“光熱發(fā)電集太陽(yáng)能發(fā)電與儲(chǔ)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。”“在沒有光熱發(fā)電和新型儲(chǔ)能的電價(jià)政策情況下，通過(guò)一體化項(xiàng)目建設(shè)，可以帶動(dòng)光熱發(fā)電和儲(chǔ)能電站的項(xiàng)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(shí)，還可以保持一定規(guī)模的光熱發(fā)電市場(chǎng)需求，對(duì)維持光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展會(huì)起到重要作用?！薄耙獙?shí)現(xiàn)我國(guó)的碳中和目標(biāo)，上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制的市場(chǎng)化改革迫在眉睫，我們期待著能夠早日開展完全市場(chǎng)化的多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目的建設(shè)?！?月27日，在由國(guó)家太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、全國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)共同主辦的“2021中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電大會(huì)”上，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院高級(jí)顧問、全國(guó)工程設(shè)計(jì)大師、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)太陽(yáng)能熱發(fā)電專委會(huì)副主任委員兼秘書長(zhǎng)、國(guó)家太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專家委員會(huì)副主任委員孫銳在其主旨報(bào)告《風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)問題》中表達(dá)的觀點(diǎn)發(fā)人深省。
孫銳大師的報(bào)告分為電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)、儲(chǔ)能和光熱發(fā)電的作用、風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目相關(guān)問題和結(jié)束語(yǔ)四部分。他用翔實(shí)的數(shù)據(jù)和大量的圖表，闡述了風(fēng)光熱儲(chǔ)一體項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)問題，表明以“風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化”或“光熱儲(chǔ)能+”模式發(fā)展新能源，是促進(jìn)太陽(yáng)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(bào)告的主要內(nèi)容：
一、電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
1、我國(guó)能源和電力發(fā)展現(xiàn)狀
2020年能源消費(fèi)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(yáng)能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等）占比在90%以上。
2020年全國(guó)電源總裝機(jī)22億千瓦，非化石能源發(fā)電裝機(jī)占比約44.7%，其中風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電占比約24.3%。
2020年全國(guó)總發(fā)電量7.6萬(wàn)億千瓦時(shí)，非化石能源發(fā)電量占比約33.1%，其中風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量占比約為9.5%。
2、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的能源發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)已經(jīng)明確提出了2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年?duì)幦?shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。由清華大學(xué)牽頭組織國(guó)內(nèi)多個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)開展了《中國(guó)長(zhǎng)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(huì)對(duì)外發(fā)布研究成果。
3、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的電力發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)清華大學(xué)對(duì)外發(fā)布的研究成果，2050年我國(guó)能源消費(fèi)總量約50億噸標(biāo)煤，非化石能源占比達(dá)到85%，煤炭占比下降到5%，油、氣占比10%。
2050年我國(guó)一次能源用于發(fā)電的比重將達(dá)到85%，非化石能源發(fā)電量占比要超過(guò)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(yáng)能發(fā)電裝機(jī)將超過(guò)40億kW，占比將超過(guò)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(jī)性和波動(dòng)性，在沒有配套儲(chǔ)能電站的情況下，只能做為電量的補(bǔ)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(guó)抽水蓄能、燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)容量?jī)H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(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，伴隨著燃煤發(fā)電機(jī)組占比的減少，系統(tǒng)對(duì)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(dòng)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(jī)組占比的減少，系統(tǒng)需要補(bǔ)充更多的具有同步發(fā)電機(jī)特性的電源。
二、儲(chǔ)能和光熱發(fā)電的作用
1、用戶側(cè)儲(chǔ)能的主要作用
儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)或儲(chǔ)能電站，其對(duì)系統(tǒng)的作用有所差異。
用戶側(cè)儲(chǔ)能是指安裝在計(jì)量關(guān)口表用戶側(cè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，由用戶根據(jù)自身負(fù)荷的需求進(jìn)行控制。用戶側(cè)儲(chǔ)能對(duì)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(chǔ)能作用示意圖
2、電源側(cè)儲(chǔ)能的主要作用
電源側(cè)儲(chǔ)能是指安裝在計(jì)量關(guān)口表電源側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)。在目前沒有電源側(cè)儲(chǔ)能的電價(jià)傳導(dǎo)機(jī)制情況下，電源側(cè)儲(chǔ)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(shí)間的功率波動(dòng)，以減輕系統(tǒng)調(diào)頻壓力。
電源側(cè)儲(chǔ)能通常由電源的運(yùn)行方根據(jù)發(fā)電功率波動(dòng)情況自行控制，系統(tǒng)調(diào)度不會(huì)單獨(dú)對(duì)電源儲(chǔ)能進(jìn)行調(diào)度。
在具備了電源側(cè)儲(chǔ)能的電價(jià)傳導(dǎo)機(jī)制情況下，電源側(cè)儲(chǔ)能可以按照系統(tǒng)對(duì)電源上網(wǎng)功率曲線要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能和光熱發(fā)電機(jī)組的主要作用
電網(wǎng)測(cè)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(jī)組集發(fā)電和儲(chǔ)能為一體，可以起到電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站的調(diào)峰作用，也可以替代燃煤發(fā)電機(jī)組起到24小時(shí)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(chǔ)能電站無(wú)能可儲(chǔ)的情況下，光熱發(fā)電機(jī)組可以利用天然氣發(fā)電，對(duì)保證系統(tǒng)安全將發(fā)揮重要作用。
4、儲(chǔ)熱型光熱發(fā)電在系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景
下面的表中描述了儲(chǔ)能在不同應(yīng)用場(chǎng)景中的特性和主要的儲(chǔ)能方式，其中，儲(chǔ)熱型光熱電站即可以作為電網(wǎng)側(cè)的獨(dú)立儲(chǔ)能調(diào)峰電站，也可以作為電源側(cè)的儲(chǔ)能電站。
三、風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目相關(guān)問題
1、多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目的背景
我國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電在上網(wǎng)電價(jià)政策的支持下，經(jīng)過(guò)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(chǔ)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(chǔ)熱型光熱電站及其他新型儲(chǔ)能電站在缺乏電價(jià)政策的支持下，難以發(fā)展。正是在上述國(guó)情背景下，2021年2月25日，《國(guó)家發(fā)展改革委國(guó)家能源局關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕280號(hào)）對(duì)外發(fā)布；隨后，國(guó)家能源局于2021年4月25日發(fā)出了《關(guān)于報(bào)送“十四五”電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)工作方案的通知》，文中明確：充分發(fā)揮流域梯級(jí)水電站、具有較強(qiáng)調(diào)節(jié)性能水電站、儲(chǔ)熱型光熱電站、儲(chǔ)能設(shè)施的調(diào)節(jié)能力，匯集新能源電力，積極推動(dòng)“風(fēng)光水（儲(chǔ)）”“風(fēng)光儲(chǔ)”一體化。實(shí)施多能互補(bǔ)項(xiàng)目的作用在于將新能源發(fā)電與具有儲(chǔ)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(jià)上網(wǎng)，通過(guò)風(fēng)電和光伏發(fā)電的利潤(rùn)空間來(lái)彌補(bǔ)儲(chǔ)能和光熱發(fā)電的虧損，增加系統(tǒng)儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)電源的容量，從而促進(jìn)新能源電力的消納。甘肅、青海等省份也出臺(tái)了相應(yīng)的規(guī)定和管理辦法，并組織了多能互補(bǔ)項(xiàng)目的申報(bào)工作。
2、完全市場(chǎng)化的多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目
若要使多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)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(shí)段發(fā)電功率要求和上網(wǎng)電價(jià)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(duì)風(fēng)電、光伏、光熱、儲(chǔ)能等裝機(jī)容量進(jìn)行合理的配比，并測(cè)算綜合上網(wǎng)電價(jià)參與競(jìng)標(biāo)。
對(duì)風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目發(fā)電功率要求及上網(wǎng)電價(jià)系數(shù)示意圖
地方政府通過(guò)公開招標(biāo)來(lái)確定電源上網(wǎng)電價(jià)和開發(fā)商，電網(wǎng)公司與電源開發(fā)商簽訂長(zhǎng)期購(gòu)電合同，嚴(yán)格執(zhí)行合同中規(guī)定的各時(shí)段上網(wǎng)電價(jià)。
目前階段，在電源的上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制市場(chǎng)化改革完成以前，不具備條件開展完全市場(chǎng)化的多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目。
3、目前的風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目實(shí)施原則
由于目前對(duì)于多能互補(bǔ)一體項(xiàng)目沒有出臺(tái)相應(yīng)的電價(jià)政策，也無(wú)法提出具體的上網(wǎng)功率要求。因此，所有風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目都是以當(dāng)?shù)厝济喊l(fā)電的基準(zhǔn)上網(wǎng)電價(jià)為前提條件，對(duì)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)熱型光熱發(fā)電進(jìn)行組合。按照上述的原則，風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目配置的光熱發(fā)電機(jī)組容量（儲(chǔ)能容量）占比較小，對(duì)發(fā)電功率的調(diào)節(jié)功能也是有限的。因此，在一體化項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，就不宜固守一體化項(xiàng)目的概念，對(duì)其提出過(guò)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(xiàng)目中電力送出線路的匯集
在一體化項(xiàng)目中實(shí)施中，要求一個(gè)項(xiàng)目為一個(gè)計(jì)量關(guān)口，每個(gè)項(xiàng)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(shì)必造成同一個(gè)電源基地的電源匯集線路繁多、交叉、混亂（如下圖所示），也會(huì)增大匯集線路的投資。
通常情況下，在同一個(gè)可再生能源基地中，同一種類的電源是相對(duì)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(gè)電源匯集前都設(shè)置計(jì)量關(guān)口，則可以較少匯集線路長(zhǎng)度和不必要的交叉，也會(huì)降低匯集線路的投資，也有利于系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)光熱電源實(shí)施調(diào)度（如下圖所示）。因此，對(duì)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(shí)施。
5、光熱發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行調(diào)度
在風(fēng)光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目中，系統(tǒng)調(diào)度只對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總體的調(diào)度，光熱發(fā)電機(jī)組由發(fā)電運(yùn)營(yíng)單位自己進(jìn)行控制。如前所述，由于一體化項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)政策的制約，光熱發(fā)電機(jī)組的容量占比較低，如果光熱發(fā)電機(jī)組僅用于一體化項(xiàng)目消除小幅度和短時(shí)間的發(fā)電功率波動(dòng)，則是大材小用了。光熱發(fā)電機(jī)組作為稀缺的儲(chǔ)能和靈活調(diào)節(jié)電源，由系統(tǒng)調(diào)度對(duì)光熱發(fā)電機(jī)組直接進(jìn)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(jī)組系統(tǒng)配置優(yōu)化
光熱發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)配置優(yōu)化的目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)組功能和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，優(yōu)化的邊界條件是依據(jù)光熱發(fā)電機(jī)組的功能定位而定的。
如前所述，光熱發(fā)電機(jī)組作為稀缺的儲(chǔ)能和靈活調(diào)節(jié)電源，由系統(tǒng)調(diào)度對(duì)光熱發(fā)電機(jī)組直接進(jìn)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(duì)光熱發(fā)電機(jī)組的功能定位就不能局限在一體化項(xiàng)目本身，而要從電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)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(gè)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(lái)確定光熱發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間和功率，峰谷分時(shí)銷售電價(jià)確定的時(shí)間段是重要的參考依據(jù)（這與光熱發(fā)電示范項(xiàng)目是截然不同的，為了降低發(fā)電成本，示范項(xiàng)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(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)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(jìn)行；最后再按照整體項(xiàng)目的綜合上網(wǎng)電價(jià)不高于當(dāng)?shù)厝济夯鶞?zhǔn)電價(jià)的原則，來(lái)調(diào)整一體化項(xiàng)目中的各種電源配比。
7、要注重對(duì)光熱發(fā)電站址的保護(hù)
光熱發(fā)電集太陽(yáng)能發(fā)電與儲(chǔ)能為一體，是新型電力系統(tǒng)中的稀缺電源。光熱發(fā)電對(duì)站址條件要求比光伏發(fā)電要復(fù)雜很多，首先對(duì)場(chǎng)地面積要求大，地勢(shì)要比較平整，另外還需要水的供應(yīng)。我國(guó)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(lái)對(duì)光熱發(fā)電需求增大時(shí)，再尋找新的站址就比較困難了。
四、結(jié)束語(yǔ)
在缺乏光熱發(fā)電和新型儲(chǔ)能的電價(jià)傳導(dǎo)機(jī)制情況下，通過(guò)多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目建設(shè)，可以帶動(dòng)光熱發(fā)電和儲(chǔ)能電站的項(xiàng)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(shí)，還可以保持一定規(guī)模的光熱發(fā)電市場(chǎng)需求，對(duì)維持光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展會(huì)起到重要作用。
目前階段的多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目，受到電價(jià)政策的制約，遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想程度。因此，在實(shí)施過(guò)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(shí)現(xiàn)我國(guó)的碳中和目標(biāo)，上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制的市場(chǎng)化改革迫在眉睫，我們期待著能夠早日開展完全市場(chǎng)化的多能互補(bǔ)一體化項(xiàng)目的建設(shè)。
