西北电力设计院新能源开发【fā】分【fèn】公司主任工程师兼设总王莹玉女士主要负【fù】责【zé】可再生能源的开发和执【zhí】行，并【bìng】且主【zhǔ】持【chí】玉【yù】门花海、酒【jiǔ】泉【quán】等地区的【de】光热规划，在光热及多【duō】能互补【bǔ】领域经验非【fēi】常丰富。
在此前【qián】召开的CSP Focus光热【rè】发【fā】电【diàn】创新大会上，王【wáng】总【zǒng】发表了题【tí】为“基于【yú】太阳能光【guāng】热发电的多能互补方式探讨”的专题报告【gào】，以下为具【jù】体内容分享：
主要是从【cóng】几个方面来【lái】跟大【dà】家【jiā】分享：一是为什【shí】么【me】要建多【duō】能互补这样的一个项目，由【yóu】什么来决定【dìng】的，多能互补系统【tǒng】到底【dǐ】包含了什么?意义【yì】在哪里【lǐ】?光热电站【zhàn】在【zài】这个系统里面主要起【qǐ】哪些作用?第二是多能互【hù】补【bǔ】系统的含义。三是光热电站在【zài】多能互补系【xì】统中的作用。
第一，为什么要建多能互补项目?
首先【xiān】由国家能源结构的调整、化石能源的不可持续性决定的，我【wǒ】们国家化石能源占比比较高，化石能源【yuán】我们知道【dào】它是不可持续的【de】、不【bú】可再【zài】生的，它在一次【cì】能源消费中的占【zhàn】比决定了我们【men】国家能源【yuán】转型的【de】迫切【qiē】性，也就是说【shuō】提高可再生能源【yuán】比例迫【pò】切性。同时在化石【shí】能源的【de】占【zhàn】比比较高的情况下，环境问题【tí】比【bǐ】较突【tū】出，所以催【cuī】生我们提【tí】高可再生能【néng】源比【bǐ】例的【de】要【yào】求。
其【qí】次【cì】，我们【men】国家单位GDP的能耗【hào】远没有达【dá】到世界的平均水平，同【tóng】时跟发【fā】达国【guó】家的水平差别比较【jiào】大。我们国家在【zài】巴黎协定里面对将【jiāng】来低【dī】碳、绿色、发展【zhǎn】的政策上要求，所以这就呼吁着我们要【yào】发展【zhǎn】可再生的清洁能源【yuán】。
那么我们国家能源结构发展趋势是什么呢?
我们国【guó】家的非化【huà】石能源根据《能【néng】源【yuán】生产和消费革命战略2016到2030》的战略【luè】里面【miàn】，从我们国家情况看，我【wǒ】们国家【jiā】确定目【mù】标是在2030年非化【huà】石能源【yuán】占【zhàn】一次能源消费比重达到20%。也就是说我们能源结构发展【zhǎn】趋势【shì】就是发【fā】展可再生的【de】清洁【jié】、低碳【tàn】的能源。
这是我们国家截【jié】止【zhǐ】2017年统【tǒng】计出来的新能【néng】源，刚才说【shuō】的【de】是【shì】可再生【shēng】能源里面含【hán】有水【shuǐ】能，统计出来2017年新能源发展累计装机仅【jǐn】仅是风【fēng】电和光【guāng】伏，截止2017年我们【men】国家风电和光伏总装机容量占到全【quán】国电源总装【zhuāng】机17%，尤其是“十三【sān】五”头两年【nián】，也就是2016年【nián】以来的连续两年，我们国【guó】家风电【diàn】和光伏【fú】新增装【zhuāng】机首次超过了火电新【xīn】增装机。
新【xīn】能源【yuán】发【fā】电量占比持续走【zǒu】高，持续走【zǒu】高同时【shí】带来了一个问题，由于我【wǒ】们国【guó】家的电【diàn】力结构70%以煤电为主【zhǔ】，煤电的调峰能力有一定限制，所以带来我们国【guó】家比较严重【chóng】的弃风、弃光的现象。可以看到虽然新能源发电现在装机已经达到了17%，但是新【xīn】能【néng】源在【zài】2017年发电量【liàng】只占总发电量的6.6%，可【kě】以【yǐ】看出【chū】来年利用【yòng】小【xiǎo】时风电和【hé】光伏比较低。
右【yòu】下角这张【zhāng】图是【shì】2017年我【wǒ】们国家电源结构，可【kě】以看【kàn】出来【lái】火电占了62%，依然是比重最大的一种能源形式，水电是19%，风电【diàn】和【hé】光【guāng】伏加在一起是【shì】17%，还【hái】有一些核电，光热装机比较小，可能【néng】不太能够显【xiǎn】出它【tā】的重【chóng】要性。
因为大力发【fā】展【zhǎn】了风电和【hé】光【guāng】伏【fú】以后，同时水电、气电一些【xiē】调峰比较灵活的【de】电源形式容量占比比较小带来了弃风弃光问【wèn】题的严重性，同时造成弃电还有一个重要【yào】的原因【yīn】就是，从这张图【tú】上可以看到我们国家【jiā】的【de】资【zī】源条【tiáo】件【jiàn】，我们【men】可以看得【dé】到绿色部分是【shì】我们国家【jiā】风能、水能和太阳能比较富集的地【dì】区，基本上【shàng】分布【bù】在西部和北部，我们国【guó】家【jiā】的负荷重心是在中东【dōng】部，也就是经济【jì】发【fā】达地区。
新能源【yuán】发展的初期时候【hòu】肯定是在资【zī】源最【zuì】好【hǎo】的地方发展，也就是说在【zài】西北部集约【yuē】型的【de】发展，同时【shí】带来了比较严重的弃风、弃光【guāng】。紧接着进入发展阶段【duàn】的【de】时候重【chóng】心移到了【le】中【zhōng】东部【bù】，进行了分【fèn】布式能源【yuán】的【de】开发。但是因为【wéi】中东部的资源其【qí】实有限，包括风能、水能和太【tài】阳能，所以大【dà】规模的大基【jī】地的新能源风电和【hé】光伏的开发【fā】一定是在我们的西北部地区。
西【xī】北部地区资源丰富，但是负荷又比【bǐ】较【jiào】低，无法就地消纳，所【suǒ】以就造【zào】成了【le】就【jiù】地【dì】消纳不【bú】能够满【mǎn】足【zú】要求就造成了弃【qì】，就【jiù】要外送。由于我们资源与负荷分配【pèi】地【dì】域不均衡【héng】性，造成现【xiàn】在国家的【de】西电东【dōng】送，南电【diàn】北供的电力发展基【jī】本格局【jú】。那么外送电源仅靠风【fēng】电、光伏电源组成，由于他的可调能力【lì】差、仅有电量效应而无【wú】电力效应，不能作为外送通道的支撑电【diàn】源，由此也【yě】就催生出我们【men】要进行【háng】多种【zhǒng】能源互补的外送通道的电源组【zǔ】成【chéng】结构。
我们这些特【tè】高压外送【sòng】通道从青海、甘肃、新疆向中【zhōng】东部地区送电的【de】时候，出【chū】现了一个基荷电【diàn】源【yuán】选择问【wèn】题，常规用煤电【diàn】作为基荷【hé】电源，作为主力电源外送通【tōng】道里面【miàn】。酒湖直流【liú】当时【shí】要新建四台100万的燃煤【méi】机组，网间调【diào】度200万的【de】燃煤机组，这样作为主力电【diàn】源搭载风【fēng】电、光【guāng】伏等可再生能【néng】源外送，就是酒泉的新能源基【jī】地的风电和光伏的外送。因为是2017年去年投运【yùn】，截止【zhǐ】到目【mù】前【qián】为止，这条外送【sòng】通道的设【shè】计【jì】能【néng】力是800万千瓦，截止目【mù】前仅仅能够送到200万千瓦。
这里面有很多问题，一【yī】个【gè】是风【fēng】电机组暂态压升不【bú】能满足现【xiàn】在直流【liú】换向失败【bài】以后【hòu】造成的电压抬升。还有一个问题是河【hé】西【xī】走廊网架瓶颈使送出受限【xiàn】，整个河西地区的网间调度还不是能够支撑酒湖直流送电的可靠性。经过一系列的改造，预计到2020年能达到【dào】400万，也就【jiù】是这个时候依【yī】然不【bú】能【néng】达到【dào】线路送【sòng】出的设计【jì】能【néng】力。还【hái】有【yǒu】一【yī】个原因【yīn】就是【shì】除了刚才我说的【de】那两条原【yuán】因，还有一条是我【wǒ】们现在的煤电的停建和【hé】缓建。四台100万机组，新建的两台，还有缓建的【de】两【liǎng】台，后面缓建【jiàn】的这【zhè】两台还不知道什么时候能建【jiàn】，这时候【hòu】搭【dā】载的主力【lì】电源就会缺失。
光热【rè】电站在这里面【miàn】是否可以起【qǐ】到这样一【yī】个作用，这也是我【wǒ】们讨论不同的能源形式之【zhī】间优势【shì】互【hù】补的【de】一个比较重要的原【yuán】因。
这是我【wǒ】们【men】国家随着可【kě】再生能源的发展出现的一系列的【de】问【wèn】题，我们【men】国家能源局综合司【sī】2016年就【jiù】提出来了一种新型的能源【yuán】开发模式，关【guān】于【yú】申报多【duō】能互补【bǔ】集成优化【huà】示范工【gōng】程的一个通知【zhī】，2017年国家能源局公布首【shǒu】批的【de】多能互【hù】补示范项目，一共有23个项目，其【qí】中有6个项目我们有幸参与了。
第二，多能互补系统的含义。
整个电【diàn】力系统结构决定了我【wǒ】们电【diàn】力【lì】系统一【yī】边有电源，中【zhōng】间有电网，另外【wài】一侧是需求侧【cè】，也就是负荷侧，多能互补【bǔ】因为这样的电力系统【tǒng】结构可以分【fèn】成两【liǎng】种类【lèi】型【xíng】，一【yī】种是在供给侧，供给侧【cè】就是电源【yuán】侧，风、光、水、火、储，各种电源【yuán】形式的多能优势互补。另外一种是终【zhōng】端，在用能侧【cè】，用水【shuǐ】、用电、用气，热电冷【lěng】气等等的一些【xiē】能源【yuán】阶梯化利用，这【zhè】样【yàng】子可以提高我【wǒ】们能源的能耗水平，也就是可以【yǐ】使我们国家的单【dān】位GDP的能耗水平进一步的降【jiàng】低，这【zhè】是【shì】两种【zhǒng】类型的多能互补【bǔ】形式。
说到多能互补的要素，我们知道多能互补【bǔ】有【yǒu】源、有网、有荷，怎么【me】把【bǎ】这些东西【xī】串【chuàn】联【lián】起来，耦合起来，把【bǎ】这些东西集成【chéng】起来那就需要【yào】储，储能是可以【yǐ】把各种电源【yuán】耦【ǒu】合【hé】起【qǐ】来，或【huò】者【zhě】把各种负荷耦合起来【lái】，而且电网侧也可以加一些储能作【zuò】为【wéi】调峰作用的工具。
多能互【hù】补集成系统【tǒng】里面【miàn】技术发展趋势，这里面我说【shuō】的是电源【yuán】侧【cè】，在电【diàn】源侧多能互补技术发展趋【qū】势，主【zhǔ】要是如何来配比各种电源【yuán】类型的容量【liàng】，也就是说风光水火储要进【jìn】行优化，模拟计【jì】算出模【mó】型，这样搭配【pèi】出一【yī】个更合理的、更【gèng】优的多能互补【bǔ】的模型【xíng】。还【hái】有一【yī】个比较重要的【de】，整【zhěng】个多能互补【bǔ】系统里【lǐ】面优化【huà】调度【dù】和控制技术，这是目【mù】前为止我们亟待解决【jué】和发展的一个技术发展方向。
第三，光热电站在多能互补系统中的作用。
今天【tiān】早上【shàng】包括下午一直在【zài】说【shuō】光【guāng】热电【diàn】站的调峰作【zuò】用，光热电站恰【qià】恰是因为它【tā】有了储【chǔ】热系统，具备这【zhè】样的调【diào】峰能力，所以【yǐ】光热发电可以在我们多能互补系统里面起到一个主力电源的身份。
这张图有很多嘉宾都在【zài】分享【xiǎng】，这是我们根据DNI值模拟出来的一【yī】个塔【tǎ】式熔盐的出力【lì】特性，包括储热量和光学效率等，可以看【kàn】到黑虚线是储罐的储热容量，其实在没有【yǒu】储满的时候完全【quán】可以进行调峰，储【chǔ】满以【yǐ】后进行调峰可能就弃【qì】光了，这是今天下午一直在说的问【wèn】题【tí】。光热电【diàn】站可以【yǐ】根【gēn】据不同的系统运行情况，可以进行降出力调峰【fēng】，这是没有任【rèn】何问题【tí】的，同时启停调峰成本【běn】比【bǐ】较低，仅【jǐn】仅【jǐn】消耗【hào】一些电量，有一【yī】些天然气【qì】的气量，同时还可【kě】以进行平移调峰，削【xuē】峰填【tián】谷，光伏【fú】大发【fā】的时候储起来，这【zhè】样进行一个平移【yí】调峰。
多能互【hù】补系【xì】统里面不仅仅局限于光热【rè】，整个多能互【hù】补系统【tǒng】起耦合作用的【de】储能系统，现在【zài】常见的【de】储能系统有机械类和电化学【xué】类的【de】储能，在【zài】我们国家储能系统占比比较高的是抽水蓄能，虽然它【tā】具有调【diào】节容量【liàng】比较大【dà】，调【diào】节速度比【bǐ】较快【kuài】，这是一个优势，同时它又受地【dì】域和径流量【liàng】的影响，不是我【wǒ】们想在哪里【lǐ】建就可【kě】以建【jiàn】的。
电化【huà】学储能，这几年发展势头【tóu】还是比【bǐ】较【jiào】快的。这里面电化【huà】学储能【néng】有两种【zhǒng】类型【xíng】，一种可以作为功【gōng】率型的电池，这样子它有两个作用【yòng】，一个可【kě】以放在光伏或者风电的电源【yuán】点，可以使【shǐ】我【wǒ】光伏和风【fēng】电的出【chū】力曲【qǔ】线【xiàn】进行平滑，这【zhè】样子【zǐ】可以【yǐ】更好的适应调度对我的出力电能质量的【de】要求。还【hái】有一个就是可以削峰填谷【gǔ】，放在电网也好，放在电源点也好，可以【yǐ】吸纳一部【bù】分的弃电。但【dàn】是电池一个【gè】是目前成本比较高，再一个可能五【wǔ】到【dào】七年要【yào】更换一次【cì】，这样【yàng】大规模的被我们电站淘汰【tài】掉的电池【chí】将来怎么回收利用，这将来也【yě】是【shì】一个比较【jiào】严重的问题。
压缩空气储能，目前【qián】压缩【suō】空气储能一个是成本造价问题，而且并没有【yǒu】大规模【mó】、大容量的应用，仅【jǐn】仅是一些实【shí】验室，或者是一【yī】些示【shì】范电站小容量的应用【yòng】，应用不是很成熟。光【guāng】热【rè】电站储能系统，早【zǎo】上大【dà】家【jiā】介绍了很多，目前为【wéi】止主要的【de】储能系统【tǒng】依【yī】然是熔盐储能【néng】系统。
从电源测【cè】研究多种电源互补【bǔ】形【xíng】式，这是一个【gè】实际案例【lì】，目标是可以使多【duō】种能源【yuán】组合的出力对电网造【zào】成调峰压【yā】力最小的【de】一条曲线，从网【wǎng】端看，我【wǒ】认为它就是一个比较好【hǎo】的同步机的【de】电源【yuán】出力【lì】。这里面要【yào】做优化的时候可【kě】能有一些考虑。
首先【xiān】如【rú】果【guǒ】光热电站不作为调峰机组，仅仅作为单一【yī】电源，那我们的储能容量、储【chǔ】能【néng】时长都是【shì】按照度电成本【běn】最优来控制【zhì】的。但是这样不能发【fā】挥光热电站在多【duō】能【néng】互补中的【de】优势。
如果【guǒ】光热【rè】电【diàn】站作为调峰电源，在多能互补系统里进行应用，我们可能不仅【jǐn】仅考虑单一的【de】某一个电源【yuán】，我们【men】要从【cóng】整个系统，也就是说从整个风电、光伏，整个系统里所有电源的角度整体来考虑我们【men】这个电【diàn】站【zhàn】的经【jīng】济性，当【dāng】然是【shì】在保【bǎo】证我们技术可靠、安全【quán】运【yùn】行的前提下，我们【men】要根据当地的资源情况，比如说我现在【zài】是风电光伏+光热+电【diàn】储能，我们就【jiù】要【yào】搜集【jí】这个地区同【tóng】时【shí】段、同时刻风资【zī】源【yuán】，还要有总辐射资源，DNI等【děng】，把同时【shí】刻资源收集起【qǐ】来这样【yàng】才可以知道所有电源在同一【yī】时刻每一年【nián】8760个【gè】小时的出力，这样子就【jiù】知道在电源耦合上我【wǒ】们最后【hòu】会耦合出什【shí】么样的出力。同【tóng】时还【hái】要考虑负荷的情况，负【fù】荷对我的要求是什么样子【zǐ】，这样【yàng】子【zǐ】综合考【kǎo】虑才可以出来整个多能互补系【xì】统里面各个【gè】电源的【de】容【róng】量配【pèi】比。
各个【gè】电源容量配比，在考虑技【jì】术【shù】的前提【tí】下还要考虑经【jīng】济性，目【mù】前还【hái】有两种方式，一【yī】种是按【àn】照风电、光伏、光热现行【háng】的标杆电价来做，我们知道【dào】光热【rè】电价【jià】比较高，风电和光伏电价【jià】可能略微低一些，这样会整体考虑一个收益，就是满【mǎn】足技术可【kě】行的情【qíng】况下，以这样的经济模型我们去配我们【men】的风电、光伏【fú】和光热的容量【liàng】。还有一【yī】种是【shì】我整个多能互补基地看成一个整体，做出一个综【zōng】合电价来，这样才能真正体现出我的【de】综合能源【yuán】供应的这么【me】一个理念。这个时【shí】候可能【néng】在储【chǔ】热【rè】容量优化【huà】上就有一个想法，因为我们知道光热电站【zhàn】整个【gè】集热系【xì】统投资【zī】占比比较高，我【wǒ】在满足【zú】多能互补的【de】电源出【chū】力要【yào】求基【jī】础上，我们尽量的减少镜场的【de】投资，这样子可以降【jiàng】低整个多能互补项目整体投资【zī】。然后把【bǎ】一【yī】部分的光【guāng】伏【fú】风电【diàn】加大，把我的储能【néng】系统【tǒng】加大【dà】，这【zhè】样我依然可以满足电网对我出力的要求，但【dàn】同【tóng】时【shí】又降【jiàng】低了总投【tóu】资，也就【jiù】是说我降低了【le】度电成本。
因【yīn】为随着我们国【guó】家风电和光伏现在都是接近【jìn】于【yú】平价【jià】上网【wǎng】的大趋【qū】势上，光热也有电价【jià】退【tuì】坡的趋势，所以我觉【jiào】得【dé】综合【hé】电价这种经济模型更适【shì】合于将来我们多能互【hù】补【bǔ】系统的经济评价的模型。
这是某一个项目多【duō】能互补【bǔ】一周运行模【mó】拟【nǐ】示意图，可以【yǐ】看【kàn】到整个系统里面，这一周【zhōu】的系统，风、光【guāng】模拟以【yǐ】后，这【zhè】个弃电，只【zhī】有【yǒu】一部分弃风，光伏光热经过储能系统的能量搬【bān】移以后，只有一【yī】部分【fèn】弃风【fēng】，弃风【fēng】量非常小，不可能满【mǎn】足【zú】无弃【qì】风【fēng】，如果无弃风我的储热系统可能会配的更大，这样是不经【jīng】济的。
谢谢大家。
