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孫驍強(qiáng):保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,太陽(yáng)能熱發(fā)電定位有待重新發(fā)現(xiàn)
日期:2021-07-22   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_mengjinshu 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)引領(lǐng)下,我國(guó)即將迎來(lái)可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用時(shí)代,但面對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電與生俱來(lái)的不穩(wěn)定性,如何保障未來(lái)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行成為關(guān)鍵。

而太陽(yáng)能熱發(fā)電對(duì)電網(wǎng)具有先天的友好性,在構(gòu)建“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的過(guò)程中,或?qū)缪葜匾恼{(diào)節(jié)作用。

從電網(wǎng)的視角,如何看待太陽(yáng)能熱發(fā)電?太陽(yáng)能熱發(fā)電的“友好性”如何體現(xiàn)?電網(wǎng)對(duì)這種新能源的發(fā)展有何期待?帶著這些問(wèn)題,本報(bào)記者專訪了國(guó)家電網(wǎng)有限公司西北分部規(guī)劃部副主任孫驍強(qiáng)。

在孫驍強(qiáng)看來(lái),太陽(yáng)能熱發(fā)電有助于解決高比例可再生能源系統(tǒng)的電力電量供應(yīng)平衡問(wèn)題和電力系統(tǒng)安全問(wèn)題。他表示,目前,電網(wǎng)中火電裝機(jī)占比還比較高,太陽(yáng)能熱發(fā)電裝機(jī)小,其特點(diǎn)還沒(méi)有顯現(xiàn),但在未來(lái),隨著火電的逐漸退出,太陽(yáng)能熱發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的“友好性”將逐漸凸顯。


保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

問(wèn):從替代火電的角度,太陽(yáng)能熱發(fā)電在保障電力電量供應(yīng)、落實(shí)國(guó)家能源安全戰(zhàn)略方面將發(fā)揮什么作用?

答:隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施,我國(guó)火電建設(shè)空間將進(jìn)一步壓縮,新能源裝機(jī)快速提高,但其波動(dòng)性使電力系統(tǒng)不同時(shí)間尺度的電力電量保障難度增大,特別是極端氣候條件下的供應(yīng)難度更大。

太陽(yáng)能熱電站在增加應(yīng)急燃?xì)忮仩t后,出力特性與燃煤火電基本相當(dāng),平穩(wěn)可控,從而實(shí)現(xiàn)全容量替代燃煤火電裝機(jī),還能保證發(fā)電量中絕大部分仍是可再生能源,電力品質(zhì)更優(yōu)。

同時(shí),我國(guó)油氣大量依賴進(jìn)口。太陽(yáng)能熱電站增加應(yīng)急燃?xì)忮仩t后,可以實(shí)現(xiàn)裝機(jī)的杠桿作用,以數(shù)倍裝機(jī)容量替代燃?xì)鈾C(jī)組,相同的天然氣消耗,太陽(yáng)能熱發(fā)電裝機(jī)可以達(dá)到氣電裝機(jī)的4倍。

這對(duì)于擺脫一直以來(lái)我國(guó)油氣對(duì)外的高度依賴,確保國(guó)家能源安全,對(duì)于從高碳能源快速進(jìn)入低碳能源、高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)都具有重要意義。

問(wèn):如何看待太陽(yáng)能熱發(fā)電的調(diào)峰調(diào)節(jié)性能?


答:隨著新能源裝機(jī)的增大,其功率波動(dòng)將進(jìn)一步增大。2019年,國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)新能源日最大功率波動(dòng)達(dá)1.07億千瓦,占其裝機(jī)的31%。

根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)研究,預(yù)估2060年全國(guó)范圍內(nèi)新能源日內(nèi)最大功率波動(dòng)將超過(guò)16億千瓦,超過(guò)當(dāng)年火電、水電、核電等常規(guī)電源總裝機(jī)容量,僅靠常規(guī)電源調(diào)節(jié)難以應(yīng)對(duì)新能源日內(nèi)功率波動(dòng),新能源消納面臨巨大挑戰(zhàn)。

未來(lái)我國(guó)新能源發(fā)展規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,而靈活調(diào)節(jié)電源占比低,電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)節(jié)能力嚴(yán)重不足。太陽(yáng)能熱電站自帶儲(chǔ)能功能,可以做到像氣電一樣的啟停調(diào)峰,連續(xù)發(fā)電的最小出力可以降至20%,優(yōu)于煤電的40%;調(diào)節(jié)速率達(dá)到額定出力的(3%~4%)/分鐘,約是常規(guī)煤電機(jī)組的2倍;汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間僅20分鐘~60分鐘,僅為常規(guī)煤電機(jī)組的1/3~1/4。

作為自帶調(diào)峰的新能源調(diào)節(jié)性能優(yōu)越,可以與光伏、風(fēng)電充分互補(bǔ)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)“以新能源調(diào)節(jié)新能源”,“以新能源促進(jìn)新能源消納”。

問(wèn):在落實(shí)國(guó)家能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略方面,太陽(yáng)能熱發(fā)電有哪些意義?

答:在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下,我國(guó)勢(shì)必將形成高比例新能源電量的電力系統(tǒng),根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè),2060年我國(guó)超過(guò)55%左右的電量來(lái)自新能源發(fā)電。

太陽(yáng)能熱電站本身屬于新能源發(fā)電電源,在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中,通過(guò)優(yōu)化新能源開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu),太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)中建設(shè)一定比例的太陽(yáng)能熱電站,不僅可以減少常規(guī)調(diào)節(jié)電源的配置規(guī)模,還可以有效增加可再生發(fā)電量占比,提高可再生能源電力消納比重,促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。

問(wèn):太陽(yáng)能熱發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)安全的作用主要體現(xiàn)在哪些方面?

答:對(duì)于電力系統(tǒng)安全,太陽(yáng)能熱發(fā)電可以解決3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:頻率安全、電壓安全、功角穩(wěn)定。

在頻率安全方面,太陽(yáng)能熱發(fā)電具有旋轉(zhuǎn)慣量,且調(diào)頻性能優(yōu)良,可確保交流電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性。和光伏、風(fēng)電多為電力電子元件不同,太陽(yáng)能熱電站并網(wǎng)元件為常規(guī)同步機(jī)組,可為系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)慣量,同時(shí)由于其無(wú)燃煤鍋爐,其換熱器效率高,可以參與電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻,性能超過(guò)火電機(jī)組,能迅速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng),維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。

在電壓安全方面,太陽(yáng)能熱發(fā)電作為電壓支撐電源,可有效抑制新能源暫態(tài)過(guò)電壓。太陽(yáng)能熱電站完全是一個(gè)發(fā)新能源的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組,在像光伏、風(fēng)電發(fā)出有功的同時(shí),還可以根據(jù)系統(tǒng)調(diào)壓需要調(diào)節(jié)無(wú)功輸出,同時(shí)作為同步發(fā)電機(jī)電源,可為系統(tǒng)提供短路容量,具備電壓支撐能力,從而有效抑制新能源暫態(tài)過(guò)電壓。

在功角穩(wěn)定方面,太陽(yáng)能熱發(fā)電作為同步發(fā)電機(jī)電源,可提高交流電網(wǎng)功角穩(wěn)定性。太陽(yáng)能熱電站聚合了新能源和傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī),作為同步發(fā)電機(jī)電源具有明顯優(yōu)勢(shì),由于不具有常規(guī)火電鍋爐燃燒環(huán)節(jié),氣門關(guān)停開(kāi)啟方便,調(diào)節(jié)速度更快,可以快速響應(yīng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的大小擾動(dòng),對(duì)于維持新型電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定具有重要意義。

太陽(yáng)能熱發(fā)電定位有待重新發(fā)現(xiàn)

問(wèn):站在電網(wǎng)的角度,對(duì)未來(lái)太陽(yáng)能熱發(fā)電的發(fā)展有何期望?

答:一是成本進(jìn)一步降低。受技術(shù)、融資和電價(jià)政策等多種因素影響,太陽(yáng)能熱電站建設(shè)和發(fā)電成本仍居高不下。而過(guò)去10年光伏和風(fēng)電發(fā)電成本快速下降,目前已基本能夠?qū)崿F(xiàn)平價(jià)上網(wǎng),以鋰離子為代表的儲(chǔ)能電池成本也在迅速降低,而且為解決新能源暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}分布式調(diào)相機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

因此,太陽(yáng)能熱電站的發(fā)展也面臨與“新能源+儲(chǔ)能+調(diào)相機(jī)”的路線競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題,太陽(yáng)能熱發(fā)電成本需要快速下降。

二是太陽(yáng)能熱發(fā)電定位有待重新發(fā)現(xiàn)。“雙碳”目標(biāo)下,新能源消納需要系統(tǒng)思維,太陽(yáng)能熱發(fā)電作為儲(chǔ)熱型調(diào)峰電源,在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)從全局角度出發(fā),以系統(tǒng)最大化消納新能源為目的,合理配置聚光集熱系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng);

同時(shí)未來(lái)以新能源為主的新型電力系統(tǒng)電力保障問(wèn)題更加重要,光熱電站作為穩(wěn)定支撐電源,通過(guò)優(yōu)化配置應(yīng)急燃?xì)忮仩t,可以全容量替代常規(guī)火電,保障極端天氣情況下的電力可靠供應(yīng)。

三是光熱電站涉網(wǎng)性能有待優(yōu)化。目前已經(jīng)投運(yùn)的光熱電站不多,還未有完全參與電網(wǎng)調(diào)峰的實(shí)踐,光熱電站的涉網(wǎng)性能有待進(jìn)一步驗(yàn)證,有必要結(jié)合電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻調(diào)壓等運(yùn)行需求,合理優(yōu)化光熱電站技術(shù)參數(shù),以便大規(guī)模開(kāi)發(fā)后支撐新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

四是“光伏光熱一體化開(kāi)發(fā)”示范意義明顯。隨著光伏技術(shù)不斷進(jìn)步和成本繼續(xù)下降,西北地區(qū)光伏上網(wǎng)電價(jià)將進(jìn)一步降低。因此,光伏和太陽(yáng)能熱發(fā)電一體化開(kāi)發(fā)聚合了低成本的光伏和可完美替代火電的光熱電站,具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),在“雙碳”大背景下,對(duì)促進(jìn)新能源高質(zhì)量開(kāi)發(fā)具有積極的示范意義。

五是我國(guó)西北地區(qū)適宜建設(shè)太陽(yáng)能熱發(fā)電。我們國(guó)家缺油少氣,但新能源資源豐富,而調(diào)節(jié)電源少,就需要發(fā)展具有調(diào)節(jié)能力、支持能力的新能源——太陽(yáng)能熱發(fā)電。我們呼吁要給予太陽(yáng)能熱發(fā)電行業(yè)支持,平價(jià)上網(wǎng)在一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)可以延緩執(zhí)行,可以采取緩降補(bǔ)貼的方式幫助太陽(yáng)能熱發(fā)電,“扶上馬送一程”。

問(wèn):作為風(fēng)、光資源豐富的西北地區(qū)電網(wǎng),國(guó)家電網(wǎng)有限公司西北分部對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電的發(fā)展做了哪些工作?

答:綜合考慮依托資源的新能源出力特性和交流同步電網(wǎng)運(yùn)行特性,光伏、風(fēng)電無(wú)法做到全功能替代火電,而太陽(yáng)能熱發(fā)電同時(shí)具有新能源、儲(chǔ)能和同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),在儲(chǔ)熱調(diào)節(jié)能力、系統(tǒng)頻率調(diào)整、電壓支撐能力等多個(gè)方面具有明顯優(yōu)勢(shì),與天然氣少量融合后可以全容量、全功能、全時(shí)段替代常規(guī)火電,助力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度電力電量雙平衡,可以作為未來(lái)新型電力系統(tǒng)的電源支撐和火電替代方案。

目前,我們正在研究光熱電站對(duì)系統(tǒng)的支撐作用,力求從整體國(guó)民經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),考慮各種技術(shù)路線成本發(fā)展趨勢(shì),通過(guò)對(duì)光熱與新能源+電化學(xué)儲(chǔ)能+調(diào)相機(jī)、新能源+抽蓄等多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,全面梳理光熱在電力電量平衡全過(guò)程和電網(wǎng)運(yùn)行全功能方面的比較優(yōu)勢(shì),為我國(guó)新能源發(fā)展和電網(wǎng)安全運(yùn)行提供參考。 

原標(biāo)題:孫驍強(qiáng):保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,太陽(yáng)能熱發(fā)電定位有待重新發(fā)現(xiàn)
 
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