可靠性。經(jīng)過(guò)一系列的改造，預(yù)計(jì)到2020年能達(dá)到400萬(wàn)，也就是這個(gè)時(shí)候依然不能達(dá)到線路送出的設(shè)計(jì)能力。還有一個(gè)原因就是除了剛才我說(shuō)的那兩條原因，還有一條是我們現(xiàn)在的煤電的停建和緩建。四臺(tái)100萬(wàn)機(jī)組，新建的兩臺(tái)，還有緩建的兩臺(tái)，后面緩建的這兩臺(tái)還不知道什么時(shí)候能建，這時(shí)候搭載的主力電源就會(huì)缺失。
光熱電站在這里面是否可以起到這樣一個(gè)作用，這也是我們討論不同的能源形式之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的一個(gè)比較重要的原因。
這是我們國(guó)家隨著可再生能源的發(fā)展出現(xiàn)的一系列的問(wèn)題，我們國(guó)家能源局綜合司2016年就提出來(lái)了一種新型的能源開發(fā)模式，關(guān)于申報(bào)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程的一個(gè)通知，2017年國(guó)家能源局公布首批的多能互補(bǔ)示范項(xiàng)目，一共有23個(gè)項(xiàng)目，其中有6個(gè)項(xiàng)目我們有幸參與了。
第二，多能互補(bǔ)系統(tǒng)的含義。
整個(gè)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了我們電力系統(tǒng)一邊有電源，中間有電網(wǎng)，另外一側(cè)是需求側(cè)，也就是負(fù)荷側(cè)，多能互補(bǔ)因?yàn)檫@樣的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分成兩種類型，一種是在供給側(cè)，供給側(cè)就是電源側(cè)，風(fēng)、光、水、火、儲(chǔ)，各種電源形式的多能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。另外一種是終端，在用能側(cè)，用水、用電、用氣，熱電冷氣等等的一些能源階梯化利用，這樣子可以提高我們能源的能耗水平，也就是可以使我們國(guó)家的單位GDP的能耗水平進(jìn)一步的降低，這是兩種類型的多能互補(bǔ)形式。
說(shuō)到多能互補(bǔ)的要素，我們知道多能互補(bǔ)有源、有網(wǎng)、有荷，怎么把這些東西串聯(lián)起來(lái)，耦合起來(lái)，把這些東西集成起來(lái)那就需要儲(chǔ)，儲(chǔ)能是可以把各種電源耦合起來(lái)，或者把各種負(fù)荷耦合起來(lái)，而且電網(wǎng)側(cè)也可以加一些儲(chǔ)能作為調(diào)峰作用的工具。
多能互補(bǔ)集成系統(tǒng)里面技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，這里面我說(shuō)的是電源側(cè)，在電源側(cè)多能互補(bǔ)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，主要是如何來(lái)配比各種電源類型的容量，也就是說(shuō)風(fēng)光水火儲(chǔ)要進(jìn)行優(yōu)化，模擬計(jì)算出模型，這樣搭配出一個(gè)更合理的、更優(yōu)的多能互補(bǔ)的模型。還有一個(gè)比較重要的，整個(gè)多能互補(bǔ)系統(tǒng)里面優(yōu)化調(diào)度和控制技術(shù)，這是目前為止我們亟待解決和發(fā)展的一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向。
第三，光熱電站在多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的作用。
今天早上包括下午一直在說(shuō)光熱電站的調(diào)峰作用，光熱電站恰恰是因?yàn)樗辛藘?chǔ)熱系統(tǒng)，具備這樣的調(diào)峰能力，所以光熱發(fā)電可以在我們多能互補(bǔ)系統(tǒng)里面起到一個(gè)主力電源的身份。
這張圖有很多嘉賓都在分享，這是我們根據(jù)DNI值模擬出來(lái)的一個(gè)塔式熔鹽的出力特性，包括儲(chǔ)熱量和光學(xué)效率等，可以看到黑虛線是儲(chǔ)罐的儲(chǔ)熱容量，其實(shí)在沒(méi)有儲(chǔ)滿的時(shí)候完全可以進(jìn)行調(diào)峰，儲(chǔ)滿以后進(jìn)行調(diào)峰可能就棄光了，這是今天下午一直在說(shuō)的問(wèn)題。光熱電站可以根據(jù)不同的系統(tǒng)運(yùn)行情況，可以進(jìn)行降出力調(diào)峰，這是沒(méi)有任何問(wèn)題的，同時(shí)啟停調(diào)峰成本比較低，僅僅消耗一些電量，有一些天然氣的氣量，同時(shí)還可以進(jìn)行平移調(diào)峰，削峰填谷，光伏大發(fā)的時(shí)候儲(chǔ)起來(lái)，這樣進(jìn)行一個(gè)平移調(diào)峰。
多能互補(bǔ)系統(tǒng)里面不僅僅局限于光熱，整個(gè)多能互補(bǔ)系統(tǒng)起耦合作用的儲(chǔ)能系統(tǒng)，現(xiàn)在常見的儲(chǔ)能系統(tǒng)有機(jī)械類和電化學(xué)類的儲(chǔ)能，在我們國(guó)家儲(chǔ)能系統(tǒng)占比比較高的是抽水蓄能，雖然它具有調(diào)節(jié)容量比較大，調(diào)節(jié)速度比較快，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)它又受地域和徑流量的影響，不是我們想在哪里建就可以建的。
電化學(xué)儲(chǔ)能，這幾年發(fā)展勢(shì)頭還是比較快的。這里面電化學(xué)儲(chǔ)能有兩種類型，一種可以作為功率型的電池，這樣子它有兩個(gè)作用，一個(gè)可以放在光伏或者風(fēng)電的電源點(diǎn)，可以使我光伏和風(fēng)電的出力曲線進(jìn)行平滑，這樣子可以更好的適應(yīng)調(diào)度對(duì)我的出力電能質(zhì)量的要求。還有一個(gè)就是可以削峰填谷，放在電網(wǎng)也好，放在電源點(diǎn)也好，可以吸納一部分的棄電。但是電池一個(gè)是目前成本比較高，再一個(gè)可能五到七年要更換一次，這樣大規(guī)模的被我們電站淘汰掉的電池將來(lái)怎么回收利用，這將來(lái)也是一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題。
壓縮空氣儲(chǔ)能，目前壓縮空氣儲(chǔ)能一個(gè)是成本造價(jià)問(wèn)題，而且并沒(méi)有大規(guī)模、大容量的應(yīng)用，僅僅是一些實(shí)驗(yàn)室，或者是一些示范電站小容量的應(yīng)用，應(yīng)用不是很成熟。光熱電站儲(chǔ)能系統(tǒng)，早上大家介紹了很多，目前為止主要的儲(chǔ)能系統(tǒng)依然是熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)。
從電源測(cè)研究多種電源互補(bǔ)形式，這是一個(gè)實(shí)際案例，目標(biāo)是可以使多種能源組合的出力對(duì)電網(wǎng)造成調(diào)峰壓力最小的一條曲線，從網(wǎng)端看，我認(rèn)為它就是一個(gè)比較好的同步機(jī)的電源出力。這里面要做優(yōu)化的時(shí)候可能有一些考慮。
首先如果光熱電站不作為調(diào)峰機(jī)組，僅僅作為單一電源，那我們的儲(chǔ)能容量、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)都是按照度電成本最優(yōu)來(lái)控制的。但是這樣不能發(fā)揮光熱電站在多能互補(bǔ)中的優(yōu)勢(shì)。
如果光熱電站作為調(diào)峰電源，在多能互補(bǔ)系統(tǒng)里進(jìn)行應(yīng)用，我們可能不僅僅考慮單一的某一個(gè)電源，我們要從整個(gè)系統(tǒng)，也就是說(shuō)從整個(gè)風(fēng)電、光伏，整個(gè)系統(tǒng)里所有電源的角度整體來(lái)考慮我們這個(gè)電站的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)然是在保證我們技術(shù)可靠、安全運(yùn)行的前提下，我們要根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源情況，比如說(shuō)我現(xiàn)在是風(fēng)電光伏+光熱+電儲(chǔ)能，我們就要搜集這個(gè)地區(qū)同時(shí)段、同時(shí)刻風(fēng)資源，還要有總輻射資源，DNI等，把同時(shí)刻資源收集起來(lái)這樣才可以知道所有電源在同一時(shí)刻每一年8760個(gè)小時(shí)的出力，這樣子就知道在電源耦合上我們最后會(huì)耦合出什么樣的出力。同時(shí)還要考慮負(fù)荷的情況，負(fù)荷對(duì)我的要求是什么樣子，這樣子綜合考慮才可以出來(lái)整個(gè)多能互補(bǔ)系統(tǒng)里面各個(gè)電源的容量配比。
各個(gè)電源容量配比，在考慮技術(shù)的前提下還要考慮經(jīng)濟(jì)性，目前還有兩種方式，一種是按照風(fēng)電、光伏、光熱現(xiàn)行的標(biāo)桿電價(jià)來(lái)做，我們知道光熱電價(jià)比較高，風(fēng)電和光伏電價(jià)可能略微低一些，這樣會(huì)整體考慮一個(gè)收益，就是滿足技術(shù)可行的情況下，以這樣的經(jīng)濟(jì)模型我們?nèi)ヅ湮覀兊娘L(fēng)電、光伏和光熱的容量。還有一種是我整個(gè)多能互補(bǔ)基地看成一個(gè)整體，做出一個(gè)綜合電價(jià)來(lái)，這樣才能真正體現(xiàn)出我的綜合能源供應(yīng)的這么一個(gè)理念。這個(gè)時(shí)候可能在儲(chǔ)熱容量?jī)?yōu)化上就有一個(gè)想法，因?yàn)槲覀冎拦鉄犭娬菊麄€(gè)集熱系統(tǒng)投資占比比較高，我在滿足多能互補(bǔ)的電源出力要求基礎(chǔ)上，我們盡量的減少鏡場(chǎng)的投資，這樣子可以降低整個(gè)多能互補(bǔ)項(xiàng)目整體投資。然后把一部分的光伏風(fēng)電加大，把我的儲(chǔ)能系統(tǒng)加大，這樣我依然可以滿足電網(wǎng)對(duì)我出力的要求，但同時(shí)又降低了總投資，也就是說(shuō)我降低了度電成本。
因?yàn)殡S著我們國(guó)家風(fēng)電和光伏現(xiàn)在都是接近于平價(jià)上網(wǎng)的大趨勢(shì)上，光熱也有電價(jià)退坡的趨勢(shì)，所以我覺(jué)得綜合電價(jià)這種經(jīng)濟(jì)模型更適合于將來(lái)我們多能互補(bǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的模型。
這是某一個(gè)項(xiàng)目多能互補(bǔ)一周運(yùn)行模擬示意圖，可以看到整個(gè)系統(tǒng)里面，這一周的系統(tǒng)，風(fēng)、光模擬以后，這個(gè)棄電，只有一部分棄風(fēng)，光伏光熱經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量搬移以后，只有一部分棄風(fēng)，棄風(fēng)量非常小，不可能滿足無(wú)棄風(fēng)，如果無(wú)棄風(fēng)我的儲(chǔ)熱系統(tǒng)可能會(huì)配的更大，這樣是不經(jīng)濟(jì)的。
謝謝大家。
