中國儲能網(wǎng)訊：8月9—10日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司、西安北大科技園、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機(jī)構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。
主辦方邀請到中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司設(shè)計總工程師黃興宇就“多能互補(bǔ)集成優(yōu)化分析及實踐”做主題報告，以下為其報告主要內(nèi)容。
黃興宇
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，大家上午好！
由于劉成設(shè)總臨時出差，今天由我進(jìn)行報告。我主要就我院近期開展的多能互補(bǔ)的工作以及在西北地區(qū)大電網(wǎng)的開發(fā)、研究過程和兩個項目的實施經(jīng)驗進(jìn)行分享。 我的報告分為五個部分：
一、多能互補(bǔ)系統(tǒng)建設(shè)的必要性。
1、我國能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。眾所周知，我國能源結(jié)構(gòu)體系是以煤為主的，煤炭消費(fèi)占比70%，能源生產(chǎn)不可持續(xù)，環(huán)境污染嚴(yán)重，可再生能源消納困難；同時，二是能源使用效率低單，位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍；此外，設(shè)備利用率低：輸電設(shè)備<50%，配電設(shè)備<30%；三是根據(jù)低碳綠色發(fā)展的要求，我國政府承諾在2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到15%，2020年單位GDP二氧化碳排放量較2015年下降18% 。
2、我國能源結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，預(yù)計我國2020年、2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到15%和20%。
3、新能源消納型式以“電” 為主。要提高新能源消納，則需要從生產(chǎn)及消費(fèi)兩端開展清潔替代。能源生產(chǎn)端實現(xiàn)清潔替代：以太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源替代化石能源，實現(xiàn)以清潔能源為主導(dǎo)，推動能源可持續(xù)發(fā)展。能源消費(fèi)端實現(xiàn)電能替代：以電能替代煤炭、石油等化石能源的直接消費(fèi)，重點(diǎn)是“以電代煤，以電代油，清潔發(fā)電”。
4、根據(jù)清潔能源的特性及消納需求，新的能源模式應(yīng)運(yùn)而生。目前，我國仍是以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)，水電、抽水蓄能、氣電、光熱等靈活調(diào)節(jié)電源占比仍然非常低，這是我國出現(xiàn)棄風(fēng)和棄光問題的主要原因之一。而2020年和2030年我國的非化石能源發(fā)電裝機(jī)總量和比例將進(jìn)一步增加，亟待一種新的能源開發(fā)形式來解決棄電問題。
在國家層面，也在嘗試新型的多種能源集成互補(bǔ)的清潔能源利用形式，國家能源局在2016年出臺了《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實施意見》等文件，在能源生產(chǎn)端開展風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)系統(tǒng)示范，在能源消費(fèi)端開展終端一體化集成供能系統(tǒng)示范。旨在通過示范項目的實施，在多種能源之間相互補(bǔ)充，構(gòu)成豐富的功能結(jié)構(gòu)體系，達(dá)到了1+1大于2的效果。多能互補(bǔ)集成優(yōu)化項目主要從這幾個方面考慮，一個是按需定制，根據(jù)需求來確定體量已經(jīng)開發(fā)規(guī)模。二是因地制宜，生產(chǎn)中要結(jié)合能源稟賦情況。第三個是智能友好，在能源需求方面要個性化，還要滿足整體需求。第四個是經(jīng)濟(jì)合理，利用現(xiàn)有政策同時探索一個新模式。
在終端一體化集成供能系統(tǒng)中，根據(jù)電力、燃?xì)?、熱力、供冷符合，新興產(chǎn)業(yè)園、城鎮(zhèn)需求以及能源利用和垃圾資源回收的情況，結(jié)合所在區(qū)域的太陽能、風(fēng)能以及燃?xì)獾饶茉葱问降姆A賦情況，運(yùn)用冷熱電三聯(lián)供以及分布式可再生能源，包括智能微網(wǎng)，結(jié)合大電網(wǎng)同時滿足用戶需求。
在風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)系統(tǒng)中，需要把風(fēng)光水光熱等等幾種能源組合起來，提升能源系統(tǒng)消納可再生能源發(fā)電能力和綜合效應(yīng)。
目前，終端一體化項目需要重點(diǎn)關(guān)注和研究的事這幾個方面：一個是系統(tǒng)優(yōu)化集成規(guī)劃和設(shè)計技術(shù)開發(fā)。二是能源信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合。三是充電站車網(wǎng)協(xié)同技術(shù)開發(fā)。四是先進(jìn)儲能技術(shù)的開發(fā)以及應(yīng)用。五是智能電網(wǎng)及微電網(wǎng)技術(shù)。六是終端一體化集成優(yōu)化調(diào)度和控制技術(shù)。第七個是多能協(xié)同綜合能源耦合技術(shù)。也是目前示范項目在開發(fā)，包括設(shè)計過程當(dāng)中以后需要進(jìn)一步深入研究和開發(fā)的內(nèi)容。
在電源側(cè)，也需要在以下幾個方面開展重點(diǎn)研究：一個是儲能模型優(yōu)化以及模擬算法研究。第二是風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)。第三是發(fā)電靈活性改造與調(diào)峰電源配置優(yōu)化技術(shù)。第四是大型儲能電源及虛擬電廠技術(shù)。第五是風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、控制技術(shù)。
在國家能源局關(guān)于公布首批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范項目中，我院非常榮幸了參與了這幾個項目。針對終端一體化集成供能示范工程，推行有利于提高系統(tǒng)效率的電價、熱價、氣價等新的價格形成機(jī)制。實施峰谷價格、季節(jié)價格、可中斷價格、高可靠性價格、兩部制價格等科學(xué)價格制度，具體價格政策及水平由國家及地方價格主管部門按權(quán)限確定。符合條件的項目可按程序申請可再生電價附加補(bǔ)貼，各省、區(qū)、市可結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，通過初投資補(bǔ)貼或貼息、開設(shè)專項債券等方式給予相關(guān)項目具體支持政策。針對風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)示范工程，在市場化價格形成前，實施有利于發(fā)揮各類型電源調(diào)節(jié)性能的電價、氣價及輔助服務(wù)價格機(jī)制。經(jīng)國家認(rèn)定的多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范項目優(yōu)先使用國家能源規(guī)劃確定的各省、區(qū)、市火電裝機(jī)容量、可再生能源發(fā)展規(guī)模及補(bǔ)貼等總量指標(biāo)額度。多能互補(bǔ)示范項目就地消納后的富余電量，可優(yōu)先參與跨省區(qū)電力輸送消納。國家出臺了一系列政策推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化，據(jù)了解，新疆自治區(qū)也在開展后續(xù)電力輔助服務(wù)政策的研究。
會議現(xiàn)場
二、多能互補(bǔ)系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)手段。提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)和消納能力的主要措施：一個是電源側(cè)，水電、抽蓄、燃?xì)怆娬尽⑿钅艽胧?、光熱電站，火電靈活性改造。二是在電網(wǎng)側(cè)，需加強(qiáng)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)；增加跨省跨區(qū)網(wǎng)絡(luò)互濟(jì)能力；增強(qiáng)電力調(diào)度的靈活性，加強(qiáng)區(qū)域資源調(diào)劑優(yōu)化。三是在負(fù)荷側(cè)加強(qiáng)電力需求側(cè)管理。鼓勵可中斷負(fù)荷、電動汽車、用戶側(cè)儲能等措施參與調(diào)峰，推動電能替代。
幾種調(diào)峰的形式，一個是抽蓄電站，優(yōu)勢是調(diào)峰速度快，調(diào)峰能力強(qiáng)，調(diào)峰容量大，且單位千瓦投資較低，劣勢是水電的調(diào)峰能力除了受天然徑流的影響，還受下游灌溉、供水、防洪等綜合利用任務(wù)的影響；日調(diào)節(jié)抽蓄電站不能適應(yīng)風(fēng)電和光伏連續(xù)的大出力運(yùn)行；建設(shè)地點(diǎn)受限，我國西北部地區(qū)棄風(fēng)棄光嚴(yán)重，急需抽蓄調(diào)峰，但地區(qū)水資源貧乏，不適宜建設(shè)抽蓄電站。
常規(guī)火電優(yōu)勢：調(diào)峰容量大，調(diào)峰能力強(qiáng)，建設(shè)成本低。劣勢：1、降出力調(diào)峰，煤耗增加，為新能源調(diào)峰，會增加火電機(jī)組的發(fā)電成本；2、啟停調(diào)峰，影響設(shè)備的壽命，用油量大、成本高，另外調(diào)峰速度慢，運(yùn)行人員操作復(fù)雜。3、不夠清潔。
燃?xì)鈾C(jī)組，優(yōu)勢是調(diào)峰能力強(qiáng)，調(diào)峰容量大，建設(shè)不受地區(qū)限制，較為清潔。劣勢是降出力運(yùn)行時，單位發(fā)電量能耗比煤電還大，另外我國天然氣較為貧瘠，運(yùn)行成本高，經(jīng)濟(jì)性差。
光熱電站調(diào)峰，優(yōu)勢：光熱電站沒有燃煤機(jī)組鍋爐穩(wěn)燃的要求，調(diào)峰深度更深，可達(dá)80%；光熱機(jī)組調(diào)峰能力的爬坡速度比常規(guī)火電機(jī)組更快；與常規(guī)火電相比，光熱電站啟動時間短，啟動僅耗費(fèi)少量熱量及電量，啟停成本更低。劣勢：光熱電站受太陽直輻射量的要求，建設(shè)地區(qū)受限；相比其他能源形式，現(xiàn)階段光熱電站建設(shè)成本高，技術(shù)復(fù)雜。
儲能電站調(diào)峰，能量型：利用其削峰填谷功能，在風(fēng)電、光伏大發(fā)時段儲能，在低谷時段發(fā)電。功率型：利用其調(diào)頻功能，在風(fēng)光出力不受限時，可以平滑出力曲線。優(yōu)勢：調(diào)峰速度快，響應(yīng)快，建設(shè)周期短，不受地區(qū)限制。劣勢：尚無電價政策，建設(shè)成本高，調(diào)峰容量受限，電池壽命短。
網(wǎng)側(cè)措施主要考慮跨省聯(lián)合調(diào)度，需要解決的問題是：完善電力市場機(jī)制，打破省間電力交易壁壘，實現(xiàn)跨省跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線路的靈活調(diào)度，發(fā)掘電網(wǎng)互濟(jì)互補(bǔ)潛力，提高新能源消納能力?，F(xiàn)階段受限于機(jī)制體制等因素，省間的市場融合需要一段磨合期。我國電力消納集中在中東部地區(qū)，通過跨省區(qū)的電力外送，可以把西北區(qū)域富集的電力輸送向負(fù)荷密集區(qū)，在新能源消納過程當(dāng)中，需要重點(diǎn)解決跨區(qū)間的協(xié)調(diào)等問題。
在負(fù)荷側(cè)措施主要是需求側(cè)響應(yīng)，堅持需求側(cè)與供給側(cè)并重，逐步完善價格機(jī)制，引導(dǎo)電力、天然氣用戶自主參與調(diào)峰、錯峰，增強(qiáng)需求響應(yīng)能力。以智能電網(wǎng)、能源微網(wǎng)、電動汽車和儲能等技術(shù)為支撐，發(fā)展分布式能源網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)用戶參與能源供應(yīng)和平衡調(diào)節(jié)的靈活性和適應(yīng)能力。積極推行合同能源管理、綜合節(jié)能服務(wù)等市場化機(jī)制和新型商業(yè)模式。需求側(cè)響應(yīng)采用自愿參與，給予鼓勵政策，包括電價政策帶來的平均電費(fèi)的降低，以及激勵政策給予的補(bǔ)貼等。
三、多能互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)化分析與研究。結(jié)合我院針對大電網(wǎng)以及單體項目研究過程當(dāng)中，重點(diǎn)介紹一下多能互補(bǔ)系統(tǒng)的確定。多能互補(bǔ)系統(tǒng)與常規(guī)電力系統(tǒng)比較起來，新能源占比較大。新能源在具有調(diào)節(jié)能力電源的配合下，參加電力電量平衡，需要蓄能設(shè)備，抽蓄、光熱、儲能等進(jìn)行能量搬移。
此外，常規(guī)電力系統(tǒng)是最大負(fù)荷時刻，以電力平衡確定電源裝機(jī)，以電量平衡進(jìn)行校驗。而多能互補(bǔ)則是各種形式電源的發(fā)電量在時間曲線上動態(tài)變化，需要根據(jù)需求先配足電量，再進(jìn)行校驗分配。大電網(wǎng)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)是全網(wǎng)用電安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，需要從國民經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，確定系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)。
青海省大電網(wǎng)多能互補(bǔ)目標(biāo)主要關(guān)注：1、電源結(jié)構(gòu)好，可再生能源發(fā)電裝機(jī)占青海電網(wǎng)總裝機(jī)容量90%以上。2、發(fā)電可靠性高，LOLE低于5h/年。3、新能源消納能力強(qiáng)，棄電率指標(biāo)小于5%。4、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好，2020年不考慮單純儲能電源。5、網(wǎng)源協(xié)調(diào)好，滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及直流滿容量送電需要。
生產(chǎn)模擬程序，在常規(guī)的多能互補(bǔ)系統(tǒng)方案設(shè)計中，我們一般利用生產(chǎn)模擬程序，求解各類具有蓄能性質(zhì)電源，包括抽蓄、光熱、儲能的開停機(jī)計劃、工作位置、儲能和發(fā)電策略，以求更好的減少棄電。
大網(wǎng)多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的電源模型，在生產(chǎn)模擬中，需要關(guān)注系統(tǒng)整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及可靠性。針對各類電源運(yùn)行特點(diǎn)，建立數(shù)學(xué)模型，模擬其響應(yīng)負(fù)荷需求時，每一時刻出力過程。
而小網(wǎng)的多能互補(bǔ)系統(tǒng)則多是站在投資者的角度，需要以項目盈利為主要目的，在滿足國家對能源結(jié)構(gòu)、能源效率、棄電率、排放標(biāo)準(zhǔn)的要求下，系統(tǒng)方案設(shè)計以實現(xiàn)最大效益為目標(biāo)，同時需要采用財務(wù)評價方法計算項目的經(jīng)濟(jì)可行性。
四、魯能海西州多能互補(bǔ)工程介紹。最后分享一個單體的多能互補(bǔ)集成優(yōu)化項目（也是首批示范項目中電源側(cè)最大的一個）的實施經(jīng)驗。項目總裝機(jī)70萬千瓦，其中風(fēng)電40萬千瓦、光伏20萬千瓦、光熱儲能各5萬千瓦，項目位于青海省格爾木，在接入系統(tǒng)方案中將各類型電源匯集至新建330kV匯集站，優(yōu)化控制后最終接到格爾木南變電站。主要調(diào)度模式有：出力調(diào)節(jié)，全網(wǎng)優(yōu)化給出出力指令，項目通過儲能和光熱電站的調(diào)節(jié)能力，響應(yīng)電網(wǎng)的需求；對外通信，將光熱、儲能、風(fēng)電、光伏作為一個電站整體，項目內(nèi)部優(yōu)化，整體預(yù)測出力計劃上報調(diào)度中心，調(diào)度中心命令僅下達(dá)至330kV匯集站；內(nèi)部調(diào)度，330kV匯集站建設(shè)綜合能源管控系統(tǒng)和多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對風(fēng)光熱儲電站的信息實時采集，統(tǒng)一調(diào)度。
在項目規(guī)模分析過程中，主要考慮海西地區(qū)的新能源棄電率達(dá)到8.2%，主要以降低棄電率，多種電源組合后對電網(wǎng)造成的調(diào)峰壓力最小為優(yōu)化目標(biāo)。通過模擬可以看出，通過儲能及光熱調(diào)節(jié)，項目棄電率可降低至5%，如果提高送出容量，棄電比例還可進(jìn)一步降低。
最后簡單兩句話介紹一下我們院，我們是最早獲得國家勘察設(shè)計綜合甲級資質(zhì)的單位之一，近年來也致力于儲能及多能互補(bǔ)集成優(yōu)化領(lǐng)域的系統(tǒng)研究，剛才朱總也介紹過，我們在多能互補(bǔ)方面主要開展了以下幾個方面技術(shù)研究工作：多能互補(bǔ)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)與盈利模式研究、多能互補(bǔ)系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的模型與參數(shù)研究、多能互補(bǔ)系統(tǒng)生產(chǎn)模擬優(yōu)化算法與模型優(yōu)化研究、需求側(cè)多能互補(bǔ)典型場景技術(shù)應(yīng)用研究、需求側(cè)供能系統(tǒng)冷熱源技術(shù)應(yīng)用研究、需求側(cè)區(qū)域能源綜合利用效率研究、采用儲熱回收棄電及余熱能量的工藝系統(tǒng)研究、新能源發(fā)電裝置及電儲能裝置構(gòu)成的虛擬電廠研究、風(fēng)光儲多能互補(bǔ)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究、間歇性電源出力特性研究。在儲能領(lǐng)域開展的技術(shù)研究工作主要有：接入新能源區(qū)域電網(wǎng)特性研究報告、局域電網(wǎng)熱網(wǎng)特性研究、區(qū)域電網(wǎng)儲能技術(shù)應(yīng)用研究、局域電網(wǎng)熱網(wǎng)儲能技術(shù)應(yīng)用研究、機(jī)械儲能技術(shù)研究、儲熱、儲冷技術(shù)研究、電池儲能技術(shù)研究、儲氫技術(shù)研究。最后，西北院在技術(shù)水平、地域區(qū)位、工程業(yè)績、渠道資源等方面均具有優(yōu)勢，歡迎業(yè)界朋友洽談合作，共同促進(jìn)儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我的介紹就到這里，謝謝大家！
