中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)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(chǎng)，中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司趙曉輝在會(huì)上分享了主題報(bào)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(huì)場(chǎng)上面好像沒有高溫儲(chǔ)熱方面的東西，我從事這個(gè)大概十年時(shí)間，也參與一些項(xiàng)目，從這個(gè)角度作為一個(gè)切入談一下它和儲(chǔ)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(chǔ)熱的應(yīng)用場(chǎng)景，第三部分就是簡(jiǎn)單的結(jié)論。什么是太陽能熱發(fā)電，簡(jiǎn)單介紹一下，它的聚光形式來講，有槽式還有塔式。還有儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(gè)區(qū)間，把棄風(fēng)棄電的電能如何存儲(chǔ)到熱能里面，這是儲(chǔ)熱系統(tǒng)，這是發(fā)電系統(tǒng)。儲(chǔ)能大概這么幾種形式，比較有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的可能就是有客觀條件的。你去構(gòu)造它可能會(huì)需要大量的成本不現(xiàn)實(shí)的，還有右下角的電化學(xué)儲(chǔ)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(duì)于電網(wǎng)機(jī)組電力輸出特性，我們可以看到24小時(shí)橫坐標(biāo)時(shí)間段，縱坐標(biāo)是發(fā)電功率等各個(gè)指標(biāo)。綠線的直線可以看到這個(gè)太陽能熱發(fā)電相對(duì)于光伏發(fā)電來講可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)比較平穩(wěn)輸出的特性的，使這個(gè)太陽輻射的隨著時(shí)間變化的波動(dòng)性還有這個(gè)發(fā)電的平穩(wěn)性?；疑拈g斷線就是充滿度一個(gè)在24小時(shí)變化的情況。從0點(diǎn)到6點(diǎn)這個(gè)在放熱，晚上基本上放完了，對(duì)應(yīng)綠線發(fā)電的。一直從8點(diǎn)多到下午14點(diǎn)多這個(gè)水平，儲(chǔ)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(gè)小時(shí)就是充飽狀態(tài)，隨著時(shí)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(chǔ)熱系統(tǒng)開始放電的，對(duì)外保證機(jī)組的出力，這個(gè)時(shí)候能量不是直接來自于太陽。
儲(chǔ)熱系統(tǒng)的狀態(tài)就在下降，我們想象一下如果把這個(gè)儲(chǔ)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(chǔ)熱系統(tǒng)的話，它使用率就會(huì)大大的提高，同時(shí)一些機(jī)油的投資，也會(huì)大大提高。
背景方面的是什么為什么要干這個(gè)事情，簡(jiǎn)單列舉一個(gè)清潔能源行動(dòng)計(jì)劃，2018年10月30號(hào)發(fā)布的，可以看到西北幾個(gè)省份，以及東北黑龍江有一個(gè)目標(biāo)，就是降低這個(gè)風(fēng)電光伏的氣電率，有一個(gè)很大的背景，儲(chǔ)能電池扮演的一個(gè)較小角色，國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)還是以這個(gè)燃煤為主的，犧牲了燃煤電站性能，這樣的話，設(shè)計(jì)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(huì)來講的話，雖然增大了光伏風(fēng)電的消納，與此同時(shí)也帶來了燃煤機(jī)組的這個(gè)不經(jīng)濟(jì)的利用。
這上面具體的幾個(gè)數(shù)，2017年的幾個(gè)數(shù)已經(jīng)發(fā)生的，2018年這個(gè)還沒有統(tǒng)計(jì)出來，這個(gè)是去年發(fā)布的，2017年都是逐漸下降的。還有這個(gè)2017年10月發(fā)布的這個(gè)關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)能指導(dǎo)的意見，重點(diǎn)包括高溫儲(chǔ)熱技術(shù)，提到的飛輪儲(chǔ)能電池，大容量的儲(chǔ)熱裝置。建立補(bǔ)償機(jī)制，推動(dòng)純能參與電力輔助服務(wù)，試點(diǎn)功能。這是一個(gè)資金補(bǔ)貼的問題。熔融鹽儲(chǔ)能不僅在剛剛的氣電回收有應(yīng)用，還有同時(shí)在全國(guó)能源全國(guó)各個(gè)行業(yè)能源的消耗簡(jiǎn)單的例子，可以看出在這個(gè)排煙部分，它的溫度400度到500度這個(gè)范圍，跟剛剛談到的比較契合的，這也是后面的應(yīng)用場(chǎng)景。
國(guó)外方面也在研究高溫儲(chǔ)能，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)年有一個(gè)諾爾而物理學(xué)獎(jiǎng)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(chǔ)熱，有一小部分是氫能的存儲(chǔ)，中間的綠色部分是電能的機(jī)械能，最上面那個(gè)是電池。實(shí)際上全球范圍內(nèi)來講，美國(guó)能源局統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)在是高溫儲(chǔ)熱。
第二個(gè)部分介紹一些具體的應(yīng)用場(chǎng)景，通過電加熱器，再加上把這個(gè)熔融鹽從低溫加熱到高溫，再通過容顏崩需要能量的時(shí)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(gè)工業(yè)用氣或者用熱。有一個(gè)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(gè)天然氣的燃機(jī)余熱煙氣建設(shè)一臺(tái)熔融鹽余熱波爐，也可以實(shí)現(xiàn)上一個(gè)場(chǎng)景有類似的問題。因?yàn)槲覀兡莻€(gè)燃機(jī)負(fù)荷的需求特性隨著時(shí)間不是那么穩(wěn)定，為了高效的利用能源我希望這個(gè)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(shí)候，用儲(chǔ)熱系統(tǒng)存儲(chǔ)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(gè)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(gè)環(huán)節(jié)，從存儲(chǔ)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(gè)問題對(duì)于這種高溫熔融鹽儲(chǔ)能或者回收氣電，在發(fā)電的應(yīng)用場(chǎng)景，這個(gè)40%有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，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(chǔ)能都是沒有前景的。其實(shí)有另外一個(gè)因素，成本的問題，如果成本足夠低，效率這個(gè)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(gè)問題，這個(gè)蓄能電廠用30年甚至更長(zhǎng)時(shí)間都可以，電化學(xué)儲(chǔ)能的話可能就是比較脆弱的，儲(chǔ)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(gè)關(guān)鍵因素，一個(gè)是投資性能效率問題。這是供給側(cè)的一些應(yīng)用，時(shí)間關(guān)系不展開了。怎么配置這些問題呢？因?yàn)槲覀児咀鲞@個(gè)比較多，也有一些模式的方案，在前年國(guó)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(shí)的電池儲(chǔ)能。如果把太陽能熱發(fā)電的儲(chǔ)能做的足夠大，最好的是這個(gè)風(fēng)電光伏還有電站同樣一家企業(yè)運(yùn)營(yíng)的，這樣的話可能就會(huì)帶來一個(gè)比較好的結(jié)果就是我都在電廠里面沒有人給我電，這個(gè)氣電的過往費(fèi)這個(gè)成本就會(huì)少很多，或者沒有。一個(gè)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(shí)候，如何配置它的能量，儲(chǔ)熱時(shí)間相當(dāng)于是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組的功率，這個(gè)時(shí)間就是兆瓦時(shí)，橫坐標(biāo)就是儲(chǔ)熱的能量，然后做了幾個(gè)場(chǎng)景分析。大概可以看出來，隨著儲(chǔ)熱能量的增大，呈下降趨勢(shì)。到10小時(shí)以上又開始上揚(yáng)的，有一個(gè)背景使儲(chǔ)熱部分的投資利用率最高。對(duì)投資方收益肯定不一樣的，在方案配合的時(shí)候，做這些工作。
那個(gè)圖是電站不作為調(diào)峰機(jī)組，這個(gè)新能源是想什么時(shí)候放就什么時(shí)候放，無償?shù)慕邮茈娏?，還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(chǔ)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(gè)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(gè)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(gè)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(guó)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(jí)做到1000伏以下是比較成熟的，各個(gè)都是有能力解決的。美國(guó)一兩個(gè)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?yàn)殡妷涸降驼麄€(gè)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(shí)考慮了電壓器的壽命問題，搞這個(gè)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(jì)條件使用的話，可以達(dá)到68年，我的運(yùn)行只是一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行的。簡(jiǎn)單講一下這個(gè)設(shè)備就是經(jīng)濟(jì)的而且是長(zhǎng)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(gè)計(jì)劃目標(biāo)來講，在新疆和甘肅地區(qū)，這兩個(gè)地區(qū)對(duì)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(chǔ)能電站，配置的儲(chǔ)熱時(shí)間大概是10到12小時(shí)，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(gè)百分點(diǎn)。大約是投資60億這個(gè)水平。再?gòu)?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(shí)做了一個(gè)簡(jiǎn)單的財(cái)務(wù)測(cè)算，資本經(jīng)10%還有8%的前提下不收取過往費(fèi)時(shí)，我這個(gè)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)熱投資，看到熱發(fā)電的機(jī)組，就是在4000小時(shí)以下，投資那么大，就意味著這個(gè)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(chǎng)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(píng)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(shí)間不同步的問題，這個(gè)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(gè)很大的量，必須配置合適的儲(chǔ)能，這里面的儲(chǔ)能肯定有多種形式，如果這個(gè)目標(biāo)真的要實(shí)現(xiàn)，是哪種形式，需要未來歷史的驗(yàn)證，大家公認(rèn)的這種做了一個(gè)比較，這是甘肅的一個(gè)項(xiàng)目，大概投資60億，建設(shè)時(shí)間非常長(zhǎng)，相繼可能需要8年以上時(shí)間。這就是儲(chǔ)能電站回收氣電的能力的問題，談這個(gè)電池儲(chǔ)能的人喜歡談?wù)淄邥r(shí)，大家可能喜歡以功率的單位來界定儲(chǔ)能電站的容量。
建設(shè)一個(gè)高溫熔融鹽的儲(chǔ)能的電站，可以低于500元每千瓦，綜合的話儲(chǔ)能模塊的投資是700塊錢每千瓦時(shí)，至少在一個(gè)水平上面，當(dāng)然這個(gè)暗含一個(gè)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(shì)，即使新增發(fā)電也有優(yōu)勢(shì)的，這個(gè)成本的投資實(shí)際上在整個(gè)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）
