中國儲能網(wǎng)訊：西北電力設(shè)計院新能源開發(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，在光熱及多能互補領(lǐng)域經(jīng)驗非常豐富。
在此前召開的CSP Focus光熱發(fā)電創(chuàng)新大會上，王總發(fā)表了題為“基于太陽能光熱發(fā)電的多能互補方式探討”的專題報告，以下為具體內(nèi)容分享：
主要是從幾個方面來跟大家分享：一是為什么要建多能互補這樣的一個項目，由什么來決定的，多能互補系統(tǒng)到底包含了什么？意義在哪里？光熱電站在這個系統(tǒng)里面主要起哪些作用？第二是多能互補系統(tǒng)的含義。三是光熱電站在多能互補系統(tǒng)中的作用。
第一，為什么要建多能互補項目？
首先由國家能源結(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，它在一次能源消費中的占比決定了我們國家能源轉(zhuǎn)型的迫切性，也就是說提高可再生能源比例迫切性。同時在化石能源的占比比較高的情況下，環(huán)境問題比較突出，所以催生我們提高可再生能源比例的要求。
其次，我們國家單位GDP的能耗遠(yuǎn)沒有達(dá)到世界的平均水平，同時跟發(fā)達(dá)國家的水平差別比較大。我們國家在巴黎協(xié)定里面對將來低碳、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。
那么我們國家能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢是什么呢？
我們國家的非化石能源根據(jù)《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略2016到2030》的戰(zhàn)略里面，從我們國家情況看，我們國家確定目標(biāo)是在2030年非化石能源占一次能源消費比重達(dá)到20%。也就是說我們能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢就是發(fā)展可再生的清潔、低碳的能源。
這是我們國家截止2017年統(tǒng)計出來的新能源，剛才說的是可再生能源里面含有水能，統(tǒng)計出來2017年新能源發(fā)展累計裝機僅僅是風(fēng)電和光伏，截止2017年我們國家風(fēng)電和光伏總裝機容量占到全國電源總裝機17%，尤其是“十三五”頭兩年，也就是2016年以來的連續(xù)兩年，我們國家風(fēng)電和光伏新增裝機首次超過了火電新增裝機。
新能源發(fā)電量占比持續(xù)走高，持續(xù)走高同時帶來了一個問題，由于我們國家的電力結(jié)構(gòu)70%以煤電為主，煤電的調(diào)峰能力有一定限制，所以帶來我們國家比較嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光的現(xiàn)象?？梢钥吹诫m然新能源發(fā)電現(xiàn)在裝機已經(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%，可以看出來年利用小時風(fēng)電和光伏比較低。
右下角這張圖是2017年我們國家電源結(jié)構(gòu)，可以看出來火電占了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，光熱裝機比較小，可能不太能夠顯出它的重要性。
因為大力發(fā)展了風(fēng)電和光伏以后，同時水電、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了棄風(fēng)棄光問題的嚴(yán)重性，同時造成棄電還有一個重要的原因就是，從這張圖上可以看到我們國家的資源條件，我們可以看得到綠色部分是我們國家風(fēng)能、水能和太陽能比較富集的地區(qū)，基本上分布在西部和北部，我們國家的負(fù)荷重心是在中東部，也就是經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)。
新能源發(fā)展的初期時候肯定是在資源最好的地方發(fā)展，也就是說在西北部集約型的發(fā)展，同時帶來了比較嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光。緊接著進入發(fā)展階段的時候重心移到了中東部，進行了分布式能源的開發(fā)。但是因為中東部的資源其實有限，包括風(fēng)能、水能和太陽能，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行多種能源互補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)送電的時候，出現(xiàn)了一個基荷電源選擇問題，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)時要新建四臺100萬的燃煤機組，網(wǎng)間調(diào)度200萬的燃煤機組，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。因為是2017年去年投運，截止到目前為止，這條外送通道的設(shè)計能力是800萬千瓦，截止目前僅僅能夠送到200萬千瓦。
這里面有很多問題，一個是風(fēng)電機組暫態(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。還有一個問題是河西走廊網(wǎng)架瓶頸使送出受限，整個河西地區(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)過一系列的改造，預(yù)計到2020年能達(dá)到400萬，也就是這個時候依然不能達(dá)到線路送出的設(shè)計能力。還有一個原因就是除了剛才我說的那兩條原因，還有一條是我們現(xiàn)在的煤電的停建和緩建。四臺100萬機組，新建的兩臺，還有緩建的兩臺，后面緩建的這兩臺還不知道什么時候能建，這時候搭載的主力電源就會缺失。
光熱電站在這里面是否可以起到這樣一個作用，這也是我們討論不同的能源形式之間優(yōu)勢互補的一個比較重要的原因。
這是我們國家隨著可再生能源的發(fā)展出現(xiàn)的一系列的問題，我們國家能源局綜合司2016年就提出來了一種新型的能源開發(fā)模式，關(guān)于申報多能互補集成優(yōu)化示范工程的一個通知，2017年國家能源局公布首批的多能互補示范項目，一共有23個項目，其中有6個項目我們有幸參與了。
第二，多能互補系統(tǒng)的含義。
整個電力系統(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)，多能互補因為這樣的電力系統(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，各種電源形式的多能優(yōu)勢互補。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家的單位GDP的能耗水平進一步的降低，這是兩種類型的多能互補形式。
說到多能互補的要素，我們知道多能互補有源、有網(wǎng)、有荷，怎么把這些東西串聯(lián)起來，耦合起來，把這些東西集成起來那就需要儲，儲能是可以把各種電源耦合起來，或者把各種負(fù)荷耦合起來，而且電網(wǎng)側(cè)也可以加一些儲能作為調(diào)峰作用的工具。
多能互補集成系統(tǒng)里面技術(shù)發(fā)展趨勢，這里面我說的是電源側(cè)，在電源側(cè)多能互補技術(shù)發(fā)展趨勢，主要是如何來配比各種電源類型的容量，也就是說風(fēng)光水火儲要進行優(yōu)化，模擬計算出模型，這樣搭配出一個更合理的、更優(yōu)的多能互補的模型。還有一個比較重要的，整個多能互補系統(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)展的一個技術(shù)發(fā)展方向。
第三，光熱電站在多能互補系統(tǒng)中的作用。
今天早上包括下午一直在說光熱電站的調(diào)峰作用，光熱電站恰恰是因為它有了儲熱系統(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系統(tǒng)里面起到一個主力電源的身份。
這張圖有很多嘉賓都在分享，這是我們根據(jù)DNI值模擬出來的一個塔式熔鹽的出力特性，包括儲熱量和光學(xué)效率等，可以看到黑虛線是儲罐的儲熱容量，其實在沒有儲滿的時候完全可以進行調(diào)峰，儲滿以后進行調(diào)峰可能就棄光了，這是今天下午一直在說的問題。光熱電站可以根據(jù)不同的系統(tǒng)運行情況，可以進行降出力調(diào)峰，這是沒有任何問題的，同時啟停調(diào)峰成本比較低，僅僅消耗一些電量，有一些天然氣的氣量，同時還可以進行平移調(diào)峰，削峰填谷，光伏大發(fā)的時候儲起來，這樣進行一個平移調(diào)峰。
多能互補系統(tǒng)里面不僅僅局限于光熱，整個多能互補系統(tǒng)起耦合作用的儲能系統(tǒng)，現(xiàn)在常見的儲能系統(tǒng)有機械類和電化學(xué)類的儲能，在我們國家儲能系統(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，這是一個優(yōu)勢，同時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)儲能，這幾年發(fā)展勢頭還是比較快的。這里面電化學(xué)儲能有兩種類型，一種可以作為功率型的電池，這樣子它有兩個作用，一個可以放在光伏或者風(fēng)電的電源點，可以使我光伏和風(fēng)電的出力曲線進行平滑，這樣子可以更好的適應(yīng)調(diào)度對我的出力電能質(zhì)量的要求。還有一個就是可以削峰填谷，放在電網(wǎng)也好，放在電源點也好，可以吸納一部分的棄電。但是電池一個是目前成本比較高，再一個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怎么回收利用，這將來也是一個比較嚴(yán)重的問題。
壓縮空氣儲能，目前壓縮空氣儲能一個是成本造價問題，而且并沒有大規(guī)模、大容量的應(yīng)用，僅僅是一些實驗室，或者是一些示范電站小容量的應(yīng)用，應(yīng)用不是很成熟。光熱電站儲能系統(tǒng)，早上大家介紹了很多，目前為止主要的儲能系統(tǒng)依然是熔鹽儲能系統(tǒng)。
從電源測研究多種電源互補形式，這是一個實際案例，目標(biāo)是可以使多種能源組合的出力對電網(wǎng)造成調(diào)峰壓力最小的一條曲線，從網(wǎng)端看，我認(rèn)為它就是一個比較好的同步機的電源出力。這里面要做優(yōu)化的時候可能有一些考慮。
首先如果光熱電站不作為調(diào)峰機組，僅僅作為單一電源，那我們的儲能容量、儲能時長都是按照度電成本最優(yōu)來控制的。但是這樣不能發(fā)揮光熱電站在多能互補中的優(yōu)勢。
如果光熱電站作為調(diào)峰電源，在多能互補系統(tǒng)里進行應(yīng)用，我們可能不僅僅考慮單一的某一個電源，我們要從整個系統(tǒng)，也就是說從整個風(fēng)電、光伏，整個系統(tǒng)里所有電源的角度整體來考慮我們這個電站的經(jīng)濟性，當(dāng)然是在保證我們技術(shù)可靠、安全運行的前提下，我們要根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源情況，比如說我現(xiàn)在是風(fēng)電光伏+光熱+電儲能，我們就要搜集這個地區(qū)同時段、同時刻風(fēng)資源，還要有總輻射資源，DNI等，把同時刻資源收集起來這樣才可以知道所有電源在同一時刻每一年8760個小時的出力，這樣子就知道在電源耦合上我們最后會耦合出什么樣的出力。同時還要考慮負(fù)荷的情況，負(fù)荷對我的要求是什么樣子，這樣子綜合考慮才可以出來整個多能互補系統(tǒng)里面各個電源的容量配比。
各個電源容量配比，在考慮技術(shù)的前提下還要考慮經(jīng)濟性，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)桿電價來做，我們知道光熱電價比較高，風(fēng)電和光伏電價可能略微低一些，這樣會整體考慮一個收益，就是滿足技術(shù)可行的情況下，以這樣的經(jīng)濟模型我們?nèi)ヅ湮覀兊娘L(fēng)電、光伏和光熱的容量。還有一種是我整個多能互補基地看成一個整體，做出一個綜合電價來，這樣才能真正體現(xiàn)出我的綜合能源供應(yīng)的這么一個理念。這個時候可能在儲熱容量優(yōu)化上就有一個想法，因為我們知道光熱電站整個集熱系統(tǒng)投資占比比較高，我在滿足多能互補的電源出力要求基礎(chǔ)上，我們盡量的減少鏡場的投資，這樣子可以降低整個多能互補項目整體投資。然后把一部分的光伏風(fēng)電加大，把我的儲能系統(tǒng)加大，這樣我依然可以滿足電網(wǎng)對我出力的要求，但同時又降低了總投資，也就是說我降低了度電成本。
因為隨著我們國家風(fēng)電和光伏現(xiàn)在都是接近于平價上網(wǎng)的大趨勢上，光熱也有電價退坡的趨勢，所以我覺得綜合電價這種經(jīng)濟模型更適合于將來我們多能互補系統(tǒng)的經(jīng)濟評價的模型。
這是某一個項目多能互補一周運行模擬示意圖，可以看到整個系統(tǒng)里面，這一周的系統(tǒng)，風(fēng)、光模擬以后，這個棄電，只有一部分棄風(fēng)，光伏光熱經(jīng)過儲能系統(tǒng)的能量搬移以后，只有一部分棄風(fēng)，棄風(fēng)量非常小，不可能滿足無棄風(fēng)，如果無棄風(fēng)我的儲熱系統(tǒng)可能會配的更大，這樣是不經(jīng)濟的。
謝謝大家。
