研究 | 可再生能源如何与清洁供热协同发展?
发布者:admin | 来源::温度新媒 | 0评论 | 7236查看 | 2021-07-16 17:54:11    

导语:“碳达峰”“碳中和”的背景下,中国风、光等可再生能源发电并网规模持续高速增长,通过热电协同技术和机制,一方面可以有效地提升可再生能源消纳空间,另外一方面也为可再生能源供热提供了更加灵活的技术形式,为整个电力系统提供更高的灵活性和可靠性。


中国北方许多地区风光资源丰富,“三北”(西北、东北、华北)地区风电和光伏发电装机增长迅猛,但是也面临着本地消纳能力不足、风光波动性影响电网安全运行的问题,同时风光电力外送也受到省间壁垒、外送通道容量、通道刚性运行要求的约束,弃风弃光的现象比较严重。


尤其是在冬季,热电机组调峰能力受限而风电大发的事情,矛盾更加严重。面对冬季雾霾天气等环境因素对人民生活影响,在能源结构调整的背景下,中国北方地区冬季供暖面临着调整热源结构和保障供热民生的双重压力。


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北欧提出的第四代区域供热理念,构建清洁的分布式智能能源网。从热源结构上,充分利用可再生能源,完全摒弃化石燃料;从用户角度,其分布式可再生能源系统产生的能源可以并入区域供热网,从热力公司向用户的单向供热转为根据用户需求的双向互动选择;采用低温区域供热系统,供水温度在50~60℃,以提高能源效率和灵活性。


热电联产、热泵技术、电锅炉、储热、需求侧响应等热电协同技术是其重要组成部分。相较于热力,电力具有传输距离长、损耗小的优势,但是也有瞬时平衡、不宜储存的缺点。将电力系统和热力系统相融合、热电系统联动,可以综合二者优势,实现能源系统的资源优化配置。


热电协同可以帮助热力系统改善热源结构,降低化石能源在热源结构中的比例,同时也可以提高区域能源互联网中本地电力消纳水平,在冬季供暖期为电力系统提供更多的灵活性设备,有效提高可再生能源利用比例。


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|集中式供热|


在集中供热系统中,热电联产机组可以作为热电协同的关键性组件,实现2个系统的协调运行。通过在热电联产机组的产热回路中加入热泵、储水罐等设备,调节热电联产机组在保证其高效工况下产热量和电量比例调节的灵活性,以实现热电联产机组在电力系统中的调峰容量不受供热干扰,同时不影响整个机组的能量转换效率和机组设备的运行寿命。


电力负荷低谷期,电压缩式热泵消耗过剩电,制取低温水与高温水,分别储存在蓄热罐中;而在电负荷高峰期时,释放高温水用于替代部分供热量,减少机组抽汽量,增加高峰发电能力。通过这些手段电厂发电调节范围可增至50%~90%,同时可以更好地回收电厂余热。


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|分布式供热|


在一些热力用户相对分散的地区,集中供热的管路热损耗大、供热效果不好,通过分散供热,可以有效地减少小型采暖锅炉的应用,控制空气污染。


通过各种类型的热泵技术替代小型采暖锅炉,一方面增加了本地电力需求,可在供热领域消纳更多的可再生能源电力(风电、光伏);另一方面,以分布式热泵作为热电协同的关键性组件,结合分布式储热或储能设备,可以帮助分布式光伏和分散式风电更好地实现小范围的能源利用平衡。


通过在北方地区试验,低温空气源热泵等热泵技术单位面积采暖电耗为18~40kWh/m2,与其他化石能源供热相比,成本相对较高。但考虑大气污染控制、散煤替代等方面的制约因素日益提高,浅层地温能热泵技术、空气源热泵技术已成为北方地区农村清洁供暖的重要技术手段。


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储热式电锅炉将用电低谷时段的电力转换为热力,能有效增加低谷时段的电力消纳能力,缓解电力系统中可再生能源比例不断上升带来的挑战。在弃风严重的“三北”地区,电锅炉供热的应用规模都在不断增加,相关的政策机制也在探索中。


张家口市探索建立了“政府、电网、发电企业、用户”的四方协作机制,通过政府补贴、降低电网输配电价和利用用电低谷时段供暖的方式,实现用户供暖电价为0.15元/kWh左右,2017年底前实现500万m2的电供暖。


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|热电协同项目|


2022年冬季奥运会的举办地崇礼,为实现“绿色低碳奥运”的目标,通过热电协同的理念,建立以清洁低碳可再生能源为基础的电力和热力系统。


规划以比赛场馆附近的风电和光伏发电作为奥运场馆和奥运村的主供电源,依托冀北电网,实现高比例可再生能源的电力利用,满足区域电力负荷;依托热泵等技术将可再生能源电力转化为热力,同时利用太阳能、地热等可再生能源供热技术,实现高比例可再生能源的热力利用,满足同等容量的热力负荷;在热电协同系统中,电池储能站、蓄热锅炉和电动汽车充放电系统等灵活性技术,将对平衡电力和热力需求起到重要的支撑作用。


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目前,大部分热电协同技术的经济性较差,一方面需要政府出台相应的激励机制和补贴政策,鼓励可再生能源对燃煤的替代;另一方面需要通过完善市场机制,在市场交易中能够体现热电协同技术所带来的系统灵活性的价值。


注:本文节选论文《浅析可再生能源供热与区域热电协同》,作者韩雪、胡润青,来自国家发展和改革委员会能源研究所。

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