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發揮光熱發電優勢 以新能源促進新能源消納——訪國家電網有限公司西北分部規劃部副主任孫驍強
來源:中國電力網 | 作者:綜電科技網 | 發布時間: 2021-08-05 | 398 次瀏覽 | 分享到:
在碳達峰、碳中和目標引領下,我國即將迎來可再生能源大規模開發利用時代,但面對風電、光伏發電與生俱來的不穩定性,如何保障未來電力系統安全穩定運行成為關鍵。而太陽能熱發電對電網具有先天的友好性,在構建“以新能源為主體的新型電力系統”的過程中,或將扮演重要的調節作用。
從電網的視角,如何看待太陽能熱發電?太陽能熱發電的“友好性”如何體現?電網對這種新能源的發展有何期待?帶著這些問題,本報記者專訪了國家電網有限公司西北分部規劃部副主任孫驍強。



在孫驍強看來,太陽能熱發電有助于解決高比例可再生能源系統的電力電量供應平衡問題和電力系統安全問題。他表示,目前,電網中火電裝機占比還比較高,太陽能熱發電裝機小,其特點還沒有顯現,但在未來,隨著火電的逐漸退出,太陽能熱發電對電力系統的“友好性”將逐漸凸顯。


保障新型電力系統安全穩定運行


問:從替代火電的角度,太陽能熱發電在保障電力電量供應、落實國家能源安全戰略方面將發揮什么作用?


答:隨著國家“雙碳”戰略的實施,我國火電建設空間將進一步壓縮,新能源裝機快速提高,但其波動性使電力系統不同時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難度更大。太陽能熱電站在增加應急燃氣鍋爐后,出力特性與燃煤火電基本相當,平穩可控,從而實現全容量替代燃煤火電裝機,還能保證發電量中絕大部分仍是可再生能源,電力品質更優。


同時,我國油氣大量依賴進口。太陽能熱電站增加應急燃氣鍋爐后,可以實現裝機的杠桿作用,以數倍裝機容量替代燃氣機組,相同的天然氣消耗,太陽能熱發電裝機可以達到氣電裝機的4倍。這對于擺脫一直以來我國油氣對外的高度依賴,確保國家能源安全,對于從高碳能源快速進入低碳能源、高質量實現碳達峰目標都具有重要意義。


問:如何看待太陽能熱發電的調峰調節性能?


答:隨著新能源裝機的增大,其功率波動將進一步增大。2019年,國家電網公司經營區新能源日最大功率波動達1.07億千瓦,占其裝機的31%。根據相關機構研究,預估2060年全國范圍內新能源日內最大功率波動將超過16億千瓦,超過當年火電、水電、核電等常規電源總裝機容量,僅靠常規電源調節難以應對新能源日內功率波動,新能源消納面臨巨大挑戰。


未來我國新能源發展規模持續擴大,而靈活調節電源占比低,電力系統調峰調節能力嚴重不足。太陽能熱電站自帶儲能功能,可以做到像氣電一樣的啟停調峰,連續發電的最小出力可以降至20%,優于煤電的40%;調節速率達到額定出力的(3%~4%)/分鐘,約是常規煤電機組的2倍;汽輪機的啟動時間僅20分鐘~60分鐘,僅為常規煤電機組的1/3~1/4。作為自帶調峰的新能源調節性能優越,可以與光伏、風電充分互補運行,實現“以新能源調節新能源”,“以新能源促進新能源消納”。


問:在落實國家能源轉型戰略方面,太陽能熱發電有哪些意義?


答:在“雙碳”目標引領下,我國勢必將形成高比例新能源電量的電力系統,根據相關預測,2060年我國超過55%左右的電量來自新能源發電。太陽能熱電站本身屬于新能源發電電源,在能源轉型的過程中,通過優化新能源開發結構,太陽能發電裝機中建設一定比例的太陽能熱電站,不僅可以減少常規調節電源的配置規模,還可以有效增加可再生發電量占比,提高可再生能源電力消納比重,促進能源結構綠色轉型發展。


問:太陽能熱發電對電力系統安全的作用主要體現在哪些方面?


答:對于電力系統安全,太陽能熱發電可以解決3個關鍵問題:頻率安全、電壓安全、功角穩定。


在頻率安全方面,太陽能熱發電具有旋轉慣量,且調頻性能優良,可確保交流電網頻率穩定性。和光伏、風電多為電力電子元件不同,太陽能熱電站并網元件為常規同步機組,可為系統提供旋轉慣量,同時由于其無燃煤鍋爐,其換熱器效率高,可以參與電網一次調頻和二次調頻,性能超過火電機組,能迅速響應電網負荷波動,維持電網頻率穩定。


在電壓安全方面,太陽能熱發電作為電壓支撐電源,可有效抑制新能源暫態過電壓。太陽能熱電站完全是一個發新能源的傳統發電機組,在像光伏、風電發出有功的同時,還可以根據系統調壓需要調節無功輸出,同時作為同步發電機電源,可為系統提供短路容量,具備電壓支撐能力,從而有效抑制新能源暫態過電壓。


在功角穩定方面,太陽能熱發電作為同步發電機電源,可提高交流電網功角穩定性。太陽能熱電站聚合了新能源和傳統汽輪發電機,作為同步發電機電源具有明顯優勢,由于不具有常規火電鍋爐燃燒環節,氣門關停開啟方便,調節速度更快,可以快速響應系統中出現的大小擾動,對于維持新型電力系統的功角穩定具有重要意義。


太陽能熱發電定位有待重新發現


問:站在電網的角度,對未來太陽能熱發電的發展有何期望?


答:一是成本進一步降低。受技術、融資和電價政策等多種因素影響,太陽能熱電站建設和發電成本仍居高不下。而過去10年光伏和風電發電成本快速下降,目前已基本能夠實現平價上網,以鋰離子為代表的儲能電池成本也在迅速降低,而且為解決新能源暫態過電壓問題分布式調相機應運而生。因此,太陽能熱電站的發展也面臨與“新能源+儲能+調相機”的路線競爭問題,太陽能熱發電成本需要快速下降。


二是太陽能熱發電定位有待重新發現?!半p碳”目標下,新能源消納需要系統思維,太陽能熱發電作為儲熱型調峰電源,在設計之初就應從全局角度出發,以系統最大化消納新能源為目的,合理配置聚光集熱系統和儲熱系統;同時未來以新能源為主的新型電力系統電力保障問題更加重要,光熱電站作為穩定支撐電源,通過優化配置應急燃氣鍋爐,可以全容量替代常規火電,保障極端天氣情況下的電力可靠供應。


三是光熱電站涉網性能有待優化。目前已經投運的光熱電站不多,還未有完全參與電網調峰的實踐,光熱電站的涉網性能有待進一步驗證,有必要結合電網調峰調頻調壓等運行需求,合理優化光熱電站技術參數,以便大規模開發后支撐新型電力系統安全穩定運行。


四是“光伏光熱一體化開發”示范意義明顯。隨著光伏技術不斷進步和成本繼續下降,西北地區光伏上網電價將進一步降低。因此,光伏和太陽能熱發電一體化開發聚合了低成本的光伏和可完美替代火電的光熱電站,具有一定的技術經濟優勢,在“雙碳”大背景下,對促進新能源高質量開發具有積極的示范意義。


五是我國西北地區適宜建設太陽能熱發電。我們國家缺油少氣,但新能源資源豐富,而調節電源少,就需要發展具有調節能力、支持能力的新能源——太陽能熱發電。我們呼吁要給予太陽能熱發電行業支持,平價上網在一個新興產業可以延緩執行,可以采取緩降補貼的方式幫助太陽能熱發電,“扶上馬送一程”。


問:作為風、光資源豐富的西北地區電網,國家電網有限公司西北分部對太陽能熱發電的發展做了哪些工作?


答:綜合考慮依托資源的新能源出力特性和交流同步電網運行特性,光伏、風電無法做到全功能替代火電,而太陽能熱發電同時具有新能源、儲能和同步發電機的優點,在儲熱調節能力、系統頻率調整、電壓支撐能力等多個方面具有明顯優勢,與天然氣少量融合后可以全容量、全功能、全時段替代常規火電,助力系統實現不同時間尺度電力電量雙平衡,可以作為未來新型電力系統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系統的支撐作用,力求從整體國民經濟角度出發,考慮各種技術路線成本發展趨勢,通過對光熱與新能源+電化學儲能+調相機、新能源+抽蓄等多方案技術經濟比較,全面梳理光熱在電力電量平衡全過程和電網運行全功能方面的比較優勢,為我國新能源發展和電網安全運行提供參考。


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