如何看待光熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的定位與價值?
發(fā)布者:lzx | 來源:CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 9446查看 | 2020-01-15 19:22:08    

CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道:當(dāng)前,我國能源轉(zhuǎn)型深入推進,清潔低碳發(fā)展步伐不斷加快,但隨著新能源裝機規(guī)模和占比的不斷提升,電力系統(tǒng)的安全運行面臨的挑戰(zhàn)越來越大。


如何實現(xiàn)中長期能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo),突破以風(fēng)電、光伏為主的新能源的大規(guī)模并網(wǎng)瓶頸,成為當(dāng)下必須破解的現(xiàn)實課題。


作為集儲能與發(fā)電于一身的可再生能源發(fā)電方式,在新的能源大環(huán)境下,光熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的地位需要被重新審視。


光熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的定位


中國電力科學(xué)研究院新能源研究中心主任、教授級高工王偉勝認為,太陽能熱發(fā)電是優(yōu)質(zhì)電源,其功率調(diào)節(jié)和電壓支撐能力,對構(gòu)建新能源電力系統(tǒng)至關(guān)重要,需要科學(xué)論證其在可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略中的地位。


國網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計研究所所長李瓊慧強調(diào),一方面,與其他波動性發(fā)電相比,太陽能熱發(fā)電最大優(yōu)勢是能夠配備儲熱裝置,通過與儲熱系統(tǒng)聯(lián)合運行,顯著平滑發(fā)電出力,減小出力波動,同時提高系統(tǒng)運行靈活性;另一方面,光熱發(fā)電能夠彌補風(fēng)電、光伏發(fā)電的波動特性,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及消納波動電源的能力。


據(jù)王偉勝介紹,中國電科院開發(fā)了新能源生產(chǎn)模擬系統(tǒng)(REPS),融入光熱運行模型,能夠開展含光熱、光伏、風(fēng)電、儲能等多類型電源的生產(chǎn)模擬研究。通過不同模式下的仿真分析,可以看到光熱發(fā)電對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用。


首先,同等容量300MW的光熱發(fā)電和光伏發(fā)電相比較,光熱的同步發(fā)電機能夠?qū)ο到y(tǒng)電壓控制提供支撐能力,對系統(tǒng)暫態(tài)壓升起到一定抑制作用。


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其次,在300MW風(fēng)電場增加了150MW光熱發(fā)電后,光熱的同步發(fā)電機在直流換相失敗故障下,能夠快速提供暫態(tài)無功支撐,對風(fēng)電場的暫態(tài)過電壓起到一定抑制作用。


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最后,在短路比為2、存在振蕩現(xiàn)象的300MW風(fēng)電場,接入150MW的光熱發(fā)電,可將風(fēng)電場短路比提升1.5倍左右,次/超同步振蕩問題得以消除。


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李瓊慧提及,根據(jù)國外相關(guān)研究,美國國家可再生能源實驗室以加州可再生能源配額為32%的系統(tǒng)構(gòu)成為基礎(chǔ),通過設(shè)立以下4種場景新增發(fā)電容量,滿足加州1%的負荷需求,從而分析可再生能源配額達到33%情況下,通過模型量化和場景對比,分析太陽能熱發(fā)電的電力系統(tǒng)價值。


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表:NREL光熱發(fā)電系統(tǒng)價值分析結(jié)果


從移峰填谷來看,含儲熱的光熱發(fā)電系統(tǒng)的能量價值比常規(guī)電源高$6/MWh,比光伏發(fā)電高$12/MWh。如果允許提供備用容量,則含儲熱的光熱發(fā)電的系統(tǒng)價值將增加$17/MWh。綜合來看,光熱發(fā)電的運行和容量價值為$80/MWh~$135/MWh。


光熱電站作為靈活調(diào)節(jié)電源的可行性


浙江中控太陽能技術(shù)有限公司總裁徐能表示,現(xiàn)階段,與光伏和風(fēng)電一樣,光熱電站可以盡可能在白天多發(fā)電(仍是一種電量補充),利用儲能在晚高峰繼續(xù)發(fā)電,有別于光伏成為穩(wěn)定可控電源。


下階段,光熱發(fā)電可以發(fā)揮儲能優(yōu)勢,成為清潔的靈活調(diào)節(jié)電源,具體表現(xiàn)為:


與光伏、風(fēng)電混合發(fā)電,取代部分火電和天然氣調(diào)峰電源,可逐步實現(xiàn)按照調(diào)峰電價平價上網(wǎng)——在高比例清潔電源背景下,通過光熱電站機組的出力調(diào)節(jié),滿足電力系統(tǒng)負荷需求。


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表:光伏、風(fēng)電、光熱的出力特征


未來,作為理想的基荷電源和調(diào)峰電源,光熱可以取代火電,尤其是取代與光伏和風(fēng)電配套建設(shè)的火電,推動實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型及太陽能資源高效利用,替代煤電成為電力系統(tǒng)壓艙石。


光熱發(fā)電助力高比例可再生能源外送


電力規(guī)劃設(shè)計總院原副院長孫銳指出,在我國光資源、土地資源比較豐富的西部地區(qū),已投運和規(guī)劃建設(shè)多個特高壓電力外送通道,在這些地區(qū)有序建設(shè)太陽能發(fā)電基地,并利用這些電力外送通道可實現(xiàn)更高比例可再生能源輸送。


以新疆哈密送電到江蘇±800kV輸電通道為例,設(shè)計輸電功率800萬千瓦,為保證受電地區(qū)的供電可靠性,電源配置原則為可靠電源功率不低于600萬千瓦,年輸電量約440億千瓦時,分4種不同的電源配置方案(見下表)。


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通過比較4種方案中可以看出,在目前的輸電模式下(第一種方案),新能源的電量占比約為44%。煤電在沒有CCS的情況下,發(fā)電成本是最低的,有了CCS以后成本大幅上升(注:上述成本預(yù)算是到按照2030年,包括光熱電價、光伏和蓄電池儲能電價都在下降的結(jié)果來計算)。


總體而言,采用煤電+風(fēng)電+光伏的電源配置方案,輸送新能源電力的比重難以繼續(xù)提高;增設(shè)光熱發(fā)電裝機以后,相比光伏+儲能的配置方案,其在輸電的可靠性和經(jīng)濟性上更好;若采用光熱發(fā)電替代全部的燃煤機組,則可實現(xiàn)100%的新能源電力輸送,其經(jīng)濟性是最好的。


光熱電站作為靈活調(diào)節(jié)電源的經(jīng)濟性


多能互補是提高可再生能源消納能力的重要手段。其中,最典型案例是國家首批多能互補示范工程之一的魯能海西700MW風(fēng)光熱儲多能互補集成優(yōu)化示范工程。


該工程中光熱調(diào)峰前度電成本為1.1307元/kWh,調(diào)峰后度電成本降低約0.0453元/kWh,為1.0854元/kWh,低于目前國家首批光熱電站上網(wǎng)電價。


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表:該工程中光熱電站調(diào)峰前后度電成本變化示意圖


由此可見,光熱電站參與調(diào)峰不僅可顯著減少棄風(fēng)棄光電量,而且可創(chuàng)造良好收益,為建立輔助服務(wù)市場為光熱調(diào)峰提供一定補貼政策提供了一種參考模式,同時也提高了光熱機組參與調(diào)峰的積極性和主動性。


徐能也表達了類似的觀點。以2025年我國西北部某省綜合能源基地光熱調(diào)峰電站為例,通過特高壓直流輸電通道,將光熱發(fā)電與煤電、風(fēng)電、光伏發(fā)電打捆外送到東部某省份。


在此條件下,光熱發(fā)電利用儲能提高高峰時段發(fā)電量比例,減少低谷時段的發(fā)電量比例,為風(fēng)電和光伏讓路,同時保證風(fēng)電、光伏、火電、輸配電、售電側(cè)價格水平不變。


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他進一步表示,傳統(tǒng)概念的調(diào)峰光熱電站因調(diào)峰需求導(dǎo)致棄光,發(fā)電量減少,較多影響經(jīng)濟性。為適應(yīng)新的調(diào)峰需求,在對光熱電站系統(tǒng)設(shè)計進行調(diào)整后,用于調(diào)峰的光熱電站經(jīng)濟性受調(diào)峰影響較小。


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根據(jù)方案2,光熱機組在低谷、平段、高峰的上網(wǎng)電價和發(fā)電量計算加權(quán)平均上網(wǎng)電價為0.773元/kWh,大于10%內(nèi)部收益率對應(yīng)上網(wǎng)電價0.760元/kWh。從表格中看出,通過系統(tǒng)優(yōu)化,調(diào)峰對于光熱電站經(jīng)濟性沒有大的障礙。

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