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从发电侧谈光热储能对电网调峰的意义
[2017-08-21]
  在近日于甘肃省敦煌市圆满闭幕的第三届中国太阳能热发电大会上,深圳市爱能森科技有限公司总裁李珂作了《光热发电与电网调峰》的大会报告。相关发言内容整理如下:

图:深圳市爱能森科技有限公司总裁李珂作大会报告
  大家好,今天我的报告主要分四部分内容,一是电网调峰与储能,二是新能源发电的特性,三是光热储能对电网调峰的意义,最后是介绍一下爱能森的一个示范项目运行情况。
  一、储能参与电网的调峰调频的作用
  能源革命是大势所趋,发展可再生能源成为必然,可再生能源的固有特性为储能带来了空前的发展机遇。现在电网调峰除了以往面临的负荷的问题以外,最大的挑战是新能源的加入。根据国家能源战略规划,到2030年可再生能源占比将达到50%。
常规电源不仅要跟随负荷变化,还需要平衡新能源的出力波动;新能源最大出力超过常规电源调节范围时,会产生“弃风、弃光”。而传统的调峰技术在有了储热的加入后,会给调峰工作带来新的思路;除了提高电网的适应性和灵活性以外,如果接纳了可再生能源的调节,通过优化后可以提高经济效应。
  我总结了一下,储能参与电网的调峰调频的作用主要有:1、增强电网的调节能力,2、促进可再生能源的消纳,3、改善电能品质,4、提高电力系统稳定性,5、提供系统备用容量,6、改善和提高经济效益。
  目前的储能的方式主要有以下几种:
  根据美国能源部全球储能数据库(DOE Global Energy Storage Data base)2016年统计,全球累计运行的储能项目装机规模167.24GW(共1227个在运项目),其中抽水蓄能161.23GW (316个在运项目)、储热3.05GW(190个在运项目)、其他机械储能1.57GW(49个在运项目)、电化学储能1.38GW(665个在运项目)、储氢0.01GW(7个在运项目)。同时,我们做了一个对比,把储热和储电拿出来看,储热的总装机量达到储电的2.2倍。储热几乎不存在寿命限制和衰减的问题,循环次数问题。因此说,热能储能是继抽水储能后第二大储能技术手段!
  热能储能作为目前的三大储能方式之一,应用最多的是熔盐储热。熔盐储热相对于电池储电,其优势如下图所示:
  此外,熔盐储热还非常清洁环保,在生产使用包括回收过程中都不会如储电那样产生很大的污染。最主要的一点,目前储热与储电相比,整个的成本还是会低一个数量级,所以在全生命周期中,成本上有很大优势。
  二、新能源发电的特性
  7月21日,国家能源局发布数据,我国可再生能源发电装机突破6亿千瓦。其中,风电装机达到1.54亿千瓦、光伏发电装机达到1.02亿千瓦。这么大的新能源发电装机,在送出、消纳问题没有解决之前,肯定会产生比较严重的弃风、弃光现象。下图是去年的一个数据,甘肃、新疆和吉林弃风比例超过30%,最高的是甘肃超过了43%,弃光情况新疆和甘肃达到了30%。
  首先,风力发电由于受自然来风的影响,出力波动性很大,具体体现为较大的日变化率和季节变化率,呈现较强的季节性、间歇性。光伏发电系统的出力受太阳光照的影响非常明显,现有系统不具备有功输出“调度”调节能力,当太阳光强迅速变化时,输出功率也会在较大的范围内快速波动,这就要求系统中有较多的旋转备用容量来快速补偿光伏发电系统出力的波动。而光热电站配置储热系统,因此具有“缓冲”能力,可以大幅度地平滑电力生产,并消除其他太阳能技术在多云天气中的短期变化。
  下图是三座200 兆瓦太阳能发电厂的发电曲线图: PV 发电厂、无储热系统的CSP 发电厂和含4 小时储热的CSP 发电厂,观察PV 发电厂曲线图与无储热系统CSP 发电厂的形状类似,而带储能光热输出的曲线较光伏更加的平滑。
  三、光热储能对电网调峰的意义
  储热型光热电站可接受电网调度,参与系统调峰。带有储热功能的光热电站出力负荷曲线能够满足电网的出力要求。有数据显示:带7.7小时储能的50MW光热电站和不带储能的100MW电站发电量相同,发电更稳定。所以,光热发电储能对电网平稳性输出非常重要,同时也能缓解新能源电力发展过程中的弃风、弃光及限电等问题。
  中国电科院新能源研究中心在甘肃地区做了一个1000万千瓦光伏+200万千瓦光热装机的计算,其中分别考虑了光热电站不同储热时间(2h,4h和10h),三种场景下的弃光率分别为10.17%、7.53%和5.82%。
  在2020年1000万千瓦光伏规划装机的基础上,分别新增200万千瓦光伏和光热装机,两种场景下的弃光率分别为13.02%和10.17%。
  在400万千瓦光伏+200万千瓦光热装机下,配置不同储能时间,2h和10h光热电站时,400万千瓦光伏电站的输出功率图。配10小时储热光热电站时,光伏弃光率明显降低。
  所以,我们要以光热储能系统为核心纽带,构建能源互联网,实现横向多元互补,纵向源—网—荷—储协调。最大限度消纳利用可再生能源,实现整个能源网络的“清洁替代”与“电能替代”。
   四、爱能森内蒙古包头600MW风光热储智能互补综合示范项目
  爱能森曾与内蒙古电力勘测设计院合作,计划在内蒙古包头实施一个600兆瓦的互补发电的综合项目。这个项目位于达茂旗,以200MW带熔融盐储能的太阳能热发电作为调节手段,与100MW光伏发电及300MW风力发电配套建设,补偿风力发电、光伏发电的间歇性和不稳定性,通过智能互补系统实现光热、风力、光伏等新能源联合发电、平稳上网。目前项目可行性研究已经做完。
  根据我们的设计,这个项目可实现不同时间段的负荷输出,进行协调互补。利用光热发电储热系统的调节特性,在6:00~9:00 之间进行负荷调整,输出一定负荷,在太阳能资源较好的12:00 ~1400 点之间,降低一定负荷,通过对光热发电负荷输出时间段的调整,基本可以满足电网负荷变化趋势,从0:00~14:00 ,负荷变化与电网负荷变化趋势一致,从14:00~23:00 点,本项目负荷趋于平稳,在该时间段,本项目考虑带稳定负荷。
  这里面很重要的系统是通过综合通信管理终端,把风机和天气预报等数据取下来,完成短期的功率预测,还有几个小时甚至十几分钟的预测,把预测的结果通过通信终端,上传给中调,从而让调动对整个电厂的畜力情况能够提前预判,达到整个的可调度和可调节。
  因为我今天讲的是发电侧的事 ,储能对于电网的调节,相当多的一部分工作在用户侧,我们用户侧改善的最主要的是负荷特性,我前面做的很多例子都是假定负荷不变的情况下,如果可以改善负荷侧的特性,可以使整个电网的能力大大提高。
  谢谢大家!
(注:本文根据速记资料整理,仅供参考)
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