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辽宁电科院戈阳阳:储热供暖提升电网可再生能源消纳能力

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2020-10-21 浏览:
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中国储能网讯:9月24—26日,由中国化学与物理电源行业协会联合200余家机构共同支持的第十届中国国际储能大会在深圳鹏瑞莱佛士酒店召开。此次大会主题是“共建储能生态链,开启应用新时代”。 来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1621人参加了本届大会。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。

在26日上午的“ 储能电站并网与调度”专场,国网辽宁电科院系统及新能源中心主管戈阳阳分享了主题报告《储热供暖提升电网可再生能源消纳能力》。会务组对发言人的演讲速记做了梳理,方便大家会后交流、学习,以下是速记全文:

戈阳阳:各位专家,上午好,很高兴能够跟大家分享一下储热提升可再生能源的消纳能力的主题,因为前面很多专家讲的都是电化学储能方面,我给大家分享更广义的电储热在辽宁的应用。因为辽宁在北方地区,储热供暖是比较大的市场,而且消纳问题在东北还是比较突出,这个时候储热对于短时间内解决风电的消纳问题还是取得比较好的效果。

我是来自辽宁的戈阳阳,我就辽宁的电储热应用做一些分享。首先介绍一下技术背景,技术背景前面新能源的发展已经介绍很多了,风能是新能源,特别东北地区是风资源比较丰富的地区,对于节能和环保都有着重要的意义。但是风能的发展前面大家也都说了,可能都有一定的随机性和波动性,这个时候电网的调节能力可能就决定了风电的消纳,所谓的电网调节能力。

辽宁随着风电这些年的快速发展,消纳问题也是逐年的突出,因为在东北地区可能面临几个问题,特别是在辽宁,第一个是核电的投运,辽宁核电的投运大大的挤占了火电的发展空间,同时也挤占了电网的调节能力。第二个是辽宁风电这些年一直处在比较迅猛的发展趋势。第三个是北方地区存在供暖,而且我们有大量的供热技术,供热技术在冬季调节能力也是有一定的限制。

国家“十三五”提出了清洁低碳、安全高效,辽宁的弃风问题和冬季供暖污染问题是比较突出的,2015年的数据是辽宁弃风电量达到了19.1亿kWh,城市供暖超过60%采用燃煤锅炉。针对这些问题我们也进行了分析,辽宁调节能力差的问题主要原因可能是60%以上是供热技术,而供热技术的运行方式和别的电厂不一样,它是属于一热就供电。当然这些年改造可能有一些解耦的方式,但是起码2015年之前是有多少热需求就发多少电,因为这是民生问题。我们分析弃风可能是90%弃风都是放在冬季供暖期,因此我们既要解决清洁供暖的问题,又要提高电网的调峰能力,这是我们需要解决的技术难题。

所以说,我们觉得低成本、低约束条件的电制热储热技术,是解决辽宁弃风和冬季供暖污染问题的最佳途径。因为可能增加电网调节能力的方式有很多,比如说大家提到的抽水蓄可能会受到地理条件的约束,电池储能大家提到很多,可能现在都是一些点的问题,大部分和电网调峰相匹配的可能目前在成本上还是做不到,虽然说这几年已经有了本质的降低成本,但是对于大容量和电网容量相匹配可能还是有问题。所以说,我们可能觉得特别是在辽宁在供热期除了供热是低成本、低约束的条件。辽宁公司在这方面这几年一直在研究,主要的课题是消纳的关键技术,并立项了多项国网公司、省公司电储热技术开发应用方面的科技项目,研发高能量的装置,实现电热之间的协调控制和运行,对于暂时解决辽宁的消纳问题还是取得了比较好的效果。

我们的研究主要分为两部分,一部分是电储热技术,就是高压大容量,在电储热技术方面主要是三个技术,一是大容量的电储热,主要是大容量电制热储热装置结构设计、高电压接入的课题,以前只是对电力平衡进行调度,当电制热设备大容量一上来之后它的热能输出可能也需要进行掌握和了解,同时整体的进行优化运行。这是整体的技术路线,后面涉及太多设备的方面,我就不再多说,技术路线就是执行电制热大容量的研发,如果电网有调峰困难先调节电制热装置,再弃风、弃光伏,构建了一套一体化的利用弃风供暖的完整技术体系。

大容量高温固体储热装置主要包括电热能量转换、储存、传递、交换四个过程,必须把这些环节进行整体的模型化分析,才能为装置结构优化设计典型基础,在理论基础上不断提高设备的低压等级和容量。后面是材料的选择,还有运行可靠性,加上电阻丝。以前的电热装置可能没有这么大的容量和电压等级,在这方面都要进行相应的研究,我们在这方面研究之后还是高电压、大容量突破了电储热电压等级、容量和成本的技术经济瓶颈,为新能源消纳提供了一种方法。

这是我们重要的着力点就是绝缘套管,首先为了把容量做大,电压等级一定要升高,在接口的地方其实是技术最难的地方,既要产生热,还要外面的传输线不发热,因为不能开太大,开太大对设备不保温,开小了老故障也是受不了,这是需要反复尝试的,不是通过计算或怎么样就行的,我们把绝缘体放在绝缘套管里面,最终实现突破,才能最终实现高容量的设备成型,为电网侧的功能奠定了基础。

在设备和技术攻关成功之后还有一个问题,电制热是为了消纳弃风电量,这是时刻要把握的原则,在别的地方也有应用,但是起码我们在研究项目或者在推广这个事的时候目的是为了消纳弃风,消纳弃风一个是功率的匹配、一个是容量的匹配,我们可能对于供暖气的数据包括弃风的曲线和弃风功率及整体的经济效益必须要总体控制,要不然上多了会存在不匹配的情况,热不像别的东西,可能就会存在浪费。我们得到的配置是电制热功率是154万千瓦。

在测算了容量之后,可能我们需要做的是把两个系统、两个设备怎样能够更好的高效率利用,第一是要尽可能的用弃风,这是一个永远要想的问题,就是充分消纳弃风电量。第二是尽量少用热电,因为它有经济的计算,怎么充分的利用,以前我们不了解,现在我们需要了解热,热也是要预测的,我们的电有一个预测,热有一个预测,中间有储的过程,什么时候储,我们利用弃风和供热的耦合,其实大家都在说能源互联网,我理解它是最早的电和热的接口,因为所谓的能源互联必须要有接口,它是目前运用起来比较好的接口,可能要在系统里进行重新的规划和设计。这就是研究的过程,你想把这两个结合在一起一定要把差异化和电能传输和热能传输的过程搞清楚、弄明白、能理解,最后进行调控。

我们提出了电制热储热和热电机组、弃风间的整体协调调度方法,最后达到了90%,这是很好的结果。我们在此基础上研发了一套联合优化调度系统,实现了弃风电量的动态优化。这是高压电储热的装置情况,主要是用在电厂侧,前面很多专家都提到储能和储热的问题,在电网的应用中是没有位置的,也就是说它不是一个主体,它必须依靠一个主体,我们是依靠在前面说的供热的热电厂中,这个主体用电是等效的电厂机组改造,等于电厂的调节,所以才有经济账来算,实际上用电来供暖账是算不过来的,这永远是一个问题,因为毕竟供热在北方也是一个垄断行业,也是一个暴利行业,他卖给老百姓的热成本是很低的,我们测过最便宜的用能量来等,不到1毛钱,你卖给他,这个时候他一定要借助能量的功能,电制热有一个灵活性,在调峰市场是可以应用的。

但是有一个问题,电储热可能在这个市场中在电厂就那么几个,你能上也有限,想要进一步推广还有一些在城市内的小锅炉可以替代,这些小锅炉替代的时候除了前面说的问题之外还有一个具体的要求,因为很多小区包括小的供暖企业地方不大,我们后续怎么能够降低体积的要求,除了密度高、热品质好、投资成本低的装置,主要是材料的问题,前面说的是整体设计和高电压等级,第二个阶段我们想逐步设想电热装置的体积,后来我们选择了相变材料。PPT做得比较多,材料方面我不多说了。最后我们选择的是碳酸盐,它的组合密度比较高,稳定性比较好

在这方面我们把它设计出来,主要是解决了两个问题,第一是降低了体积,相变的材料应用于固态的时候对于封装方面、整体结构方面进行重新设计和处理,这是我们对于材料的具体研发,最后烧结,最后形成了相变材料同时能够不泄漏,能够设立分离装置包括高制热、储热、热效率的电制热储能装置。这个东西主要应用在市区内小规模的应用,这个应用可能替代了一些小锅炉,跟刚才讲的电制热不一样,大容量电制热安装在发电厂,依靠辅助调峰市场赚钱,小容量电制热东西是属于挣的是节能的钱,很多场景是超市、学校,而且学校有寒假,供暖不多,超市晚上不需要供暖,白天人多了也不需要供暖。

小体积及容量的节能效果是很好的,推广起来可以在市场试行,而且可以优化,推广就更容易。这是两个不同的应用场景。

在辽宁的应用情况,这是我们的项目示范,达到200兆瓦,这是我们的项目总体设计,包括弃风评估、基础数据查看、配置等。这是项目的运用情况,我们的电储热预警是根据弃风等情况智能的预警,也就是说它与风电预警是联动的,能够实现90%以上弃风。这个装置在电能发展公司、调兵山等都有应用,实现了系统的可靠稳定运行。这是效果,直接调控储热负荷已经达到1665.1MW,电网消纳清洁能源水平大幅提升,从86.92%提升到99.56%,其中通过该项技术应用共消纳富余风电20.53亿kWh,起到了关键作用。

总结与展望,我先说一下我对电储热的理解。

第一,电储热目前预警暂时情况下是很好解决了辽宁电网的弃风问题,但是它肯定还是会有一些相对质疑的地方,电转热能量属于降级使用,但如果前提的存在一定的弃风,则属于弃风电量的应用,对于解决目前弃风问题还是有很大的实际意义。

第二,市场的问题,调峰市场还是比较好的,至于高效方面我觉得如果像今天在座很多都是做电网储能的,这都是能源转换的形式,如果有更高效的形式来替代电储热,这也是一个好事。我们的目的主要是为了把新能源高效的利用,而且像前面的专家提的,以后的能源电网是高比例新能源电网,以后我个人理解“弃风”这个词就没有了,而是怎么高效利用的问题。如果到了50%、60%不是弃不弃的事,是用不用的事,在新能源电网的情况下可能就不再存在弃风一说,而是怎么高效利用,所以我们也希望找到更多的途径来实现更多的利用。

第三,储热解决了电网的调峰问题,所以站在辅助调峰市场,面对高比例的新能源电网的稳定问题是没有办法解决的,我们在后续要更多的关注于高效利用,更新的技术发展对于高比例新能源可能会有一个本质的推广和应用。辽宁的电制热对于综合能源来讲还是一个很好的尝试,但其其他形式的高效转化方面还是需要进一步探索。

我就分享到这里,谢谢各位!

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