赵俊屹:调节型和稳定型光热发电技术路线探讨
发布者:Catherine | 0评论 | 1198查看 | 2024-06-13 18:02:08    

4月25日,2024第十一届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会在内蒙古呼和浩特盛大召开,国网山西省电力公司教授级高级工程师、中国电机工程学会太阳能热发电专委会委员、全国光热发电标准化委员会委员赵俊屹出席会议并作主题报告《调节型和稳定型光热发电技术路线探讨》。


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图:赵俊屹


以下为演讲内容。


谢谢!很高兴一年一度我们又在此相会。我们的共同使命就是促进能源转型过程中新技术、新应用的诞生。电力是我们每个人和行行业业共同的能源基础,只要把电力系统的问题解决好,那么整个能源转型才会成功,所以我们相聚于此,共同探讨光热发电技术和应用。我是来自国网公司电力系统运行技术管理的、光热产业体系以外的一个光热人,我从电力系统的角度来谈谈光热发展。


前面听了几位专家的讲座,我很有同感,也深受启发。刚才齐总讲的“光热+”的技术,我想二氧化碳热泵如果应用成熟,也将是一种增加光热机组成套设备应用率,提高性能,同时也降低成本的有效途径。我今天也是在这方面做个探讨,但是技术路线与之有所差异。


前言


前言部分很简单,主要涉及目前面临的形势以及国家政策。


2024年2月7日,国家发改委与能源局联合发布《关于建立健全电力辅助服务市场价格机制的通知》(发改价格〔2024〕196号)明确电力辅助服务市场是电力市场体系的重要组成部分。


近年来,各地推进电力辅助服务市场建设,建立调峰、调频、备用等辅助服务市场机制,对保障电能质量和电力系统安全稳定运行、促进新能源消纳发挥了积极作用。我们的电力市场里有能量市场,也有辅助服务市场,当然还有一些绿证等其他市场,这些应用整体构成了电力市场体系的构架。


《2024年能源工作指导意见》提到,做好全国光热发电规划布局,持续推动光热发电规模化发展。这是政策上给予光热发电的态度,或者说是对光热发电的认可,虽然现在暂时还未能见到实质的指标和措施,但方向和目标已很明确。


新能源蓬勃发展,新型电力系统逐步构建


目前,我们面临着两个新型电力系统的核心问题,一个是风电光伏总装机规模很大,但成为“主力能源”时,终究难以成为“主力电源”;另外一个是新型电力系统尚未找到更合适的能支撑系统稳定和质量稳定的主力电源。


目前,以风电光伏为主的新能源正在蓬勃发展,增速迅猛,规模日增。这场能源革命深层次改变了电力系统。最开始只是电源的转变,后来经过不断的发展,从内在机理到组织方式再到社会化的分工都发生了深刻的变化。


新型电力系统正在构建,新挑战新发展成为常态,风险和机遇并存。技术、工艺、装备、模式、场景推陈出新,日新月异。分布式、分散式电源、新型储能、多元融合一体化的虚拟概念,数智化革新、网络安全都在构成新的热点,一再改写电力系统的传统生态和生存模式,在这方面我们要有充分的思想认识和长远的打算。


不论是今年的两会还是政府的工作报告,都提到了新能源的快速发展,也提到了储能的市场化应用,我们面临的竞争力越来越强了。1、2月份的全国能源电力信息统计显示,风电光伏的总装机容量已经突破了10个亿,今年底如果突破13个亿的话,将提前完成第一个双碳目标,发展速度之快,令我们所有电力行业人都瞠目结舌。


我国新能源规模发展尤以内蒙和西北为最,内蒙古目前已经成为全国首个新能源装机容量破亿的大省,西蒙和东蒙两个电网装机也都突破了5000万,已经实现了破亿的概念。由于风电装机容量很大,有个说法是风电或将成为主力电源。但装机容量并不代表生产能力,装机容量指标、运行功率指标、电能量指标,这三个指标才共同组成了电能量的总体量,因此我们电力人认为风电距离成为主力能源还需要一段时间。而我们所谓的主力电源的概念是什么呢?不但要有能量的量的概念,还要有质的内涵,不但要保质保量的供应,而且要保证系统的稳定支撑。


在传统惯量机组和燃煤火电退无可退之时,由谁来接力?新型电力系统正在构建,新发展工艺、技术、装备的发展是创新的一方面,吴局长上午提到,除了装备技术的革命以外,我们的机制和体制革命是最后一步,供给方式的革命也是中间的一个环节。因此,在装备技术进步的同时,供应模式的转变也是值得大家去警醒或关注的。


在新能源的发展过程中,我们面临许多新的问题,我们解决了电压支撑的问题,也解决了消纳的问题,现在惯量和频率的问题相继出现。在跨区的输送过程中出现了大电网弱连接,这其中尤以西北为甚,跨度极大且电源极为分散。此外,新能源大基地弱支撑问题,现在的大基地迫不得已配火电,本身也是一种权宜之计,暗含了光热是下一步支撑电源。然而,大功率弱储备、大容量弱稳定的问题相继出现,这就是当下电力系统所面临的问题。


在这些问题的裹挟下,我们亟需找到一种保证质量的同时又能够提供稳定支撑的电源。从技术可靠性和安全性,还有社会的、生态的视角,以及社会化的分工来说,我们认为光热很适合,但光热存在一个经济性的问题。


光热是最具替代性的新型发电技术和工艺


光热发电因其物理生产全过程的安全可靠、绿色清洁可持续、无污染少公害、同步惯量技术、超调节很稳定等特质属性,确定了它是最具替代性的新型发电技术工艺。


不建议把光热和光伏相提并论。光热本身就是非常优质的调节资源,更是优质的清洁能源,但以前为了讨电价,与光伏风电比较,搞的光热为保证优先发电而丢失了很多自己的本质优势特性。在西北的调度这里,我跟他们讲过几回,他们也挺委屈的,在首批示范政策下,要保障光热投资收益,迫不得已只能这么发,不参加调峰,因为当时建的时候确实没有考虑到储备和调节。


除了不要和光伏比,也不要去和储能比。


现在广义的储能都可以叫储能,但真正的电力储能是在三四年前一再更名,一再准确定义的,即输入电力和输出电力,既是电力用户也是电力的生产者。今天我们说的光热不是电力储能,是把热、光电解耦中间的热量存储出来,有调节性,但不一定是电力储能,电力储能要储电,最后还要释放电。光热发电本质是发电技术和工艺,且具有良好调节性的发电系统


还有不要攀比抽水蓄能。当时的社会环境是配合特高压直流大系统的安全稳定,就像消防车的救援队一样,不配不行,配了尽量不用,社会才稳定,早起的储蓄电站是为保证系统安全稳定的重要措施手段,这个费用整个电力系统分摊的。而当下的光热也罢,新型储能也罢,都是商业化运营的工艺技术,不可相提并论。


我们当前大力提倡的构网型储能,让我们认识到了“光热+”技术的重要性和必要性,在光热发电系统基础上,适度增加储热容量,在配置“电热”工艺,就组建了一个真正光热发电和电力储能的新系统。一定要注意一点,不管是峰段还是谷段,电力储能启动阶段的一定是电力系统超级盈余电力时,一定是风光大发消纳十分困难时段,也未必是用电负荷最小的时段,这个时候光热电站具备了电力储能的特性,所以我们现在提出配置电热的光热系统,以降低光热电站整体投资压力、同时提高机组的整体利用率,避免或减少光资源导致的启停机调峰,进而提高机组安全稳定性能和经济性指标。


“光热+电热”成为新发展技术路线


鉴于以风电光伏为主的新能源快速规模化的发展现状和电加热熔融盐储热技术的出现,在原有光热发电系统中配置部分电加热熔融盐辅助系统真正意义上构成了发电加新型储能的一体化工艺技术。


电热有电极式加热、电磁式加热、电阻式加热,这些在一定的创新工艺基础上都可以实现。熔盐已经被证明是一种非常安全可靠的技术,尤其无公害。这种方案可以解决缺电时发的问题,也能解决盈余电力的消纳问题,这是于人于己于公于私都有利的事,其全生命周期是安全可靠可持续的,这种方式是目前看到的在成熟技术中可以推崇的一个。此方式的短板是与光伏、光热同宗同源,同时性过高,需要较大提高储热能力。


下面是怎么配的问题。我有幸搞过发电,也搞过电网的调度,搞过并网侧的电源管理。上一轮电力市场我们是建设者,是设计者,也是直接参与者。我们对国网电力储能配置的规划研究做了一些工作,我现在把决定配比技术经济性的几个要素分享给大家。


第一是要资源,包括光照资源和土地资源。


第二是新能源汇集区域电网的联络强度,稳定支撑电源容量。。


第三是区域或省域电网系统接入光伏、风电等间歇性、波动性电源容量。总容量占比、电网里自身消纳的比例、系统电网中总发电容量的比较,这是要关注的。新能源汇集的地方,新能源高占比的区域电网会更好,出现集中强光强风的概率很高,生存条件会更好。拿西蒙来说,新能源装机5000多万,其火电装机也是5000多万,而省内的用电负荷才3600万,风光的装机容量超过5000万,如果风光发电同时率达到60%,就是3000万,这个3000万如果放在电网中,日内波动可能会达到2000万以上,大家可想而知,电力系统的实时平衡难度有多大。另一方面,如果不考虑外送电源和大电网联络,省内常规机组剩下不足1000万的水平,给省网内的惯量支撑和同步性将带来极大威胁。内蒙网和西北网与全国主网,三华同步大电网的连接通过特高压交直流混连联络运行,安全稳定的问题会很突出,所以在内蒙和西北新能源聚集的地方特别需要光热机组的支撑。


第四个,省级电网内灵活性调节资源、风电光伏消纳能力。内蒙、西蒙新能源的消纳率在全国排名靠后,新能源利用率在90%上下,个别月甚至不到90%,亟需在消纳新能源的道路上增加一些调节的手段。


第五是省级电力市场现货交易和辅助服务交易成熟度,跨省区域现货市场成熟度。现货解决调峰和实时平衡的问题。但我们还有辅助服务市场,解决频率和稳定支撑等问题。光热可以在这两个市场同时起到有力支撑,辅助服务市场里获得一部分回报收益是完全现实的。


基于现在新能源和电力市场发展的趋势,往后的发展会越来越有利于光热加电热的优质调节性并能起到稳定支撑作用的市场成员发挥作用,并取得可观回报。


第六是区域内新型储能共用及共享容量、类型及其运营状况,即配置的有没有储能调节资源。


第七是自身共建模式及规模。回答共建还是私有的问题,也就是独立公共调用还是配建内部调节的问题。上午我们触及了同一个问题,配建的还是公建的,配建的系统,如果不把它定位在公用系统,一定是优先自己内部使用。现在新型电力储能也面临这个问题,原来强配的储能的概念我们已经让它进行改造以后具备统一调度,统一调度和自配自建是两回事,后者我们叫自调度。


不再展开说,告诉大家有这几个方面的主要要关注的要素。不同的市场,甚至于在不同的时期,更严重的时候在不同的季节,这些数据都是有变化的,我们从这些变化的数据中能提取规律性的脉络和我们要坚持的一个本真的技术路线。


“光热+电热”已在建案例分享


以上就是我要给在座的各位分享的内容,下面是一些在建案例的分享:


▍新疆吐鲁番光热+光伏一体化项目工程熔盐电加热器


该项目应用全球首创的电极式大功率熔盐电加热器(45MW),为已招标建设光热电站配置熔盐电加热器功率最大项目。


通过大功率熔盐电加热器,使得电站在接收太阳能光热基础上,还可接收风电、光伏等弃电,储存于电站熔盐储热系统中(每小时可接收45000度电),实现全天候不间断连续运行,减少频繁启停,提高电站顶峰能力。发电的同时,还可为电力系统提供优质的无功源和惯量支撑,助力光热电站从传统集热型、储热型向调峰型转变。


这个项目证明了这种技术路线是可行的,当然是不是最优需要看具体情况。另外,还有唐山的案例,还有中南院工程建设公司的案例,这些都是在“光热+电热”的道路上走在前面的一些实际案例。


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谢谢大家!最后一句话还是要献给在座的所有从业者,光热的发展还是要靠我们自己内部的升级改造或者规模化发展,以及内置动力的力量扭转这个局面,关键还是要提高光热自身性能和效率,克服高成本的问题。


说的不到的地方和不对的地方,敬请大家批评。谢谢大家!


2024第十一届中国国际光热大会暨CSPPLAZA年会4月25-26日在内蒙古呼和浩特香格里拉大酒店盛大召开,大会由CSPPLAZA光热发电平台联合常州龙腾光热科技股份有限公司共同主办,大会主题为“在多变的形势下实现规模化发展”,共有来自海内外约800名代表出席本届大会。

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