中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“能源互聯(lián)網(wǎng)與多能互補(bǔ)“專場，中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司趙曉輝在會上分享了主題報告《基于太陽能熱發(fā)電的多能互補(bǔ)方式探討》，以下為演講實(shí)錄：
趙曉輝：大家上午好！我注意到這次會場上面好像沒有高溫儲熱方面的東西，我從事這個大概十年時間，也參與一些項目，從這個角度作為一個切入談一下它和儲能以及多能互補(bǔ)的結(jié)合的構(gòu)思。
第一部分是相關(guān)背景，第二部分是基于太陽能熱發(fā)電，高溫儲熱的應(yīng)用場景，第三部分就是簡單的結(jié)論。什么是太陽能熱發(fā)電，簡單介紹一下，它的聚光形式來講，有槽式還有塔式。還有儲放熱系統(tǒng)，常規(guī)的管控組成的。第三部分就是我們?nèi)济簷C(jī)組相似的這種發(fā)動機(jī)的。稱之為進(jìn)廠還有吸熱器，就是加熱吸熱器里面流動的介質(zhì)，一般是熔融鹽最高使用溫度570度介質(zhì)是液態(tài)的。熔融鹽的溫度范圍在電站里面使用的范圍一般就是290度到550度這個區(qū)間，把棄風(fēng)棄電的電能如何存儲到熱能里面，這是儲熱系統(tǒng)，這是發(fā)電系統(tǒng)。儲能大概這么幾種形式，比較有競爭優(yōu)勢的可能就是有客觀條件的。你去構(gòu)造它可能會需要大量的成本不現(xiàn)實(shí)的，還有右下角的電化學(xué)儲能，談的比較多的電池，我要闡述的就是高溫熔融鹽結(jié)合的這部分。
剛剛談了一下太陽能熱發(fā)電，左上角還有右上角的曲線，處理特性，綠線是太陽能熱發(fā)電的塔式電站的對于電網(wǎng)機(jī)組電力輸出特性，我們可以看到24小時橫坐標(biāo)時間段，縱坐標(biāo)是發(fā)電功率等各個指標(biāo)。綠線的直線可以看到這個太陽能熱發(fā)電相對于光伏發(fā)電來講可以實(shí)現(xiàn)這個比較平穩(wěn)輸出的特性的，使這個太陽輻射的隨著時間變化的波動性還有這個發(fā)電的平穩(wěn)性?；疑拈g斷線就是充滿度一個在24小時變化的情況。從0點(diǎn)到6點(diǎn)這個在放熱，晚上基本上放完了，對應(yīng)綠線發(fā)電的。一直從8點(diǎn)多到下午14點(diǎn)多這個水平，儲熱系統(tǒng)的狀態(tài)逐漸提高并達(dá)到最高點(diǎn)，16點(diǎn)左右三四個小時就是充飽狀態(tài)，隨著時間的進(jìn)一步推移，太陽能資源下降，就是午后的太陽能資源比較弱的，光太陽的輻射角度等等，儲熱系統(tǒng)開始放電的，對外保證機(jī)組的出力，這個時候能量不是直接來自于太陽。
儲熱系統(tǒng)的狀態(tài)就在下降，我們想象一下如果把這個儲熱系統(tǒng)做得足夠大，不僅僅來自于太陽，也可以來自于低廉的有些政策的關(guān)系，后面再說，低廉的氣電。儲熱系統(tǒng)的話，它使用率就會大大的提高，同時一些機(jī)油的投資，也會大大提高。
背景方面的是什么為什么要干這個事情，簡單列舉一個清潔能源行動計劃，2018年10月30號發(fā)布的，可以看到西北幾個省份，以及東北黑龍江有一個目標(biāo)，就是降低這個風(fēng)電光伏的氣電率，有一個很大的背景，儲能電池扮演的一個較小角色，國內(nèi)的電網(wǎng)還是以這個燃煤為主的，犧牲了燃煤電站性能，這樣的話，設(shè)計的很好的煤耗能耗指標(biāo)實(shí)際上得到了一些犧牲。從全社會來講的話，雖然增大了光伏風(fēng)電的消納，與此同時也帶來了燃煤機(jī)組的這個不經(jīng)濟(jì)的利用。
這上面具體的幾個數(shù)，2017年的幾個數(shù)已經(jīng)發(fā)生的，2018年這個還沒有統(tǒng)計出來，這個是去年發(fā)布的，2017年都是逐漸下降的。還有這個2017年10月發(fā)布的這個關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)能指導(dǎo)的意見，重點(diǎn)包括高溫儲熱技術(shù)，提到的飛輪儲能電池，大容量的儲熱裝置。建立補(bǔ)償機(jī)制，推動純能參與電力輔助服務(wù)，試點(diǎn)功能。這是一個資金補(bǔ)貼的問題。熔融鹽儲能不僅在剛剛的氣電回收有應(yīng)用，還有同時在全國能源全國各個行業(yè)能源的消耗簡單的例子，可以看出在這個排煙部分，它的溫度400度到500度這個范圍，跟剛剛談到的比較契合的，這也是后面的應(yīng)用場景。
國外方面也在研究高溫儲能，有一個實(shí)驗室，當(dāng)年有一個諾爾而物理學(xué)獎得主，在做一些推進(jìn)。這一組可以看出從2006年以后，尤其是2010年以后，這些堆積的紫色就是儲熱，有一小部分是氫能的存儲，中間的綠色部分是電能的機(jī)械能，最上面那個是電池。實(shí)際上全球范圍內(nèi)來講，美國能源局統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)在是高溫儲熱。
第二個部分介紹一些具體的應(yīng)用場景，通過電加熱器，再加上把這個熔融鹽從低溫加熱到高溫，再通過容顏崩需要能量的時候再循環(huán)，就是高溫熔融鹽的熱量轉(zhuǎn)換成水或者蒸汽的熱量，以供這個工業(yè)用氣或者用熱。有一個效率的問題，我們知道熱的效率基本上百分之百的，這樣的利率方式熱再供熱效率比較可觀的，如果不考慮散熱的話，基本上百分之百的。這個天然氣的燃機(jī)余熱煙氣建設(shè)一臺熔融鹽余熱波爐，也可以實(shí)現(xiàn)上一個場景有類似的問題。因為我們那個燃機(jī)負(fù)荷的需求特性隨著時間不是那么穩(wěn)定，為了高效的利用能源我希望這個天然氣的利用這一側(cè)比較好的在它的高效點(diǎn)工作。匹配負(fù)荷需求的時候，用儲熱系統(tǒng)存儲起來。
剛剛談到效率的問題，這一塊體現(xiàn)的比較明確，就是從氣電轉(zhuǎn)換成熱能，再轉(zhuǎn)換成電能。最后一步熱到電，我們知道這個轉(zhuǎn)換目前來講大容量的機(jī)組可能也就是平均下來45%左右的效率，好的話到50%。一度電到最后一個環(huán)節(jié)，從存儲以后再變成電，大約就是40%就是損失60%的電的。這就是有一個問題對于這種高溫熔融鹽儲能或者回收氣電，在發(fā)電的應(yīng)用場景，這個40%有競爭優(yōu)勢，電視行業(yè)的人就是經(jīng)常在這里談到的效率有觀點(diǎn)認(rèn)為效率低于75以下的儲能都是沒有前景的。其實(shí)有另外一個因素，成本的問題，如果成本足夠低，效率這個問題不是問題，我要大容量回收氣電，最終的比的還是綜合發(fā)出一度電的成本，不是純投資。還有一個問題，這個蓄能電廠用30年甚至更長時間都可以，電化學(xué)儲能的話可能就是比較脆弱的，儲熱的話，目前來講25年是沒有什么質(zhì)疑的。
要綜合比的是發(fā)出一度電的，同樣生命周期內(nèi)的成本，暗含了兩個關(guān)鍵因素，一個是投資性能效率問題。這是供給側(cè)的一些應(yīng)用，時間關(guān)系不展開了。怎么配置這些問題呢？因為我們公司做這個比較多，也有一些模式的方案，在前年國家能源局批的青海那里也做一些應(yīng)用，就是400兆瓦的風(fēng)電，還有2小時的電池儲能。如果把太陽能熱發(fā)電的儲能做的足夠大，最好的是這個風(fēng)電光伏還有電站同樣一家企業(yè)運(yùn)營的，這樣的話可能就會帶來一個比較好的結(jié)果就是我都在電廠里面沒有人給我電，這個氣電的過往費(fèi)這個成本就會少很多，或者沒有。一個業(yè)主的運(yùn)行的廠的，這是研究的幾種太陽能熱發(fā)電作為這種調(diào)峰的，不參與調(diào)峰的時候，如何配置它的能量，儲熱時間相當(dāng)于是一個發(fā)動機(jī)組的功率，這個時間就是兆瓦時，橫坐標(biāo)就是儲熱的能量，然后做了幾個場景分析。大概可以看出來，隨著儲熱能量的增大，呈下降趨勢。到10小時以上又開始上揚(yáng)的，有一個背景使儲熱部分的投資利用率最高。對投資方收益肯定不一樣的，在方案配合的時候，做這些工作。
那個圖是電站不作為調(diào)峰機(jī)組，這個新能源是想什么時候放就什么時候放，無償?shù)慕邮茈娏Γ€有一些配置的電線條件，就是作為調(diào)峰機(jī)組的配置和那邊不一樣的。這邊可能就是有很多很專業(yè)的一些背景的問題，這里不展開了。儲能多能互補(bǔ)關(guān)鍵的設(shè)備，目前還沒有得到大容量的是電加熱器這個問題，其他的電這些東西都是成熟的，非常成熟的，有幾十年的設(shè)備，這個是實(shí)現(xiàn)電能到熱能的轉(zhuǎn)換，一般兩種形式，一般第一個展示的就是在大容量浸沒式的，還有循環(huán)式的加熱器，很顯然循環(huán)式加熱器的比較緊湊。通過一些成本的分析，比較了一些進(jìn)口設(shè)備還有國產(chǎn)設(shè)備的綜合的成本。我們現(xiàn)在電加熱器一般的功率電壓等級做到1000伏以下是比較成熟的，各個都是有能力解決的。美國一兩個全球知名的公司也是有認(rèn)證的，但是沒有大量的應(yīng)用。
目前來看還是低壓的，或者中低壓的綜合的成本還是比較優(yōu)的，因為電壓越低整個配電的電的成本很高，包括電加熱器的成本很高，結(jié)合起來就是中低壓的這種電熱器的成本比較高。這邊同時考慮了電壓器的壽命問題，搞這個電站的話，比較壽命很重要的。很多信息可以折算出來，按照它的設(shè)計條件使用的話，可以達(dá)到68年，我的運(yùn)行只是一段時間內(nèi)的運(yùn)行的。簡單講一下這個設(shè)備就是經(jīng)濟(jì)的而且是長壽命的設(shè)備。
結(jié)論與展望，再來回顧一下前面幾張PPT提到的目標(biāo)，2018年，2019年這些省份，根據(jù)2017年的裝機(jī)，按照這個計劃目標(biāo)來講，在新疆和甘肅地區(qū)，這兩個地區(qū)對它的電網(wǎng)裝機(jī)還有電力生產(chǎn)的特性比較熟悉，在新疆還有甘肅地區(qū)僅需要建設(shè)兩座一百兆瓦的熔融鹽儲能電站，配置的儲熱時間大概是10到12小時，便可以使得氣電率減少60%，風(fēng)電加光伏的氣電率，減少氣電率15個百分點(diǎn)。大約是投資60億這個水平。再強(qiáng)調(diào)一下它的壽命應(yīng)該是很可靠的，25年應(yīng)該沒有問題的。同時做了一個簡單的財務(wù)測算，資本經(jīng)10%還有8%的前提下不收取過往費(fèi)時，我這個就是回收氣電發(fā)出來的是5毛錢到5毛2每度，這里面一個背景跟剛剛談到的效率有關(guān)系，過往費(fèi)是這樣盈利的很脆弱的條件。
總結(jié)一下儲熱提高光伏發(fā)電的消納比例，與既有的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)較低的儲熱投資，看到熱發(fā)電的機(jī)組，就是在4000小時以下，投資那么大，就意味著這個投資設(shè)備的使用率不高，或者說讓它掙錢的潛能沒有徹底發(fā)揮出來，如果場景1利用到熱發(fā)電里面可以做一些文章的，基本解決了氣電回收與供熱機(jī)組的發(fā)電量的評估。在做方案的過程當(dāng)中，比較仔細(xì)分析了，這一塊的疑問基本上可以明確的客觀的解答。還有高參數(shù)的熔融鹽，可以符合下游可以符合時間不同步的問題，這個不是我們今天的重點(diǎn)。這里只點(diǎn)一下，2020年和2030年，非化石能源消納目標(biāo)15%和20%按照現(xiàn)在的模式，需要投資7.2億千瓦的光伏，這是一個很大的量，必須配置合適的儲能，這里面的儲能肯定有多種形式，如果這個目標(biāo)真的要實(shí)現(xiàn)，是哪種形式，需要未來歷史的驗證，大家公認(rèn)的這種做了一個比較，這是甘肅的一個項目，大概投資60億，建設(shè)時間非常長，相繼可能需要8年以上時間。這就是儲能電站回收氣電的能力的問題，談這個電池儲能的人喜歡談?wù)淄邥r，大家可能喜歡以功率的單位來界定儲能電站的容量。
建設(shè)一個高溫熔融鹽的儲能的電站，可以低于500元每千瓦，綜合的話儲能模塊的投資是700塊錢每千瓦時，至少在一個水平上面，當(dāng)然這個暗含一個條件就是我的光熱電站的有可能投資是挖掘了既有投資的潛能，所以說跟太陽能熱發(fā)電結(jié)合還是大有可為的。因此和光熱技術(shù)的結(jié)合，混合電站具有建站快等優(yōu)勢，即使新增發(fā)電也有優(yōu)勢的，這個成本的投資實(shí)際上在整個電站里面很小的。我的PPT就是這些，謝謝。
（（本文根據(jù)演講錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
