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第七届中国国际储能大会聚焦:光热发电与电网调峰

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2017-05-03 浏览:
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中国储能网讯:2017年4月24-26日,第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉酒店召开。大会期间,由国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会与爱能森控股有限公司联合主办的“光热发电与电网调峰专场”,于4月25日上午成功举办。专场会议共邀请7位专家分享精彩观点,主要内容梳理如下:

深圳市爱能森科技有限公司董事长 陈明丽(主持人)

主持人:尊敬的各位嘉宾,女士们先生们早上好,我是深圳爱能森科技有限公司的陈明丽,非常荣幸这次能作为我们2017中国国际储能大会光热发电与电网调峰专场的主持人,很高兴我们国家太阳能光热产业技术创新战略联盟,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会,给了我们支持协办这次大会的机会。

各位也应该感到很荣幸相聚在一起的这样一个机会,因为这也是第七届中国国际储能大会,第一次以光热发电的这样一个演讲课题作为一个分会场,也是第一次以光热发电与电网调峰这样一个课题作为一个分会场,今天我们参加完了所有储能包括光热储能的分会包括大会,在第七届中国储能大会当中,大家更多了解的是储电能,但是在今天的专场当中,将带给大家一种在美国、在欧洲已经从事了30年发展历史的光热发电,而爱能森作为储能新材料全产业链的服务商,我们希望能通过这次专题会议,加快储能产业的发展,以我们大家最熟悉的储电能进入到一个新的领域,其实也不陌生的领域,叫储热能。近年来我国太阳能发电的发展非常的迅速,取得了举世瞩目的成绩,目前中国的光伏和风电均属于世界第一,但是我们非常了解,包括在昨天一天的主会场跟分会场,大家讨论最多的就是太阳能、风能的不连续、不稳定,对电网调峰系统提出了一个极大的挑战,电网调峰能力是否跟的上,造成我国局部地区出现了严重的弃风弃光的问题,今天我们这个专场带来的就是我们怎么样把我们传统的,或者大家熟悉的汽轮机发电与我们可再生能源太阳能够联系在一起。

因为我们知道水电、火电、包括核电都是轮机发电,但是怎么样让太阳跟轮机连在一起,中间需要什么?那就是储能。用什么方式来进行储能?什么方式能够上汽轮机24小时连续的运转?今天我们这里的主题就是光热发电能够在24小时不间断的让我们的电站达到运行。因此在今天的专题会场,我们带来的是一种全新的,但是实际上在国际上已经超过5GW的装机容量的,长达十年的已经在运行的电站展现在我们面前,特别是在中国国家发改委2016年8月29号,太阳能光热电站的出台,每度电是1.15元,而且在文件里面有4个小时储热能的要求,在20个示范电站当中有18个是用了熔盐储能,熔盐储能的示范项目当中最长是高达153小时的熔盐储能,我们可以看到在西班牙的吉马电站,19.9兆瓦的电站,它一年的发电时间是6500个小时,在美国新月沙丘的电站,它号称能够达到全球储能电站100年的电量。

从这些历史数据以及中国国家发改委出台的相关政策,一直到中国有代表性的浙江中控,首航节能、天津滨海一系列的公司,都已经在青海、甘肃、内蒙,都展开了太阳能光热发电的示范,今天在这样一个专题会场,虽然我们不像储电那么的火爆,没有人群站到门外听,但我想这是我们的一个开始,是中国国际储能大会给我们储热能的一个开始,也让光热发电和储热能走上了中国市场的开始。

各位来自五湖四海的同仁们,包括光热的前辈们,今天能选择到我们这个会场,作为我们的支持单位一方我也非常的感谢大家,因为大家给予了解光热发电和电网调峰的机会,也是给我们科研和市场的一个机会,接下来让我们把最宝贵的时间,留给我们的分享嘉宾。

肖刚:太阳能热发电在新一代能源系统中的定位


浙江大学能源工程学院教授  肖刚

肖刚:在我们新一代的能源系统中,周孝信院士给出了一个很好的定义,特别是对电网的发展他分成三个历程,第一代指的是20世纪初到20世纪50年代,在这个期间最主要的特征是小机组和小电网。

到了50年代,以及到了20世纪末的时候,最主要的特征是大机组、超/特高压的输电,以及大型的互联网,理论上可以将全世界所有的电网连成一片。

在本世纪前50年,应该说是第三代电网发展的一个重要时期,这个时期最主要的特征就是我们新能源在里面起到一个决定性的作用,从现在的预测来说,很可能在2050年左右能够超过50%,甚至有预测达到60%到70%。在这种情况下,我们怎么样应对从第二代电网到第三代电网这样一个过渡。

我们可以从三个层次上面来分析第三代电网主要的特征,负责从源端来说,第三代电网主要是包括我们前面说的新能源为主、风能、太阳能、包括光伏和光热,以及可以调控的火电、储能等等,它会形成一个多能互补的网络,这是源端。

对于用户端,受端来说,受端的用户不再是一个单一的电力的用户,他可能是一个有多方面需求的多元的用户需求,包括冷热电联供,包括微网,也就是说用户可能自己会形成一个自己自发的网络,在这样的网络情况下受端的变化,它的多元是非常重要的。

在这种情况下所以我们要从第三个层次,如何在能源输配网络上做工作,源端是一个多元的,受端也是一个多元,在这种情况下我们整个电源网络就不只是一个电源网,应该说它是一个能源的网络,习总书记说叫能源互联网。这种情况下怎么样输送能源,而且怎么样高效的输送能源,科学的输送能源,是里面一个非常重要的问题。

如果我们从能源的品位来说,从科研性来说,能源对于用户来说,包括他的冷热的需求,包括他的功的需求,以及他用电的需求,在这个需求里面,如果我们纯粹将电变成一种热需求其实是一种品位最低的需求。对于我们的能源学科有很经典的第二定律,在电、功、温度对应能力的时候,它是一个梯级利用过程,我们如何将现在以电为主的电网,过渡到以能源梯级利用为主的能源利用网,这可能是我们今后面临的一个主要的问题。

这个问题可以从绿色能源网的思维做一个阐述,如果我们考虑资本的属性,他必须要考虑资本的回收率以及用户的终极体验,这样资本才有增值利润空间。

另外一块我们要从以可再生能源为主的这样一个电力网络里面充分的挖掘可再生能源,它的一个最大发挥量子,就归纳了我们现在需要克服的几个科学问题,第一个就是可再生能源在自给的范围内,一定要能够充分解决它的能量连续性供应问题;另外要从科技型的角度考虑它的温度对控,以及它的能效最高利用的梯级利用问题。此外我们还要能够使可再生能源,它们之间形成一个时域上的可移动的能量,这样才能够与我们的用户端、与资本端能量的梯级利用以及价格的匹配才能充分的耦合起来。

可再生能源在新一代能源系统中,我们希望它能够处于核心地位,在这个地位中,我们首先要解决的是前面提到的三大科学问题,第一个就是能源需要连续性的,包括电能、太阳能、化学能,以及冷能和热能,还要解决它里面多品位的输出。

另外就是能源的可控可调,它能够在用户端以及受端变化的情况下,能够起到充分稳定的作用,这是我们对太阳能在新能源系统中的一个最主要的要求。

如果我们考虑机组和容量的需求,我们需要充分的考虑需求侧的响应,因为需求侧的响应是用户的直接体验,而直接的体验它具有强烈的自然时间的依赖性,这个不以我们的供应链来转移的,这种情况下我们可以采取的措施可能就是在分时段采用不同的电力价格,来对它进行一定的调控,但是这一定的调控是有限的,以我们的美国加州的供电曲线我们可以看到,一个很明显的特征,最上面是在2012年的时候的实际应用的曲线,接下来是2013年一直到2020年的曲线,可以看到从中间部分,特别是从中午的时段,一直到下午6点的时段,这个时段某种程度上来说是我们太阳能供应最充足的时段,这个时段用户的要求其实是相对来说比较低的。这就导致了我们机组能源、化石能源在这个情况下就必须要进行调峰,被迫性调峰。被迫性调峰会产生一个什么样的效应呢?如果以污染物来说的话,我们知道现在的污染物,比如现在的燃煤电站污染物可以做到5毫克以下,在调峰的时候它可能是50毫克,极端的情况下可能是500毫克,也就是说我们有可能做到的所有的清洁的减排方式,在调峰的情况下可能全部消纳掉了。

在这种情况下我们就必须要靠可再生能源,特别是光热在里面起到一个充足的作用。根据这个曲线可以看到一个非常明显的问题,能源特别是可再生能源,以及跟常规的能源,火电,他们之间的时间和需求上会有一个交错,这个错位导致了整个可再生能源体系会供应不稳定,导致我们整个电网或者说对可再生能源相对来说比较排斥。我们要解决这个问题,可能我们太阳能、热发电,及其储能技术、储热技术,在这里应该可以起到一个稳定性的、平滑性的,同时降低电力成本的一个作用。在这种情况下,我们必须得考虑,太阳能储热,它在整个周期内的成本。太阳能储热它的成本主要包括这么几个方面,一个是它的储能介质的成本,另外还有储能容器的成本,还有管道、保温、控制成本等等。这些成本如果按照美国Sunshou的预测,它的投资成本大概可以控制在每千瓦时100元人民币以内,这个成本如果能够实现,对我们可再生能源是一个非常利好的消息。

这里有一个平准化发电成本的估算方法,它的方法最主要的就是考虑全生命周期内可预测的电站系统的成本,除以整个系统内它有多少电力输出,如果平摊到这种程度,我们可以看到太阳能热发电和我们传统的带有储电的光伏进行比较的话,可以得到这样一个曲线:在当前来讲,太阳能热发电,如果带有储热,跟带有储热的光伏比较,也是在成本上有足够的优势的。在未来的20年,即使太阳能热发电的储热不像光伏或者光热预测的那样,产生突破性的革命性的变化的话,即使不这样,它也能够在未来的2030年跟光伏储热的成本基本相当。

也就是说在未来的二、三十年,即使考虑到太阳能热发电技术不产生革命性的变化,也能够充分的跟光伏和光热进行竞争。

刚才讲到的主要是成本方面,如果我们进一步的考虑,从能源梯级利用的角度来考虑的话,太阳能热发电还可以与供暖和供冷技术耦合使用,从这个角度来讲,它的能效会更高,总的经济成本应该会更低。

这里有一个延庆大汉太阳能热发电站的示意图,主要包括三大块,一块是太阳能的直热进场,另外一块是太阳能的换热进场以及储热,还有余热利用的部分。在这个部分里面,如果我们只考虑热电联供,也可以考虑在太阳能足够高,或者是储热需求高的时候,通过低温的余热,低温的蒸汽送到换热器,以及送到供热站里面进行运行。

如果我们需要冷热电联供的话,我们可以考虑在太阳能热电站里面充分的利用不同能量等级的热量,在不同的换热器里面,进行换热。比如说我们可以用120度蒸汽直接加热发蒸汽,用50度的水来冷却,用回收的冷却塔里面的水在蒸发器里面进行冷却,使整个系统耦合起来,一方面提高整个系统的效率,同时对外还能供冷,供热。

这个是在大汉太阳能示范电站做出来的一个示范,可以看到当太阳能的直射辐射高于300瓦每平米的时候,就能够对外供冷供热,同时能够发出电力,如果太阳辐照小于200以下,这个时候才需要进行补热。

这些数据表明整个太阳能热发电系统不仅能够跟我们的电网耦合起来,而且还可以跟我们供暖的网耦合起来,能够跟供冷的网耦合起来,这在我们3500平米的厂区是实现了比较好的运行的。

从这个角度来讲,太阳能热发电是真正有可能把我们的电网变成一个能源网,变成一个能源互联网的网络。

这是我们新一代的系统,对于整个太阳能热发电有一个技术的要求,希望我们在未来的二三十年内,能够使它完全的成熟,并且使它的成本降到足够低。

在最后跟大家分享一下,美国实验室对加州做的一个案例分析,这个案例分析挺有价值,它的价值是说明这么一个事情,对于我们一个特定的电网,一个特定的能源网络的话,我们不能够仅仅以价格来评判一个能源的价值,价值代表它在不同时段、不同的区域,一个不同用户需求的情况下,它真正的定位,这个定位应该说它给出了一个比较好的案例。在可再生能源是33%的时候,就是加州33%的时候,带有储热的太阳能发电,它的价值带上它的运行,以及它对整个电网的稳定性作用,它的价值可以体现出是光伏的大概一倍左右。如果可再生能源它的比例进一步提高的话,我们可以看到对于太阳能热发电,它在其中体现的价值还会越来越高,这时候如果是不带储能的光伏,它的边界价值是一定降低的。所以从这个角度来说,太阳能热发电在里面的确是有一个重要的定位的作用。

刚才是国外的一个案例,如果以我们中国的案例来分析,在2015年的时候,中国电科院的王所长专门给过一个案例分析,我觉得很有代表性。按照现在来说,中国的光伏弃光率大概达到10%到15%左右,局部地区达到30%以上。在这种情况下,如果以甘肃的案例为例,在甘肃2020年达到10GW装机的情况下,我们还希望发展光伏,我们再增加2个GW的光伏的话,它的弃光率会从7.5%提高到11.6%,那么在这种情况下,11.6%从国家政策角度来说这个数据已经是不可以接受的。在这种情况下,因为现在燃煤电站也已经停建了,这种情况下唯一可以实现它进一步发展的一个可能性,就是发展光热。如果增加两个小时的储热,它就能够将弃光率降低到10.2%,如果增加10个小时的太阳能光热储热,它的弃光率可以降低到5.8%,从这个角度来说,我们太阳能光热可以成为其他包括光伏和风能在一起的共同发展的机组,太阳能发展可以跟其他的可再生能源一起竞争,它的竞争是一个方面,更大的作用是促进它进一步发展,真正使我们第三代电网达到50%60%,我认为这是我们太阳能光热应该在第三代能源系统中,或者说在新能源系统中的一个地位。

前面从我们的经济角度以及技术角度都给出了很清晰的说明,太阳能光热在整个新能源领域占的地位,应该是能够起到一个定海神针的作用,虽然这个金箍棒现在很小,我们希望它能够越变越大,在整个系统中起到定海神针的作用,而且我们希望跟其他的可再生能源共同发展,共同繁荣,谢谢各位。

主持人:非常感谢浙江大学能源工程学院肖博士给我们带来的精彩分享,他同时带来了一个新的观点,也是我们一直在从事的产业,就是太阳能热储能不仅仅是可以发电,同时还能进行热电冷联供,不仅可以应用于电网,还能应用于暖网,冷网,这样应用起来使得热储能的应用价值不仅仅可以用于大型电站,还可以走到城市的集中供暖,集中供热以及工业园区和企业的发展,对于我们未来治理雾霾,以及煤改电的国家政策发展,应该来说是一个产业技术落地的一个重大突破。

我们能够感受到,因为有了火力发电,所以火电调峰在我们的电网当中占据非常重要的作用,因为有了水利发电,所以我们有了抽水储能调峰。三年前我去国家电网,我去销售我们的光热发电,我说光热发电一定要去做储能调峰,当然国网的企划部说,我们是不是可以做一个示范。但是这个路径是遥遥无期,因为光热发电在中国还没有一个商业化的示范项目。但是今天我们邀请到了一位嘉宾,他是我们水电水利规划设计总院新能源部的主任王霁雪老师,他将会带来的是我们太阳能光热发电示范项目建设的进度情况汇报,让我们以热写的掌声欢迎王霁雪老师给我们多来的分享。

王霁雪:太阳能热发电示范项目建设进度情况介绍

水电水利规划设计总院新能源部副主任 王霁雪

王霁雪:由于太阳能发电的示范项目它更主要的关键点还是在想把太阳能热发电这样一种能够提供调峰的能力,能够承担集合的又不产生排放的能源种类发展的目的,从我们的看法来看,和将来的储能是一个什么样的关系,什么样的联系。

我们现在谈到储能,有很多种设想,尤其它的工作环境,但是一般来说要么是在我们的源侧,就是我们的网侧,另外一侧就是在负荷侧,如果说能够在发电侧来集中进行储能服务,至少从我们来看规模一般不会太小。大家也很清楚,我们现在作为主力的提供电源来说,应该更多的还是高参数的机组,甚至是我们普通的大家经常见到的大型的光伏甚至是风电电站,它的规模也是越来越大。再配合到能够适合进行大容量、大规模传输,中国的国策大的能源形式是西电东送,这个就注定我们在上网侧开展储能,它必然要发挥一个大规模的作用。其他配置更加灵活,从成本上更加不一致的方式,配到我们的用户侧,可能会更多。所以我们就想在上网侧配置的角度谈谈我们的看法。

为什么我在我们上网侧配置储能,大家都很清楚,因为都是搞国家能源,尤其是电力能源领域的专家都很清楚,直接就涉及到我们调峰的问题。中国调峰的能力到底有多大,储能到底要多大?现在朋友圈里分享的东西很多,我们也知道在十三五末,我们力争控制的火电规模是11个亿,咱们假设能够控制比较好,甚至到10.5个亿,考虑我们国家还有很多具有很长调峰周期的大型的水电,以及专门为了调峰调频做事故备用的抽水蓄能,这个量应该是比较大的。

假如说火电的10个亿,考虑到它的检修,考虑到它正常的运行备用,在我们一定的开机容量之下,只要我们普通的火电按照我们国家的标准,达到它技术标准所要求的调峰深度的话,大家随便一算,最少能够提供3到4个亿的调峰空间,再加上了水电和抽水蓄能,从我们国家整体来看,如果我们能把运行标准和技术落实到位的话,我们的调峰空间存在的不是总量上的不足,仅仅是在一定的时段和一定的区域内,由于我们网络的原因和特殊的供暖气的原因,才会影响我们的调峰建设。

所以我们如果要推动太阳能热发电,它核心的目的还是为了提供一个清洁低碳的调峰的发展方式,这个是我们的最终目的。以这样一个目的来推动它,而不仅仅只是为了这样一个作用。因为当时我们测算了一下,为了达到这个作用,其实只要把电网进一步加强,在运行方式和市场建设上再进一步加强,我们的量就已经足够了。我这样的量进行调峰的时候,一方面火电压不下去,排放可能会更高。这种情况我们就需要太阳能热发电,来给我们一个支持,这是第一个,我们觉得太阳能热发电,我们为什么要搞太阳能热发电示范项目。

第二个,从我们中国的价格结构来说,也存在着同样的问题,因为万变不离其宗,电力能源也是一种商品,最终还是要回归一个有买有卖,而且大家都接受的这样一个环境。就像我们在外面任何一个菜市场,我们去买菜,你不能说拿出来一捆芹菜说我这个是用最好的茅台酒的酒糟做出来的所以就很贵,可能也没有人买。所以我们必须要考虑,即使是我们用任何一种方式提供了我们储能的服务,必须让它有一种价格上的回报方式,而这种回报方式不能是纯粹靠补贴,或者是其他的方式来获得的。

我看现在的朋友圈也在转储能补贴的征求意见,但是实事求是的考虑,一个产业靠补贴的话怎么能有一个大规模的发展呢?尤其是在当我们这个市场可能还不一定现在就有那么大需求的情况下,怎么来考虑,这个就是我们要想的一个问题。只要涉及补贴,那我们必然要考虑,这个补贴来自于哪儿,我们现在想的无非是几种方式,第一是国家直接的财政补贴,像什么呢?比如说若干年之前我们补光伏的金太阳工程,还有从2015年开始炒的沸沸扬扬的电动车补贴,这是一种方式,但是在新的政治环境下,如果采用直接补贴的方式,就是补容量,那么这种方式带来的管理成本,是非常高的,而且还带来了很多廉政的风险,所以我想这个是要考虑的问题。同时还要考虑我们是不是财政上还有这个能力。

第二种方式,不走财政,走基金。我们现在国家整体的方针,从中央到国务院,力推的方式是把基金数量越压越少,额度越增越小,这是一种趋势,所以到目前为止,已有的专项基金盘子普遍不够,我们搞太阳能热发电其实也是来自于国家可再生能源基金这个数,截止2016年底的时候,这个盘子已经是有一个缺口超过600亿了。还要按照这个方式往上补,处于电价下降通道之内的各个能源品种,也包括我们太阳能热发电,还存在一定的问题。所以怎么样来考虑这个问题,基金也不是特别方便。

第三种方式,从电价结构当中获得补贴,用户侧的储能,消费侧的储能,提到怎么算我们储能的价格,怎么样提到用峰谷电价各种模型来计算我们的价值,但是我们也一定要清楚的认识到,我们现在计算的所有的边界条件,是基于一种不完全市场的模式来计算的,你考虑的峰谷电价,它并不是市场形成的峰谷电价,而是通过政策制订的峰谷电价。大家可以考虑,如果在我们调频调峰容量非常充足,又放开了电力市场的前提下,我们的电价会是什么样子?所以我觉得作为我们用户侧的储能,可能也要考虑这样一个方式。

国家总书记的批示是要求降低实体经济的成本,降低我们的供电成本,这都是非常明确的要求,这也是符合我们国家根本竞争力的要求,在这种情况下还能不能存在这样大的一个获利空间,大家应该非常清楚。

我们现在叫“三去一降一补”,已经是在存量很大的情况下,我们到底用什么方式来发展,应该要考虑,这是第二个我想讲的关于储能的发展空间和它的价格怎么样找对自己的位置。

还是回到我们太阳能热发电的口子上讲,太阳能热发电由于它的根本目的是非常明确的,它的发展方向也是明确的,而且它用于支持太阳能热发电,包括它提供储能价值的资金来源,基金方向也是明确的,所以我们觉得太阳能热发电提供储能在目前整体的能源环境来讲,除了抽水蓄能以外,比较有现实意义的,这是第二个关于太阳能热发电的在储能当中的价值,和发展的经济性的考虑。

第三个,现在的太阳能热发电做的工作,在我们示范项目之前的一些情况。为了做这个事儿,我们从2009年到2010年我们组织了全国第一个热发电项目的招标,但是很不幸,在当时的高利率,而且技术还没有成熟的情况下,就招出来一个比现在1.15块还低两毛多钱的电价,所以那个项目最后没有成功实施。但是后面我们还一直在组织相关的工作,所以我们总院在组织有关技术专家包括太阳能热发电的创新联盟王志峰老师,各个专家的基础上完成了一些工作,一个是把太阳能热发电的厂址选择做了一个全国的普查,就给我们国家太阳能发电的十三五规划总盘子做了一个依据,作为一个政治的上报成果,也通过了国家发改委和国家能源局的办公会,作为一个正式的成果。

第二件事在这个基础上我们推动了太阳能热发电,包括光伏,整个太阳能十三五的规划,也提出了有关的发展目标。

当然在太阳能热发电的发展目标是500万还是1000万的不同的目标上,还是经历过很多次争论的,当时我们最后还是综合了各方面的意见,也考虑了可再生能源补贴缺口的问题,比较实事求是的提出了一个500万的规模。当然大家也看到,即使500万的规模,我想在十三五实现其实也是面临着很多困难,以及一定的不确定性。

第三件是是我们正在组织的示范项目,我们在2014到2015年之间组织了示范项目的评估工作,组织了包括电科院还有创新光热联盟的专家还有高校老师,对全国申报的109个太阳能发电示范项目,组织进行了评估,推荐了20个示范项目,覆盖了不同的建设地点,不同的技术路线,不同的投资方式,还考虑了它申报的价格水平等等。在这20个项目的基础上,我们还在组织重点区域后续的太阳能热发电示范项目怎么样建设,什么途径建设,这些工作我们也在组织推动。

这20个示范项目如果关注太阳能热发电示范项目的同事儿也清楚,在春节之后我们发了一个紧急通知,对太阳能示范项目进行摸底本来按照热发电示范项目的有关要求,我们应该是之前就把这项工作做好,由于示范项目的进展速度不是非常一致,所以这个工作一直没有齐头并进开展起来。

根据我们在今年春节之后拉网拉来的情况,整体来看应该说有一些还是比较乐观的,当然我们在开始推广这20个示范项目的时候,也没想着这20个一定都能成,只要能成一部分,达到一定的作用,我们觉得这个示范项目已经完全达到它的效果,而且我们这么大的示范项目,不仅仅是对中国,应该是对全球的太阳能发电都起到了关键性的作用,如果没有我们在这一两年用这么大个市场支撑太阳能发电,那么其他的国家可能还很难起到这样一个,无论从技术进步还是建设示范模式上的作用。

根据我们2016年发的示范项目的通知,一共是20个示范项目,总容量135万千瓦,包括青海、甘肃、河北、内蒙、新疆五个省区,其中塔式的项目68万,槽式46万,其他的20万,没有碟式项目,一共大概是135万千瓦。要求是各项目应该在2016年9月30号完成备案,在2018年前建成投产,这和我们1.15块的电价有关系的。

根据我们现在的进展情况,在项目备案上面所有的项目都已经完成备案了,按照我们备案的要求时间是2016年9月30日,在当天还备案了最后的5个项目,大家还都是按时间在备案项目,只有一个项目拖到了2016年的10月份备案。从用地、接入系统、用水等等这些方面来看,有11个项目已经完成了项目用地预审,其他的基本在开展工作过程当中,接入系统应该是7个项目明确获得接入系统批复,其他的还在编报告或者在等待评审,用水的许可是11个项目,已经非常明确的拿到了用水许可。

这样我们心里就很清楚了,在我们2017年1季度,应该说这20个示范项目当中大概有一半的项目,把建前手续都履行的差不多了。备案都备完了,还有用电、用气方面,基本开展了一半,我们也是初步估计了一下,我们觉得这些项目具备近期开工、可能按期完工,和主体建成时间不确定这么几类。达到2018年底投产目标的最少应该达成什么水平,包括它之前的技术路线的实验回路,或者现场为了建设我们这个项目,开展的实验回路的建设,另外考虑到它的技术特点,设计周期、采购周期,建设周期,最少应该开始了关键性设备和控制设备的招标,通过这些我们估计,可能到2018年底具备并网条件的也就是78万左右。当然中国人有时候搞个什么项目,搞一个深圳速度也是有可能的。所以我们只是说截至在2017年底1季度的这样一个情况,大概是这么一个可能性。当然还有一些从招标、技术路线选择、投资人,还有不确定性的,没有开展关键设备招标,或者是有一些竞争性谈判都没开始的,在2018年底并网调试可能有点困难。当然我们不是说这个项目就不行,只是提醒这样的项目将来在落实和确认电价的时候比较麻烦,在我们推动这些项目的时候,是本着公平公开的原则,肯定保证了讲的程序上的正义,所以我们这个方式还得贯彻下去,按照这个要求,省委要组织验收,我们还要组织评估,后面这些是不是完成了相关的工作,最少是咱们按要求拿电价的一个技术上的参考,和存在一定不确定性的。

以上是有关的建设情况,当然还有一些在项目的执行方式,在项目的技术路线方面,存在着一定的争议,我们从技术负责的角度,也只是提一些建议,我们大家的目的都是一致的,都是为了把太阳能热发电的示范项目做好,只要我们的项目按照我们示范项目的申报文件时候的目的,申报通知时候的要求,和最终发展的目的,在合理合适的范围之内影响可以采取一种灵活的方式来推动,但是一定要保障项目主体的选择、建设的方式,和最后效果,是一个程序性的公益的前提下才能做这样一个工作,否则的话可能带来的麻烦也不光是企业自己的,可能还带来其他方面的事情。

这是我们关于太阳能热发电示范项目的简单汇报,谢谢大家。

主持人:非常感谢我们新能源部副主任王霁雪老师的分享,在这次分享当中,我们能感受到王老师给我们提供的是太阳能热发电,提供了清洁能源,低碳调峰的发展方式,同时我们的王老师特别提出储能服务以及它发展的经济价值,一个好的产品,一个好的商业模式,如果得不到投资就没办法成为一个产品更好的推广下去,因为王霁雪老师在储能的价格与价值,谷峰电价,包括用户侧电价,对于储能未来的考虑方式,也提出了一些思考,最让我们振奋的是王霁雪带来了对于20个示范项目最新动态的同胞,应该说中国光热发电的历史已经有长达十年的时间,国家光热发电战略创新联盟的第一任理事长是中科院的王志峰老师,在2016年伴随着中国光热发电的发展,以及国家发改委的相关政策,我们水规院对于国家太阳能发电政策的制订是起到了非常重要的作用,而且让我们行业感受到了振奋的信息,包括全球注目的信息,是我们水规院的易院长在2016年当选了国家太阳能光热发电技术创新战略联盟的理事长,就意味着中国光热发电将会从示范事业阶段,在2016年正式迈向商业化阶段。也意味着我们全球注目的20个示范电站的建成以及它商业化运行的数据,将影响着对于调峰电站的商业化推行。非常感谢王老师。

接下来我们能感觉到,储能的经济价值都是我们大家最关心的,它在光热示范电站当中,它的投资回报,究竟几年能收回投资,它对光伏跟风电的发展,它未来的发展趋势又是怎么样,包括热储能在整个经济价值当中,它的作用又是怎么样?爱能森作为光热发电产业其中一家公司,我们在十年的时间,一直致力于储热能的技术研究,特别是储能新材料的技术研究,在发展的过程当中,我们在中国有6年的时间,一直在做产品的转换,跟产品的示范实验。可以这么说,怎么样降价格,怎么样保证储能的安全,这也是我们和整个行业里面最关心的一个问题。

因此不论是从设计方面我们拥有的专注储能、储热能设计的设计院,包括未来降低成本规模化的生产,我们在青海投资了一个100万吨熔盐的项目,当时很多人都说,100万吨能不能用的完,但是我们能看到的光热发电已经不仅仅是为电站来配备储能的项目,因为我们的项目不仅仅是在大型电站当中使用,我们公司的产品已经卖到了40多个国家和地区,也意味着我们外国的电站和光热发电的投资机构,像丹麦、德国、希腊、挪威这样的北欧地区都在尝试用储热能的方式来供应啤酒厂、供给粮食厂、供给仓库,因此数据其实印证了它是油市场的,经济效果和客户端的体验,就证明它是有经济价值的,但是在这条道路上,它能够把经济价值能否降到更火电平齐,能够做到热电冷联供,老百姓还能得到我们的经济回报,这就是作为我们科研机构和产业机构要共同研究和发展的课题。


李珂:能源互联网中的储能应用


深圳市爱能森科技有限公司总裁 李珂

李珂:感谢组委会,感谢各位尊敬的领导和专家。

我的报告分为四个部分:

第一,背景情况;

第二,能源互联网需要解决的问题;

第三,储能系统在能源互联网中的应用

第四,实践方面的示范工程。

爱能森是储能全产业链技术核心的专业服务商,主要是从事研发、设计、生产、销售、储热材料、储热设备和储热系统的国家级高薪技术企业。我们为客户提供了储能解决方案的专业服务,储能新材料和成套设备的生产供应,以及储能系统和清洁能源应用的投资运营。

率先提出了热池的概念,以及整套热能的搜集、储存、转换和应用的热池理论。通过储热核心的熔盐介质,形成了储热模块,以及集成创新的集热和换热,构成了整个的储热系统的应用。核心的产品包括解决方案、材料以及成套的设备。

能源互联网的产生,我们认为最根本的原因还是在能源的生产和消费方面,一直面临的一些突出的矛盾,在原有的格局上,能源的生产和消费之间是分离的,因此各自的信息也是不对称的,优化的模式也是根据自身的需求来进行优化的,随着双方发展的速度和规模,越来越大以后,这种信息不对称导致出来的矛盾就会越来越突出,它会形成能源利用效率的低下,能源的浪费,另外原有的体制可能会形成成本和价值之间的分离,也就是说我们现在的价格并没有反映能源的真实成本。因此对能源智能化的需求,也就日益突出。

另外一个方面,从能源的生产方面来讲,从原来的以石油天然气为主,逐步发展成为一种多元化的趋势,包括核电、生物质、风电、光伏、光热以及热电联产方面。这种多方面的原因就促使了我们能源互联网的诞生。能源互联网实际上是互联网技术发展的必然产物,能源这么大一个领域不可能也没有道理,互联网系统对这个技术不进行渗透。

所以我们能源互联网是以电力的系统为核心,构建多类型的能源互联网络,横向方面实现了多源互补,在纵向上面形成了从源到负荷,到网络到存储之间的协调,最终实现能源的高效清洁和安全的利用。

从发展的趋势上来讲,我们整个的能源网络已经从原来的集中式向分布式发展,已经从大的电源到分布式电源相混合的模式,另外从原来的一种层级式向对等式的方向来发展。从国家网络到省网到市网到最终的用户网,这样一种模型已经慢慢被打破了。另外原来的网络是单向的,能源的产生、分配、消费负荷侧是一种单向流动,现在已经构成了一种网络。

因此在格局方面,分布式的网络最后会形成一种局域网,它跟大电网之间会形成一种相互补充的关系。这样更有利与多种形式,特别是可再生能源的平滑的柔性接入。

因为能源互联网的发展,对我们整个的体系的意义是非常巨大的,不仅能够改变整个能源的生产和消费方面的模式,带来深刻的变化,另外也对我们国家现在能源和环境的突出问题,提供有效的解决方案。通过能源互联网,可以提高可再生能源的接入比例,实现能源供给方式的多元化和结构的优化,能够实现能源的资源按需流动,促进节约和高效利用,减少污染排放,控制能耗。

还有一点很重要的可以保证我们未来国家的能源和经济方面的安全。互联网它有双面性,一方面从效率上来讲,它把所有的节点全部连成了一个网络,信息技术是没有国界的,这个网络一方面要有高效性,另一方面要建立防火墙,一旦被入侵它的后果是非常严重的,可能实现毁灭性的冲击和危害。

能源互联网需要的问题主要有三个类型,第一个是技术型的,比如如何减少弃风弃光,如何提供网络安全,如何加强监控。

第二个,经济性问题。如何通过技术发展实现网络的优化,优化以后会带来一些经济上的收益。另外我们通过什么样的手段和杠杆,促进什么样的技术获得研发,什么样的技术能够推广应用,什么样的技术能够最终胜出,这是一个经济方面的问题。

第三个,体制性问题。原有的体制是面向原来旧有的格局,那么新的技术和新的手段,大量的应用形成规模以后会对原来的体制形成冲击,我们认为技术问题、经济问题和体制问题,它的难度是追逐增加的,特别是体制问题,它涉及到即得的利益,大家一些旧的价值观念和新的价值观念的冲击,可能在局部会形成非常激烈的冲突,甚至短兵相接,会伴随着大量矛盾的产生。

回到储能这个话题,储能技术是在能源互联网诞生情况下,也是一个必然,因为原有的网络它是一种连接功能,在能源的生产端和消费侧起到一个连接的作用,它如果没有储存的功能是怎么实现这个网络的稳定和优化的,可能更多的是通过限制的方法,限制你的使用,生产不够的情况下限制使用,所以会导致相当多的不满意的产生,效率一定不会是很高的。如果这个网络如果有储存的功能就相当于有了一个缓冲,就能够提供各种能源之间的耦合,特别在一些不稳定能源的介入情况下,比如风和光不稳定的生产,如果没有储存来进行耦合的话,可能这个网络问题会更多,所以储能为能源互联网提供了一些必要的支撑。

当然储能可以从很多的角度来进行划分,包括用户侧、分布式、集中式还有一些技术方面的划分,不管怎么说,它所有的需求是共同的,第一个是要求高的效率,低的投入,尽量少维护,高可靠性、长寿命,可管理。

从储能的方式上来讲,有机械式储能、化学储能、电磁储能和热能储能,这些储能各有各应用的领域,各有优缺点。储热在规模上和成本上有它自己独特的优势,所以尤其在大规模的应用上,可能储热方式目前的性价比相对更突出一些,特别我们所有的能源消费有25%是电,其实75%是热。因此储热对于整个应用上来讲,目前也是最容易推广的一种。

应用的方式多种多样,包括在调峰、新能源、微电网、需求侧、调度还有整个系统的稳定性,及增加系统的混充平滑能力方面,都有它自己应用的方式。

这是一个光热发电的例子,它为什么能够实现24小时发电,而且只用太阳呢,它实际上是利用了中午时间或者白天,多余的能量储存起来,用于夜间或者是阴天下雨的情况下,能够保证系统输出平稳,所以它能够实现连续的发电。这个是一个200万装机和配合400万光伏的情况下,上面这个图是两个小时的储能,下面这个图是十个小时的储能,绿色的部分是出力部分,红色的是弃光,大家可以看到10个小时的光热储能,明显要比两个小时的储能,弃光率要低了很多。另外在微电网方面,储能也是有它不可或缺的这么一个角色,微电网能够实现方式的灵活,体积利用,另外它有很强的对于大电网之间的配合能力,它有一定的呼吸功能。

在配电侧我们有用户需求的响应,我们可以把传统电力设施改造、运营理解为电网的基础服务,还有一部分是我们现在通过互联网的手段,增加效益的那一部分叫增值服务,它可以提供能源的综合利用,节能的改造,另外通过一些新的手段,实现配电网的电力销售还有微网、储能等等。储能在增值服务这方面它的价值就会更加突出。另外在能源的生产调度之间,通过储能进行优化以后,可以形成最佳能源的利用,在能源的生产、消费之间,构建一个智能化的系统,也就是我们能源互联网的管理系统,那么可以提供按需生产,提供最佳性价比情况下的消费,使整个系统的网络效益最大化。

这是三个200兆瓦的发电曲线,红色的是没有任何储能的,绿色的是没有储能的光热发电,它通过自身的一些特性,大概有半个小时的蒸汽的缓冲,输出特性获得了一定的改善。如果有4个小时的储能,就是紫色的区间,大家可以看到随着太阳的变化,它的负荷的变化是最平稳的,所以储能对于我们整个能源系统输出特性的改善上来讲,好处是显而易见的。

系统包括四个部分,光热、光伏、储能调峰以及能效管理。光热的配置是用了四千平米的集热,大概7.5兆瓦时的集热能力,光伏利用了5000平方米的屋顶,建了488千瓦的装机量,采用低压侧的用户侧并网,它的制冷量是1044千瓦,供热是855千瓦,在能效管理方面实现了一键启动和无人值守。

这是光热的工艺流程,包括集热、储热、换热和发电几个部分。光伏我们使用了多种技术,包括单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜,也是进行了多种技术的比对。

冷热电系统就是储能调峰这块是通过换热器供热,通过溴化锂转冷,实现了供热供冷。另外我们在整个的系统之间建立了一个智慧能源管理系统,它是对能量的生产和能量的需求,进行一些低温信息的采集,然后通过一些动态的学习,对整个系统的行为做一个判断以后,对它的应用做一个优化,所以这是一个不断的自优化,动态学习的这样一个系统。它的工作模型大概是这个样子,首先通过表具还有传感器,把所有能源生产的节点和用户消费的节点,全部进行采集,采集以后它会有一个能源分析学习,这个是对我们所有的能源的生产跟消费之间的行为进行分析,所以我们叫行为分析系统。分析行为以后就有一个决策系统,就是通过我们的优化模块,对于不同时间段,不同季节,不同用户特点,根据它这样一个模型对于应用进行执行,所以它有一个采集、行为分析、行为决策以及最后的执行这么几个单元。通过长时间的优化闭环以后,它的效益会越来越高。

因此这是一个综合全面的能源管理计划,对于能源的产生、输送、保存、使用、计量、分析、改进进行全生命周期的管理,另外会分期、分阶段、分步骤的实施。

这个系统有几个亮点,首先它是全球首个四元熔盐传热储热的光热发电项目,第二个也是首个光热发电禹城市建筑相结合的项目,第三它是首个光热发电、光伏发电、储能调峰、热电冷联供、智慧能源管理一体化的项目,实现了光热、光伏、谷电的多能互补、冷、热、电多能联供,一个产、销、储智能微网互联,具有良好的示范效应。

这个是建设过程中的一些照片,这是从不同角度拍的各个分系统。这是建成以后的全景的航拍和集热系统部分、储能换热系统部分,发电系统部分。这个是冷热电联供的部分,整体的应用是冬天供热,夏天制冷,四季发电。

整个的项目是在去年12月份建成竣工。

我的汇报内容就是这些,谢谢大家。

主持人:感谢爱能森总裁李珂的分享。李珂从事能源工作有20多年,来自于东南大学,他是从最早期的风力发电,到风光互补,到光伏发电,在这近十年时间就专业的从事光热发电。刚才他分享的是江苏宿迁爱能森公司进行的以光伏发电、光热发电,包括智慧能源为一体的项目,同时在2016年的时候,爱能森项目以储能为核心,在山东寿光市的一个农村,大棚蔬菜的积聚地,用了45天的时间,用熔融盐储能给四千户的农户实现了集中供暖。传统的空气缘热泵、地缘热泵在山东不稳定,加上谷电的熔融盐储能达到了成功的供暖,而且经济价值的汇报应该是在4.5年时间左右。所以在爱能森的实践当中,我们也能感受到储能对于我们光热发电的发展带来的作用。

谢国辉:太阳能热发电在电网中的定位

国网能源研究院新能源与统计研究所副所长 谢国辉

谢国辉:感谢主办方给我这样一个机会分享我们在太阳能光热领域研究成果和实践。

前几天看了一个财经新闻,一季度我们国家的经济增长持续下滑,因为从各项经济运行的指标来看都是非常好的,尤其我们的实体经济,像钢铁、有色,所以我想光热发电作为我们国家的实体经济里面非常重要的组成部分,在今年或者十三五期间,会不会成为实体经济拉动的一个新的增长引擎呢?所以我本人是比较看好光热发电的,对它的发展充满了信心。

刚才几位专家和学者对光热发电给予了很高的期望,我想说的是,我本人对光热也是抱有非常好的一个信心。但是我们要从电网的角度,从另外一个视角来思考一下,光热发电到底在我们电力系统里面扮演着什么样的角色,未来在我们的调峰调频里面,会起到什么样的作用,这是我们今天想要讲的一个主题。我想光热发电在电网中的定位,首先我们要从几个方面来理解,第一个方面就是要从整个大的能源体系来考量一下,光热发电在能源结构里面到底是处于什么样的角色,这是我们必须要回答的一个问题。

第二个问题,电力系统是比较特殊的,电也是比较特殊的商品,它在前期必须做好电力规划,实际运行的时候必须对电网的调峰调频有一定的要求,所以从电网基本的要求我们考量各类电源在电网中的工作位置,以及在电力系统中的价值是什么,这是我今天想汇报的几个方面的内容。

第一,太阳能热发电在我国电力供能中的作用,我们要从大的体系来考量光热发电到底是什么样的地位。

光热发电是太阳能发电一个新型的利用技术,跟光伏发电是并列的,所以我们首先回顾一下,整个太阳能发电到目前取得了什么样的成就,我们也看到太阳能发电,尤其是这几年的光伏发电,2016年光机容量已经达到了7742万千瓦,整个太阳能是以光伏发电为主导的,在这几年取得了突飞猛进的进展。去年的光伏发电新增装机容量首次超过了风电,这是一个标志性的事件。

而且从布局来看,因为考虑到弃光的问题,西北地区光伏在下调,中东部一直是一个增长的趋势。从布局来看,这张图展示的太阳能装机的布局情况,主要还是集中在北部和西部。太阳能有商业化运行的电站包括浙江中控的德令哈,1万千瓦的塔式光热电站,还有甘肃首航节能敦煌1万千瓦熔盐塔式光热电站,所以太阳能领域光伏发电还是主导,发热刚刚起步。

第二,太阳能发电在以后的大能源体系中,它有什么样的演变趋势呢?这幅图是国网能源院的能源所,做的一个面向2050年,各类电源在整个能源供应系统中的变化趋势,在2015年的时候,我们发现了一个非常典型性事件,2015年火电的新增电量已经在下调了,同年我们风电的发电量已经超过了火电的新增发电量,所以从2015年有个迹象,我们的太阳能发电或者我们的风电在能源结构已经开始起到替代电源的作用。随着趋势的演变,在十三五期间火电的新增发电量还会往上涨,可能2020年以后火电的新增发电量会往下走,而风电的发电量在未来,特别在2020年之后,在能源供应结构,它的电量是持续增长的,所以我们可以得出一个阶段,当前太阳能发电量已经逐步从补充电源向替代电源转变,特别是2025年期间,太阳能新增的发电量将超过煤电新增的发电量,这是一个非常标志性的事件,也是在未来能源供应体系中的一个角色非常重要的描述,这是从新增电量来考量太阳能发电的地位。

这幅图是从发电量的绝对量来考量这个地位,我们也是做了一个分析,远景的时候我们可以看到,大概在2040年,煤电的发电量是往下走的趋势,而水电、核电还有太阳能、风电,它的发电量是一直在往上增长的,所以在2040年的时候,太阳能会超过煤电总的发电量,这也是一个非常典型的迹象。

我们判断大概在2040年的时候,整个电力系统的供应结构的时候,它处于一种替代电源向主导能源转变的地位。太阳能在电力系统会扮演主导能源的地位,这是对太阳能地位的描述。

光热发电在太阳能领域里面占有什么样的地位呢?首先我们要分析光热发电的发展前景,我们必须考量它的几个重要经济指标,比如它的技术到底能不能突破,第二它的成本到底能下来多少,成本的下降和风电和光伏发电,到底有没有市场的竞争力?我们才能够准确客观的判断,到底太阳能光热发电在太阳能领域处于什么样的地位。目前技术突飞猛进,而且个人比较看好塔式发电,因为它单机容量可以做的很大,并且在成本上具有很大的下降空间。

但是我们另外看到,光热发电确实对资源条件是有约束性的,比如DMI,建大型的塔式电站的时候,DMI必须要达到1800。光伏在1050就可以很好的发电。所以它跟光伏发电比起来还是有资源瓶颈约束的。

所以我们从两个方面来考量,首先从技术趋势来看,我认为塔式光热发电在将来是具有非常大的优势,并且它能够推动光热发电能够朝着规模大、系统大、效益高的方向发展。从成本趋势来看,也是根据国际可再生能源署的预判,未来配备储热系统,大概超过6个小时用光热发电,度电成本会下降超过一半,达到接近光伏发电的成本的度电空间,所以还是具备一定市场竞争力的。

从这几个指标考虑,随着我们技术的进一步进步和成本的下降,太阳能热发电将具有较好的技术经济性,未来的应用前景广阔。但是同时看到在整个大能源体系当中,不能只看光热,我们来反思一下光伏,如果在降低发电成本,实现大规模应用方面,应该比光热更具有优势,所以从未来趋势来看,从2040年主导电源来看,光伏发电仍然是我们太阳能发电的主导技术。在相当长一段时间内,太阳能发电前景非常广阔,在太阳能领域还是起到一个替代电源作用,这是我们相关的观点分析判断,这是第一部分在能源领域的最新分析。

第二部分讲讲电力系统规划。到底太阳能热发电为什么相比光伏而言,它对电网而言是更加友好型的电源呢?从两个方面考量,第一方面是电力系统规划,首先要明确什么是电力系统规划,它必须要解决一个关键性的问题,我们有一个日负荷曲线,在做规划的时候,尤其是对高峰时段必须进行电力平衡,在电力平衡时段上我们要考量,各类电源到底在高峰时段能够提供的可用能量是多少,这是关键环节。如果在这个时空提供的可信容量,我们就认为在电力规划的时候,这类电源对整个电力平衡的贡献其实是很低的。比如风电、光伏这种出力波动性的电源,对电力系统会产生什么样的影响。

如果从电力平衡的角度来看,我们的煤电在系统中其实是起到很大作用的,虽然它目前是去产能,但是因为它出力可测、可控、可调,所以给我们电力规划带来了很大的好处。

随着间歇电源接入进来,这张图是不同国家在风电不同的穿透力的时候,它的风电到底在高峰时段能提供多少的可信容量。比如我们的风电渗透率在用电比达到10%的时候,它的可信度30%,如果渗透率达到20%的时候,可信度是降到了20%以下,随着间歇电源的规模在系统中接入规模越来越大的时候,它的可信容量其实是降低了。间歇性电源如果不配备储能,在大规模接入电力系统的时候,对我们的规划环节会带来很大的影响。

这幅图是美国内达华州接入90万千瓦置信容量的时候,我们可以看到,光伏发电的置信容量,因为它的出力还是比较稳定,比较平滑的,所以它在高峰时段的置信容量,应该是比风电置信容量要高,比如达到50%。右下角那个图是我们拿到的青海光伏发电全年每个小时的运行出力,我们统计了一下,在高峰时期大概95%的置信水平下,它的置信容量也就是25%左右。在高峰时段的时候,我们100万的光伏电站也就是只有25万的光伏电站的容量能够参与电力系统的规划环节,电力平衡。

再看看光热发电,我们看到在冬天、春天、夏天的时候,光热发电,比如说它配备了6个小时的储热,在晚高峰的时候它是可以发电的。就是说在晚高峰的时候,光热是可以去发电的,光伏是不能发电的。

再举一个例子,我们想得到光热发电的置信容量到底比光伏好在哪里。因为目前光热发电运行的数据还比较少,这是光伏发电和光热发电一起联合运行的案例,基本的研究结论,如何联合运用之后,高峰时段的置信容量可以达到84.8%。如果单独考虑太阳能热发电,其置信容量也达到65%的水平。从电力系统规划,电力平衡的角度来看,太阳能热发电确实能够在电力规划,电力平衡中发挥重要的作用。

第三点,太阳能光热发电在电网运行中的工作位置和价值。首先我们想一下,电力跟其他商品是不一样的,它是实时平衡的,也就是说发电和用电必须在同一时间保持平衡,要不然它就无法保持50赫兹的频率要求,如果不平衡就会给电力带来一个比较严重的挑战。

所以我们看到风电和光伏发电,客观上它是打破了瞬时平衡的电力系统,我们是以电源的可调度性,来满足负荷的随机性,这是电力系统运行的特点。尤其在秒级、分钟级的电力实时平衡问题上,带来了一个很大的挑战。右下角这个图就是加州典型的鸭形的曲线,在负荷高峰时段由光伏大量接入导致它的反调峰性在越近中午的时候压的很低,但是在晚高峰的时候光伏发电是无法顶上来的,所以在晚高峰的时候必须要大量的常规电源,比如煤电必须要开启。但是由于在白天高峰的时候我们把大量的煤电停机了,所以导致在晚高峰的时候我们没有能力把更多的煤电开启,我们只能用一些天然气机组或者水电,调节能力更好,在晚高峰的时候顶上来。

第三个想说的是,太阳能热发电在电网系统中的作用,其实它有两个作用,它的出力特性是比风电、光伏发电是要友好的,所以必然带来它两个作用,第一个作用,它在规模不大的时候,它完全可以作为系统的调峰电源,光伏和风电配合运行,满足系统调峰调频的需求。第二光热发电规模越来越大的时候,完全有可能替代电力系统中的核电,以及静流式水电。所以在这里展示两幅图解释一下,这是美国西部电网高比例波动性电源接入的情景,黄色的是光伏发电,基本是在白天高峰的时段。在晚高峰的时候橙色部分就是光热发电,所以从这个曲线上我们就很清楚的看到,光伏和光热是可以联合运行的,在平滑整个出力可控性的时候,是能够起到非常大的作用的。这是电力系统各类电源的运行图。

最下面是核电,还有煤电,还有地热、燃气机组,这是在光热发电作为调峰电源的时候,参与整个电力调度运行时候的一张图。

未来光热发电在电力系统运行会有更加重大的价值,光热发电的规模更大一些,在青海光热发电甚至能达到它装机容量一半的时候,整个系统运行又是怎么样的呢?这张图是用德国在2015年各类电源的运行曲线,最下面应该是径流式水电,绿色的是生物质,红色的是核电,我们看基荷电源是提供了超过一半的电力供应。

最后一个是光热发电的价值,这是美国国家可再生能源室做的一个研究实验,它是有光伏、风电,有太阳能光热,包括无储热还有没有储热的技术类型。光热发电的价值体现在哪里呢?不仅是替代了高成本的机组发电,还降低了机组启停的次数和成本,减少有害气体的排放,提供高峰时段容量效益等,降低整个系统的边际费用。它的整个价值还是比较高的,基本上高出光伏20%左右。所以未来还是比较坚定看好太阳能光热发电,在电力系统里面的价值和作用的。

我的汇报结束,谢谢。

主持人:非常感谢国网能源研究新能源与统计研究所副所长谢国辉博士为我们带来的分享。他特别提提到了能源供应系统当中,新能源替代电源的作用,特别是我们的技术成本下降,才具备市场竞争力。而且对于清洁性的电网对于电网的冲击,以及电网欢迎友好电力。

朱凌志:太阳能热发电与电网调节


中国电力科学研究院新能源研究中心副总工程师 朱凌志

朱凌志:感谢各位专家,各位领导,给我这个机会分享我们在光热发电与电网的关系方面所开展的一些研究。

光热发电也是新能源的新生力量,我先简单介绍一下我国新能源并网和运行的情况,很多东西前面已经说过一些了。

这是我国在这十多年来,风电和太阳能的装机情况,截至2016年年底,我国风电装机已经达到1.49亿,光伏装机7742千瓦,主要集中在东北、华北、西北地区,光伏主要是华北、以及中东部的一些发达地区,像江苏、浙江这块。西北和华北,特别是西北内蒙,也是我国光热发电发展的一个重点地区。

再看看我国新能源的运行情况,这几年来,不光是去年,弃风、弃光一直是我国新能源关注的热点问题,为什么这么多新能源都被扔掉了呢?而且电量还很可观。这是去年弃风、弃光的情况,甘肃弃风率大概43%,弃光率大概32%,新疆弃光率38%,这是电量,不是电力。有一段时间新疆所有的新能源,无论是光伏还是风电一律不允许发电,这是100%弃。这是我国新能源面临的一些实际情况。

为什么会出现这样的情况呢?从技术上面可能有三大类,一个是新能源消纳空间,电网输电能力的问题,新能源超常规发展,发展程度太快了,跟不上,局部占比过大,超出了市场曾在能力。三北地区负荷占全国36%,但是新能源的装机占全国的75%,而蒙东、甘肃、宁夏、新疆的新能源渗透率都已经超过了100%。另外由于新能源超常规发展,电网与新能源的规划脱节,跨区输电能力不能满足外送需求,2015年底,新能源装机60GW,跨区外送能力只有16GW。东北电网新能源装机25.5GW,跨区外送能力3GW。新能源富余电力达到20GW。与国外对比,德国与周边七个国家形成互联,成为欧洲统一电网的枢纽。2014年的6月9号下午,德国负荷6500万千瓦,光伏发电2300万千瓦,其中1400万千瓦通过联络线送到邻国。

另外是系统的调节能力问题,首先是灵活调节电源,抽蓄和燃气的比重比较低,这是我们国家的一些地区和国外一些国家典型的新能源、灵活电源装机情况,左边的是灵活电源和新能源装机的比例关系,右边的表是各个国家灵活电源装机占比。可以看到美国、西班牙等国家灵活电源的比重也很高,中国的灵活电源比重可能不到5%,而且还不能利用上,地区分布还不均,在东北、西北地区比较少,西南比较多一些,但是西南新能源又比较少一些。

另外是火电的调节能力不足,我国火电装机超过10亿千瓦,但是调峰能力普遍只有50%左右,三北地区的火电机组在供暖期只有20%的调节能力。而西班牙、丹麦等国家的火电机组都具备深度调峰能力,可调节出力达到80%。

另外一点是新能源的并网适应性问题,新能源、风电和光伏的并网和常规技术很犹大的区别,它缺少惯性特性、频率支撑能力弱,高占比导致电网抗扰动能力下降,这两张仿真图是西北电网和东北电网的频率特性,风电出力12GW和10GW情况下的频率对比,由于新能源的接入,系统的频率特性相比以前是恶化了很多。

新能源的电压调节能力有限,耐受故障能力不足,易导致连锁故障。2011年在甘肃发生了好多起大规模风电脱网事故,引起了低电压问题。在单机启动的一瞬间,电压可能升到了额定电压的三倍。火电是没有问题的,但是常规的风电、光伏目前是达不到这种要求的,又可能造成大规模的脱网。风电、光伏的单机容量小,设备数量多,一个机群可能成千上万台,控制系统相互会引起事故震荡等等。这是2015年在哈密地区发生的风电次同步振荡问题,导致了远端的火电厂的跳机。这个问题在2015年发生了好多次。

我们说完了新能源现在的问题,我们再看看光热发电和常规的新能源,以及常规电源有什么不一样。目前主流的发热发电技术包括塔式、槽式和碟式。最主要的还是塔式和槽式,基本结构就是通过光场到集热器,到换热器再到蒸汽发生器到发电机,它和塔式光能的区别主要在前端,到后面发电的方式其实都是差不多的。只不过塔式的蒸汽温度高一些,槽式稍微低一些。

下面两个表,对比了光热发电和光伏风电的差别,首先能量转换过程是不一样的,存储技术,光热发电可以通过储热,实现0到12小时的储存,光伏、风电本身不带存储功能。输出波动性,光热可以做到比较持续,比较稳定,光伏的波动性还是比较强的,风电会更强。风电的波动性要比光伏的波动性要大很多。

单体规模,光热发电典型的容量是单机容量是50兆瓦,光伏最小的1千瓦左右的逆变器到2兆瓦的逆变器都有,风电也是1到10兆瓦,从单体容量来说光热发电要大很多。

并网接口这个是最重要的区别,光热是同步发电机,光伏发电是逆变器,风力发电也是通过异步机或者逆变器的方式并网。

技术成熟度,光热相对低一些。

开发方式,光热主要是以集中式为主,光伏和风电都可以有集中式和分布式。

再看看光热发电和常规燃煤机组和水利机组的对比,并网接口都是用同步发电机,单机容量新的燃煤和水电都会比较大一些,一般都在300兆瓦以上,小水电除外。除了稳定性,光热虽然比风电和光伏有优势,但是和水利、火电比还是要弱一些。

负荷调节范围,光热发电比燃煤发电有优势,可能达不到水电的性能。

启动时间,光热冷态和热态的启动时间大概是20到60分钟,比火电快很多,比水力慢很多。

爬坡速度,光热没有相关数据,火电可以到2%到3%,如果是燃气可以到5%,水利发电会更快,可能1分钟或者2分钟之内就能满负荷。

再看看光热发电参与电网调节的技术分析。首先是调峰分析,影响新能源的主要因素,主要是区域负荷特性,第二是新能源出力特性,它的出力是什么样,是正调峰还是反调峰,然后电源调节特性,还有电网输电机制,还有市场交易机制的问题。

常规电源不仅要跟随负荷的变化,还需要平衡新能源的出力波动。如果新能源的最大输出不能符合常规电源调节范围时,就会出现弃风弃光。

这是我们研究的几种不同储热容量范围下,光热发电可能的出力曲线,第一种是不带储热的,第二是带两小时的,第三种是带10小时储热的,不带储热的只能在光照的时间段,可能能够平移掉一些波动,但是实现不了移峰、错峰的效益,带两小时的储热能够实现一部分,但是空间不大。

这是美国的研究,含光热电站连续四天的运行仿真,可以看出带出热光热可以有效的参与电网调峰。

第二个看调频问题,这是电力系统频率调节的时段划分,在一个事故发生以后,在5秒范围之内,火电机组自然响应。在5秒或者说0到30秒之间,或者5秒到30秒之间,频率特性会影响到整个电网,其他的机组会参与一次调频,也是机组自然设定的程序,这个时候是不需要人为干预的。到30秒到15分钟之间属于电网的二次调频范畴,15到75分钟属于三次调频范畴。在二次调频以后,都是我们比较成熟的,现在的弃风限电实际上就是二次调频,或者是更往后的一些调节引起的。而我们的风电和光伏,目前由于它本身的特点,还没有参与到电力的一次调频。

这是电网运行准则,主要是设定了电网中运行的所有电源,以及常规电源,一次调频的要求。一次调频基本的要求就是往上能有6%的调节范围,往下10%的调节范围,整个时间段要在30秒之内完成,这是对常规电源的要求。我们现在还没有光热发电的并网标准,我们也在制订光热发电的一些并网标准,这些方面的要求可能会参照常规电源来执行。光热在实现要求上面应该是没有什么难度的,条件很成熟。

这是各个国家新能源对于风电光伏的要求,国外对风电光伏已经提出了参与一次调频的要求,中国目前还没有。在这个方面我想光热也不会特殊,也会像常规电源一样向系统提供一些频率的支撑。

这是参与系统的调压,因为光热是同步发电,发电机组必须装设连续式自动电压调节器,电网运行守则里面,对于同步发电机调压的一些要求,比如说要有AVR,接入低压调节功能,我想针对光热,这些要求也一样会提出,所以说我们做光热电站设计集成运行的时候,需要注意的一些环节。

我们再看看光热发电与系统的稳定控制,首先光热发电作为一个同步机电源是很有优势的,增加系统惯量,支撑频率稳定,提高电网抗扰动能力。我们做了仿真图形,如果把西北电网的风电和光伏换成光热,频率事件就不会那么恶化。

第二,光热发电可以提高短路电流水平和耐受故障能力,增强送端电网电压稳定性,避免连锁故障。我们现在的直流送端电网由于风电、光伏太多,同步机电太少,所以国家电网提出要在西部建同步调向机,来支撑频率的稳定性。如果送端电网能够有一些光热电站的支撑,可能我们就不需要再建同步调相机了。

另外它可以改善接入地区的电能质量,抑制次同步振荡。在2015年新疆次同步振荡事故中,震荡源主要集中在麻黄沟地区,主要是集中在风电汇集地。而相邻的风电集群就没有次振荡法身,我们后来研究了这些原因,有一个大用户的自备电厂,他有同步发电机,这个同步发电机就是类似一个蓄水池,它是一个很稳定的源,所以一些波动到那里以后,一些斜波和次同波就会平抑掉,如果系统中配合适合的点进行频率支撑,而且安装一些光热电站,系统中的斜波以及次同步振荡问题都会得到很大的改善。

另外有个潜在的风险,光热发电如果集群接入,有可能在集群接入地区产生低频振荡的风险,我国的广西、云南包括湖北这些地方都有很多的小水电,在小水电富集的地方,就有可能发生低频振荡,这是我们未来在电网运行和规划分析中需要考虑的一些点。

最后我们举一个案例,光热发电对新能源消纳的影响分析。这个案例前面好多专家引用了一些,源在我们这儿。假如2020年装机为1千万千瓦,按当时的负荷以电网的外送水平,弃光率达到7.48%。在2020年一千万千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为有13.2和10.17%。对于一千万千瓦光伏和200万千瓦光热装机,分别光热电站不同储热时间,2小时,4小时和10小时,弃光率分别是10.17%、7.53和4.82%,

这是假设四百万千瓦光伏加200万千瓦光热位于同一区域,不同出热时间2小时和10小时的光热发电输出图。

这是我们做的一些研究,光热发电的发展对于提高整体新能源的消纳能力是很有帮助的。

最后给出一个结论,弃风弃光在未来我国很长一段时间内面临的主要问题,尤其是在适宜太阳能热发电开发的西部地区,具备较场储热能力的太阳能热发电可以有效提高系统调峰能力,缓解新能源限电问题。而储热能力不足的太阳能热发电,自身也存在被限电的风险,光热发电具有优良的并网适应性,可改善新能源集中开发区域的系统稳定性。应加强光热发电接入后的系统稳定性问题以及控制方法研究,实现光热发电与风电、光伏以及常规电源的协调优化运行。

另外很重要的一点,光热光电的发展,除了电价政策以外,可能还需要争取到一系列配套辅助服务政策的支持。光热发电为风电调峰或者光伏调峰,为局部地区的稳定性,是否可以算做稳定服务,可以从光伏企业、风电企业得到一些额外的补偿,来提高光热发电本身的效益和竞争力水平,这可能是需要我们研究和讨论的问题。

我的发言就到这里,谢谢大家。

主持人:非常感谢中国电力科学研究院新能源研究中心的副总工程师朱老师今天带来的《太阳能热发电与电网调节》的分享,朱老师今天展示了在西北地区弃风、弃光的数据,让我们更加感受的是储能并不是储的时间越长越好,我们在青海地区有的时候是四个小时,有的地区是八个小时,在河北张家口地区有的设计方案是15个小时,包括在美国,摩洛哥、南非,都有不同的储能时间。为什么会有这个不同的储能时间呢?它实际上是基于要汽轮机保持在24小时连续运作的前提下,保证光热发电的电力输出品质之下,达到光热发电电站最佳的投资效率,和最佳的经济价值。

我们可以看到光热发电,每一个老师的分享都离不开储热能这样一个题目,而且储热能当中还分出了不同的区间的储热能,我们就能感受到用什么来进行储热能。我们一直都了解到水的储能,空气的储能,包括飞轮,水泥、沙子,各种方式的储能,全球的科学家都在不断的寻找。

程晓敏:高温储能材料技术与应用


武汉理工大学材料学院教授 程晓敏

程晓敏:各位来宾,女士们、先生们,上午好。非常高兴参加这个演讲。储能大会我第一次参加,我们参加过热发电大会商业论坛,在中英论坛、中法论坛,还参加了很多。但是这个规模非常大,很有感触。

我们是做材料出身的,跟大家的出发点是不一样的,大家讲的非常宏观,从系统、投资成本、效益等等,宏观考虑比较多。从储能来讲,它是要有一个载体,有一个材料,任何东西离开载体,离开材料是无法实现的,所以我们研究储热就要从它的载体研究起,就从原子、分子这个层次,从它的能量交换,相互作用也是在原子、分子,电子这个层次。

第二个,也有很多做企业的,他们经常到我们学校调研了解,总是问我什么储热材料最好,我只能这样说,没有最好,只有最合适。不同的温度不同的场合,不同的集热,不同的传热流体需要不同的材料。而且单一的材料有时候也很难满足,所以还有一个理念,就是一种复合的概念。不仅仅是材料的复合,有机无机,金属、无机非金属,或者是高分子,同时也是一种功能的负荷,还有一种是结构的负荷,从微米、纳米。后面我们主要是很简单的给大家介绍一下我们近十年在储热做的工作。

因为储能这个概念太大了,我们现在做材料做储电的很多,化学储能非常多。包括储能的方式,绝对没有说哪一种储能最好,只有最合适,因为电动车都要储电的,你不能储热,那我们在热利用的时候,就需要储热。

可再生能源,太阳能在我们国家西部,在中部可能会差一些,从应用来讲,温度是很重要的,储热一定要跟温度相适合。比如在低温的话,界定一般是80度以下,热水比较多。我们十二五做过一个国家科技部的项目,叫做太阳能中温技术与工业应用,这个界定是在80到250度,包括太阳能空调,采暖,也包括食品干燥、纺织化工等等,这是我们做了一个十二五的国家科技支持计划。在250以上就是高温的,热发电这块的太阳能,这个西班牙比较先进的塔式电站,主要是高温的,它是用了560度的熔盐。

所以储热我刚才也说了,显热储热从蒸汽、沙石、导热流,或者是熔盐,这是用的比较多,从液体的固体的,当然也有很多复合的。单一的材料往往会有一些缺点,所以对于我们做材料的人来说更多的是做改性。比如一个熔盐有很多种,有单一的有低熔点的甚至在高温使用的时候它会发生很多的变化,那么我们就要研究它的变化。

这是蒸汽储热的,从熔盐的角度来讲,不同的熔盐也有很多,比如Solar  Salt是大家用的比较多,我们以这个为基盐也做了很多的研究。

这里面我有一个博士生就专门做这个熔盐,它在不同的温度会发生哪些变化,我们更多的只是选择了一种盐,但是这种盐在高温长期适合它会有什么变化。硝酸钠、硝酸钾,其实它在高温下我们对它进行处理,不加任何的东西它也会变成亚硝酸盐。有很多的公司讲我这个熔点非常低,到100多度,实际上我们可以把它做到70几度,60多度就可以,因为我改变了它的成分。硝酸钠、硝酸钾在高温下的氮原子,它的价态会发生变化,这里面我们就不详细讲了。我们可以通过分析氮原子光电能谱的能级,我们可以知道它是亚硝酸盐还是硝酸盐,它的含量有多少,所以这个我们做了以后,我们发现通过不同的温度处理以后,我们得到的熔盐熔点就变化非常大,有的就到了120几度。我们把它处理以后熔点就变成127度了。这和我们平时讲的低熔点的配方不一样,我们用硝酸盐、亚硝酸盐,我们是加硝酸铝,它的熔点更低,但是在高温使用的时候都会发生变化,但是它的成分就非常复杂了。

我们也做了固体,因为理工大的材料室比较大,我们有两个国家重点实验室,所以做材料的人比较多,无机分析的材料也是特色,所以我们在混凝土储热这一块做的也比较多,这是在青海德令哈,我们在现场做了一些混凝土储热的示范。这是陶瓷,也做了很多,比如蜂窝陶瓷,有很多企业也跟我们合作。比如在空气传热的时候,我们用陶瓷来做储热也是非常好的,它的显热储热,温度也非常高。

相变储热我们也做了很多的研究,我们很多学校是专门做研究,但是对我们来说我们是把温度从几十度一直做到了好几百度,相变储热,而且材料体系我们也做了很多。

我们也做了合金,你看到同样的成分变化很小,但是它的相变其实差别很大。你从这里面看,从能量的角度来讲,它的组织稍微变化一点,它的界面能、表面能就增加的非常大,所以它的潜能就会增加了很多。比如我们讲一个熔点,其实都是在原子这个层次,到电子这个能量,从最基本的东西我们做了它相互之间建立材料、成分、性能之间的关联机制,这是我们主要考虑的。

我们也做各种水和盐,那都是温度比较低的,一般来说在100度以下,这个是根据它系统的需求来选择。当然水和盐有很大的缺点,比如过冷、相分离等等,那么我们就要通过改性,比如减轻它的过冷度,同时避免相分离。这是我们做的一些有机的酸。

再比如说醇类,我们对十八醇我们做了很多改性的研究,在实际应用当中的性能也非常的好。比如通过膨胀纳米石墨片,或者碳纳米管等等,通过一系列的对它进行改性,这是对它性能的测试,包括一些微观的结构。我们在实际应用当中,通常想到无机盐做相变这块,我们是从材料的角度来研究它,我参加了很多会,真正从材料角度研究的人比较少,大部分还是从传热、热交换,从系统来进行评价,这个角度还是不一样,所以我在这里主要想宣讲一下我们在原子分子这个层次。比如当时我听了丁教授的几次报告,他就说当大位结构化的时候,它的比额会增加很多,我们做也是这样,增加了30%到40%作有。我们就要从理论上来进行解释,比如它的半固态的界面,当钠微结构的颗粒加入到传热流体里面的时候,它里面的微结构导致它的能量变化非常大。去年我到中法先进材料论坛里面有一个,用××软件对材料的性能直接进行计算,我们现在也有个博士生也在做,直接从理念上来对它进行阐述。

下面是我们实验室做的储能的,包括有空气换热的,相变储能的,这是我们做的太阳能空调,工作温度在170左右,做储能相关的材料和系统的选择。

这个是华电电力科技院,实际上它是一个多能互补的,它有地热能包括光伏、光热、还有燃气轮机烟汽的余热储存,导热传热然后再加相变储能的系统。这里是一个采暖的,北京有一家公司,很多同行也去过,我们给他做的相变储热,他实际上是利用低谷电,冷水进,热水出就是一个换热,晚上充电白天就换热。

这是更低的温度了,这是有一个做真空杯的,在真空层还加了一层相变储能层,95度的开水倒进去以后再30秒就可以降到60度,因为保温杯开水不大好喝,倒进去热量储存进去又能够保持温度,这个我们也做了,只是这个杯子比较重一些。

这是我们近期做的一些国家的项目。

这就是我的汇报,谢谢大家。

主持人:非常感谢程教授给我们带来的精彩分享。程教授里面那个华电研究所的多能负荷的项目,爱能森还特别提供了导热油给他们。在程教授的分享当中,我们感受到致力于低成本、高性能的储能材料的研究,是储热能的关键所在,我们也希望以后有机会跟程教授的储能材料方面开展更深入的合作。

徐超:光热发电低成本储热技术之单罐斜温层储热


华北电力大学教授 徐超

徐超:尊敬的各位嘉宾,各位专家,各位领导大家好,非常荣幸能够再次参加国际储能大会,我是2012年参加过一次,非常荣幸能够给我这次机会,给大家汇报一种新的储热技术。前面的几位专家讲了太阳能热发电的核心优势,以及在电网中集成的一些优势,以及运行情况。而且我们前面也特别强调了,储热在太阳能热发电中核心的优势。但是目前太阳能热发电涉及的储热,主要是基于熔盐的双罐储热系统,大家知道目前太阳能热发电它的成本相对来说还是比较高的,我们需要在比较短的时间内大幅降低成本,储热在太阳能热发电总的成本大概占15%左右,为了大幅度降低太阳能热发电的成本,我们也需要降低储热的成本,所以说我这次报告主要是围绕着一种新型的储热技术给大家做一个简单的介绍。

背景前面各位老师都讲过了,所以我们简单的过一遍。我们现在面临的能源革命,其中一个非常重要的特点就是新能源的接入更广泛,我们需要更大比例的新能源的接入,这个时候我们国家在各项规划中也都对新能源的介入比例有比较高的要求。但是新能源它存在着间歇性和波动性,所以说在间歇性波动性的新能源的发电,没法直接接入电网,或者说非常困难。所以说我们近几年面临着非常严重的弃风弃光问题,我们从这个图可以看出,弃风弃光的比例在近几年持续增高。所以我们目前的应用和发展过程中,如何去降低弃风弃光是我们必须要克服的难题。刚才朱凌志老师也提到了,可能在比较长的时间内,都需要去面临这个严峻的问题。

另一方面我们国家对弃风弃光比例又有非常严格的要求,比如到2020年弃风弃光比例不应该超过5%。如何降低弃风弃光,最有效的方法就是储能,储能就是储电,我们可以用各种电池把电存储起来,储电现在非常火,但是它的主要瓶颈就是成本还是太高。各种不同的电化学储电技术,它们的成本相对来说都是比较高的,而我们储热如果和储热相比的话,它的成本只有大概四分之一左右。比如我们目前太阳能热发电用的熔盐双罐储热,它的成本只有80到200美元/千瓦时,这个千瓦时我已经转换成电的单位了。

正因为储热的核心成本低,而且有核心竞争优势,才使太阳能热发电在我们国内得到了非常广泛的发展。由于加上储热以后,它可以给太阳能热发电带来三个优点,第一是稳定系统运行,提高发电效率。二是提高可调度性,延长发电时间。三是低成本的储热也有助于降低整体太阳能热发电的成本,基于以上优势,太阳能发电可以成为基荷电力,它成为基荷电力以后,它的推广同时可以提高电网容纳风电、光伏等新能源电力的能力。

这个图我们可以看出,这个是西班牙的电站,它可以实现24小时的连续发电。

这个是NREL的一个报告,在给定的新能源的接入比例的情况下,光伏和风电相比,我们如果加上太阳能热发电以后,弃风弃光的比例可以大幅度的下降,这一点来看,太阳能热发电在新能源系统,或者国家的能源规划中将占据非常重要的作用。

基于以上原因,太阳能热发电的前景是非常明朗的,在不同的规划中,我们可以看出在太阳能热发电随着时间的进行,它的比例会越来越高,比如到2030年,全球的预期装机可以达到261个GW,同时成本有可能会下降一半。当然这个成本的下降需要我们整个的科研院所和产业共同努力,在各个技术方面来实现成本的下降。

这个是刚才各位专家提到过的,目前的太阳能热发电,包括我们正在示范的20个示范项目中,广泛使用的双罐熔盐储热系统,在槽式是间接储热,在塔式是直接储热,这个储热技术是相对来说比较成熟的,当然目前也面临着一些工程的问题,比如美国的一些储热电站也出现了一些安全问题。

总体来说,熔盐双罐储热是唯一得到大规模应用的储热技术,它的优势非常明显,就是它因为把高温罐和低温罐分开放置,另外它放热的时候可以提供恒定温度的热源,另外部分充分放热运行的时候性能优越。技术成熟,但是我们国家仍然缺乏商业化常见于的应用,一。

我们需要降低储热成本,但是对于双罐熔融盐,需要大量的熔融盐,成本非常高。所以很多科研院所都在研发新型的储热技术来代替这个双罐储热,来降低成本。

目前新型的储热技术种类非常大,我总结了一下,主要有两种技术,得到了非常多的关注,第一种就是单罐斜温层储热,实际上它在美国的电站中已经有过示范应用,但是后来由于一些原因,然后没有用下来,由于我们储热成本的压力,目前单罐斜温层储热研究非常火,希望能够开发一种低成本的储热技术,还有一种就是使用间接储热,使用陶瓷或者高温混凝土等固体材料。

关于储热,我们团队也做了很多年,从2010年开始做,有7年的研发,包括设计了单罐斜温层储热以及混凝土储热,包括储热材料的开发,包括材料改性,包括相变储热等等,这次我想简单给大家介绍一下什么是单罐斜温层,以及它的主要的技术特点还有发展方向,还有主要问题在哪里。

单罐斜温层储热它的结构比较简单,它只需要一个储热罐,同时里面可以填充低成本的沙石等储热材料,代替熔盐。这个系统运行的时候,高温低温流体中间是有一个温度梯度的区域,我们把它称为斜温层区域。大约70%的空间可以被低成本的石块占据,所以可以打幅度的降低我们对于熔盐的使用量,所以它的储热成本和双罐相比有望下降35%。

斜温层储热在充放过程中也实现了多尺度的传热过程,而多尺度的传热规律对系统动态特性和效率特性都有比较重要的影响。

斜温层储热和双罐相比有一个典型的特点,就是它在运行的时候,那个斜温层区域在上下移动的过程中也会不断扩张,这个扩张带来的结果,就是它的充放热速率,以及导致我们的出口温度会变化,比如以放热过程为例,我们可以看出这个蓝色的曲线,它在前期是一个稳定的恒温的放,但是后期温度就会逐渐下降,这个时候斜温层已经到了顶端了。它下降的时候我们就可以想,当下降温度低于一定的温度,比如这个红点,低于这个以后,它这个温度就不能有效的用来整体发电了。所以我们在运行的时候,必须设定一个截至温度,到这个温度以后我们就不能再放热了,而这个截至温度,它的存在就会对于它的性能以及效率有非常重要的影响,下面这个曲线是斜温层的厚度随着时间增加。

由于截止温度的存在,我们连续的充放以后,放热的截止时刻以及充热的截止时刻,它的罐内并不是完全的充满,或者完全放空的状态,我们可以看出最里面的两条曲线,一个是放热截止一个是充热截止,它里面的温度是存在着高温区和低温区的,所以它是一个部分充放热,这样的话就会导致我们理论上的储热容量,并不能百分之百得到利用,我们可以定义成叫有效利用率,这个有效利用率我们研究完发现,它和我们系统运行的截止温度有非常重要的关系。简单来说我们有效利用率可以用粒子数的函数来表示,如果我们需要设计这种系统的时候,必须要考虑我们实际设计的储热容量应该有多少,它是要大于理论容量的,而这个需要根据有效利用率的变化,以及它的规律来进行分析,设计实际容量需要多少。

下面是一些新的试图解决单罐斜温层储热固有缺点的一些研究发现或者研究方向,前面讲到的斜温层放热过程中后期出口温度会下降,其中有一个技术方向有可能会改善这个问题。如果我们在罐体的顶部加一层相变颗粒球,不用石块,这样的话在放热过程中可以看出,在放热后期有一个和相变温度接近的等温的过程,这个时候可以看出它有效的放热时间得到延长。而通过循环的研究,充放热研究发现,顶部加入相变层以后,对于整个系统的有效利用率也能有一定程度的改善。

另外目前关于高温相变颗粒在太阳能热发电系统中的应用研究也越来越多,因为石块的储热密度比较低,如果用相变材料它可以使用比较小的罐体来实现我们储热的目的,同时也有助于降低储热成本,所以说全部使用相变颗粒来堆积的单罐储热系统也是一个研究方向。这两个曲线给出了,如果这个相变颗粒,它的相变温度是同一个温度的话,我们可以看出它的放热过程,整个的出口温度以及罐内温度的分布,它比没有相变的时候要复杂一些。这个时候我们可以想像,为了保证出口温度满足我们的要求,这个时候我们的相变温度比较高,但是这个时候充热过程它的充热流体和相变球的温度温差很小,就导致我们充热速率特别慢。所以对于全部填充相变颗粒的系统,尤其是针对于太阳能热发电的场合,不能使用单一相变温度,因为它不能同时保证高效的充热速度和放热速度,所以我们也尝试了使用级联相变温度的结构,发现使用极联相变温度,比如最高层的相变温度要高,然后相变温度从高向低分阶段的去布置,这个时候就可以发现,这种情况下虽然它里面的传热过程及温度分布情况更复杂了,但是它可以同时满足比较高的放热速率和充热速率以及效率,所以这也是一个比较好的研究方向。

同时我们针对于单罐斜温层循环充放热过程中斜温层扩张导致效率下降的问题,由于提出了一个新的概念,就是单罐双罐复合的储热技术,整个储热基于一个大的单罐保证低成本,同时又集成了两个小的罐子作为双罐储热,这个时候双罐储热主要作为缓冲用,在电量波动比较大的时候,我们不需要用单罐系统进行响应,可以用双罐进行响应,因为它的优势非常明显,而且可以避免对于单罐储热系统的频繁操作,另一方面,我们的熔盐泵就不需要放在大的单罐系统里面,可以放在小的双罐,它对熔盐的要求低的多,也可以进一步的降低成本。我们也分析了在动态波动的情况下,单罐和双罐内部动态的运行规律情况。

以上就是我对单罐储热技术的简单介绍,以及目前主要的研究方向。总体来说,关于单罐储热系统,国内以及国际上都有不同程度的一些中试研发,还需要克服一系列的问题。这里面的主要问题我总结了一下,第一个比较重要的就是单罐储热系统因为它既有高温段也有低温段,而且需要不停的运动,这个时候对于热循环下罐体的应力破坏,这个要好好的考虑,因为我们这个系统缺乏大规模的示范,所以这个技术是我们首先要面临的问题。

另外在开发单罐储热技术以及新型单罐储热技术的过程中还会面临其他问题,比如填充颗粒的稳定性,以及与换热流体的相容性,如果使用高温相变的时候,它的封装方法以及封装工艺。因为斜温层会持续扩张,如果可能的话需要开发斜温层的主动控制技术。或者与太阳能发热发电,或者与整个能源互联网互联的时候,由于它本身的特点,我们需要研究这种动态集合程度的性能以及调控方法,这个是单罐储热应用和推广面临的主要问题。

总体来说,我们国内太阳能热发电的发电速度还是非常快的,而且我们有一些企业,尤其是一些优秀的私企,他们投资了大量的时间和精力,以及财力,然后放到研发中,这块是我们觉得非常欣慰的一点。但是对于储热这一块,我认为我们的科研院所以及企业还需要去持续的投入,不停的投入大量的研发,尽快的开发低成本的储热技术。因为相比国外来说,国外的大公司能够看出他们在持续的研究一些新的技术,或者新的储热技术层出不穷,这一点我们国内相比来说还是要弱一点的,所以我希望不管科研院所还是企业,都能够对于低成本储热有一个重大的关注,不要只关注于双罐储热技术,因为双罐储热技术注定会是一种过渡性的技术,迟早会被淘汰的,这是我想表达的。

我的报告就到这里,谢谢大家。

主持人:非常感谢徐教授给我们带来的分享。第一批示范电站当中是双罐储能技术,随着未来的发展我们希望应用到单罐储能技术,感谢今天所有的演讲嘉宾,在百忙之中抽出时间莅临这次的会议,也非常感谢主办方,更加感谢今天参加这次活动的嘉宾。

光热发电不仅可以作为基础电力,而且具备调节能力和调峰的性能,可以作为调峰电源促进太阳能、风能与电网良好的兼容、协调的发展。今天通过我们所有的演讲嘉宾的分享,我们更加的知悉,提高新能源供给的灵活性和弹性,避免冲击能源系统,不仅是绿色低碳、节能减排,而且是安全可靠,在电力改革中起着举足轻重的作用,储能不仅是光热发电系统的核心,能够提供光热24个小时连续发电的原动力,同时也是智慧能源、多能互补,智能微网等发展的重要支撑点。储能作为一种稳定的清洁能源站,它的系统能够提供电力、暖气、热水、蒸汽、冷气等多种能源形式,今天上半场的演讲分享,我们告一段落。

下面我们将会请以下嘉宾参与智慧能源发展与电力体制改革相互关系与影响的论坛对话。其实在这次的分享当中,光热发电第一次登陆中国国际储能大会,而且在光热发电的发展当中,通过分享和实战的分享,太阳能光热发电在电网调峰当中的作用是值得期待的,太阳能光热发电作为基荷电力的发展也值得期待。接下来我们有请以下的嘉宾,参与论坛。

这次的《智慧能源发展与电力体制改革的相互关系与影响》的主持嘉宾是:

深圳爱能森科技有限公司的总裁李珂先生

同时我们有请:

水电水利规划设计总院新能源部副主任王霁雪老师

国网能源研究院新能源与统计研究所副所长谢国辉老师。

中国电力科学研究院新能源研究中心副总工程师朱凌志老师。

武汉理工大学材料学院教授程晓敏老师

华北电力大学教授徐超老师

北京启迪爱能清洁能源科技有限公司首席科学家曾智勇先生

有请以上的嘉宾,我们将把主持交给深圳爱能森总裁李珂先生。

李珂:前面讨论了很多应用和技术方面的问题,下面做一个发散性的探讨,是关于未来体制方面的不确定性的争议性话题。

随着光热储能调峰,还有智慧能源发展以后,对体制提出了一定的要求,因为原来的电网体制它是有浓厚的计划经济的色彩,当然这个计划是非常重要的。对于我们形成今天这样稳定、可靠、安全的一张大网起到了非常重要的作用。发展到今天,新能源逐步的加入,还有储能调峰智慧能源方面的加入,对灵活性的需求提出了更高的要求,这个计划性它唯一的缺点就是灵活性不足,所以通过计划发展积累了今天这样的成果之后,就产生了灵活性的更高层次的需求,所以对体制方面提出了一些挑战。

电力体制改与不改已经没有什么争议了,大家都认为要改。在改的过程中有很多选项,比如由谁来主导的问题,谁由电网主导还是监管层来主导,还是发电在用户层这个主体来主导,另外以什么样的形式,是自上而下的,还是自下而上的。另外未来会发展成什么样的形态,究竟是变成了以铁塔公司加中国移动、中国联通、中国电信这样的模式,还是以高速公路自己投资自己运营,自己收费的,建立智能微网或者局域网,或者是混合型的模式。所以在智慧能源发展的情况下,在光热发电,储能调峰发展到今天的情况下,对电力体制改革会产生一些相互的影响。今天有请到几位专家,都是我们国内领先的专家,就这个话题发表自己的观点,也希望各位参与的听众如果有问题待会可以提出来。

首先把话筒交给第一位嘉宾。

程晓敏:因为我是学材料出身的,我就从本科硕士博士都是学材料的,但是材料这个概念大家接触的比较少,其实我们接触的所有东西都是材料。现在的能源、信息、生物医药,所有的新兴产业渗透的非常厉害,而且材料慢慢成为了一个像基础一样的学科,其实它是应用性很强的。所以在这块无论是电网调节还是光热发电还是储能都离不开材料,你的电最后要落实到一个载体,这个电是用来干什么。这个电只是一种能量的转换,我们做材料现在很重要的一块,就是能量的高效组成与转化。无论你是储电、储热都是能量的储存与转化,这里面就牵涉到非常多的跨学科的问题,它不仅仅是材料问题,它也不仅仅是一个产业问题,而是跟整个系统,包括电网的运行,都是密切相关的。所以实际上是一个多学科的东西,我也希望更多的企业家,将来能够广泛的进行一些交流,这次也是一个非常好的交流平台和机会。能够把这些材料问题,传热问题,发电问题,储能问题,包括应用的问题,甚至牵涉到成本、效益的问题,你选择不同的材料,它的成本自然不一样,所以它实际上都是密切相关的。

如果大家能够携起手来,我相信能够把这个产业做的更大更强。

王霁雪:我觉得这两个结合,有两个前提条件,要建立健全全国性的电力现货市场,是非常非常重要的,否则我们提出的很多概念是根本没法落实的,因为我们没有信号的引导。如果能实现这个目标,我觉得我们之前所有的弃风弃光的资产,就不会变成搁浅的成本,搁浅的就可能是其他的资产了。而且在这个条件的前提下,包括有储能功能存在的太阳能热发电,也还是有它增量的空间,主要还是你们的任务。

朱凌志:因为我的专业主要是新能源并网,目前面临了很多消纳的问题,我就从消纳的本身谈谈改革,或者体制的影响。我们电力体制改革为什么要改革?目的是什么?是因为电价还是为了整个电网更清洁?我们之前做过一个调研,英国、法国、欧洲一些国家,包括美国,最终结果电价肯定是上升的。但是从新能源的角度来说,确实促进了一些发展。青海、甘肃、新疆弃风、弃光30%,假设我们不建调峰电源,这个有没有改善的可能性呢?我觉得可能还是有的。如果我们不是火电的计划,每年有一个计划的发电量,每个省要保自己的GDP,可能弃风弃光减轻一半都是有可能的。从这个角度来说,电力体制改革,特别是交易市场的体制改革,对市场消纳是非常有必要性的,也是迫在眉睫的。可能在我们的技术条件发展没有这么快,或者短期内GDP增速恢复到十一五、十二五水平的情况下,通过市场机制的提升,可能会有效的促进新能源的消纳。

再谈谈光热,如果市场起来了,光热或者光伏、风电有没有空间?火电会不会比光热更有竞争力?这个也是值得我们深思的问题。如果说我们每个地方都是自负盈亏,或者都是市场竞争体制了,现在好多投光伏、风电的都是国企,亏也是亏的国家的。国家如果不下政策,我该往哪儿投还得往哪儿投。一个完善的配套市场机制建立起来以后,可能遏制这种盲目投资的情况。

再看看储能,我们内部也做过一些探讨,如果指望国家专门针对储能出台一些激励性的政策,上网电价或者补贴,可能难度也比较大了。如果储能的市场空间结合储能成本的下降,结合各种辅助服务、激励措施的实施,可能我们储能这种技术能够找到我们适合的位置,何时何的生存空间。

另外关于电价机制,如果我们不管在发网侧还是在需求侧,都能够结合我们的需求,结合我们的资源或者来风来光的情况,做一些灵活的定价政策,可能对我们新能源的消纳,也是很有帮助的。

谢国辉:谢谢主持人。针对这个话题,我说两个观点,第一个观点,我们一直在说新能源消纳,其实新能源消纳它是一个系统的工程,电力市场也是在促进新能源消纳起到了很大的作用。但是不可否认新能源消纳是涉及到发电、用电以及输电,以及体制机制方面的问题,它是一个非常复杂的工程,不是电网接进去送出去就能解决消纳问题了,所以我第一个问题是,新能源消纳一定是一个系统工程,我们不仅要发挥建设大电网,资源配置的能力,同时要发挥需求侧的需求响应,特别是在体制机制环境,电力市场机制的发挥,因为我们看到国外很多新能源消纳特别好,其实它的市场机制发挥了很大的作用。

比如说新能源怎么在现货市场实现调度呢?因为新能源首先有国家的补贴,它的边际成本跟火电的燃料成本是不一样的,基本可以接近于0,所以新能源带着补贴参与市场,基本是实现了优先调度。还有电力市场有一个特别好的作用,它建了多层次的电力市场,不仅有现货,还有辅助服务市场,现在我们国家也在推辅助服务市场,可能力度不是很大。所以我希望借助电力市场的契机,把高效的市场机制建立起来,这是我的第一个观点。

第二个观点,我们要迎接一个高比例的新能源接入,我们电力系统怎么转型的问题。刚才也谈到了电力系统是有刚性的,无论在规划、运行里面,我们对电源的可控、可调,灵活性的调度是有很多要求的。因为这么大张网,我们要损失的平衡是很不容易达到的,并且中国电网这么大。国外的新能源调度那么大,其实它一个国家相当于我们一个省,所以它的调度范围相对比较小。我们国家在这么大的范围内调度新能源,所以未来电力系统要转型,同时我们要对电力系统整个的灵活性提出很高的要求。比如我们今天谈的光热发电,为什么我们坚定看好光热发电?因为在电储能技术没有完全发挥出来的时候,我们认为光热发电储热的技术,一定会比风电、光伏发电在系统上提供更多的灵活性方面给出更好的解决方案,所以我们一定要在电源的灵活性上下足工夫,在未来适应高比例电热系统的情况下,我们要做一些技术、做一些体制上面的储备,

这是我的观点,谢谢。

北京启迪爱能清洁能源科技有限公司首席科学家曾智勇

曾智勇:我们电力改革是电网为主题,国网做前提,国网为主,电力为牵头,这是整体方案的核心部分。如果没有国家的规划,没有电网的牵头,电力改革改不下来。所以你们的压力挺大。

第二点,关于智慧能源与电力改革,我想有六个字来描绘,第一个是多能,社会的发展特别是新能源的介入,各种能源的介入,对我们能源的生产、消费已经完全产生了不同的状态场景。这个场景不一样了,这是我们要面对的多能的介入与多能的互补,与多能的贡献,对社会的进步,这是历史的潮流,谁也挡不了。

第二,我们要有系统,我们这种系统不是靠国家电网,由水规院、电规院是不够的,我们还有大学的研究,还有企业的投资,还有分布式微电网,我认为是多管齐下,才能产生智慧这两个字,为什么要智慧呢?要国家层面,企业层面,用户层面,家庭层面,系统性的来进行这场变革。这场变革最大的成果在哪里呢?就是共享,整个能源未来是共享经济的主体,因为能源是世界所有经济的基础,我们现在有汽车的共享,有很多旅游的住房的共享,很多共享经济已经出来了。最难做的,最大的一块蛋糕就是能源的共享,有共享这两个字以后,我们这个改革就基本完成了。那我们最终的宗旨就是,能源在采集、储存的过程里面,产生一种并行的经济曲线,这就是我们的未来,谢谢。

徐超:我对电力改革这块了解不多,只是说几句我个人的感受,我个人感觉我们目前的能源发展,一个非常重要的方向,就是向集成发展,其实就是我们的能源互联网,或者是综合能源系统。目前综合能源系统我们学校也作为我们在近几年甚至近几十年一个重要的学科发展方向,这个也是围绕国家的重大需求确定的目标。这个综合能源系统它的典型特点,就是按照我们学校的郑明老师的看法就是多能互补,集成优化,可以概括中国能源系统或者未来我们能源发展中,需要它的新的现象,它的主要特征。这样的话我感觉我们能源电力改革的时候,需要去围绕我们能源变革的主要特征,进行一些改革。比如我们之前的电力改革,或者说我们不管是能源,不管是电还有一些其他的,比如煤,还有气,或者是一些其他的水等等,不同的方向,实际上由发改委不同的部门去负责的,但是它并不是一个单一的,电可能和煤、气都需要集成,耦合起来,这样的话我们在改革的时候,如果针对于单一的技术,制订一些技术,或者制订一些政策的话,可能不能完全满足综合能源系统,或者互相耦合,互联的这种整个的能源发展方向,这个是我的一些个人的感受。

李珂:几位专家的观点都非常的鲜明,而且从不同的角度对这个问题做了很深刻的阐述,看看在座的各位嘉宾有没有什么需要表达的?其实各位专家刚才从不同的角度来阐述了我们整个能源互联网的演进,智慧能源和电力电网,和改革之间的关系。从材料、技术、应用、规划、电网、发电、需求等等,这都是整个改革进程中不可缺少的要素,离开了谁可能这个工作都不会顺利的发展。而且最后发展也会影响到我们在座的每一个人,和我们所从事的每一个行业,每一个企业。我们今天就把这个作为我们抛砖引玉的开头话题,随着时间的发展,我们把更多的更具体、更深入的探讨,留待下一次相会,谢谢各位嘉宾。

主持人:尊敬的各位嘉宾,今天我们参与了光热发电的一次盛筵,也是光热发电第一次在中国国际储能大会上的第一次亮相,我们非常感谢今天倾情为我们分享的各位嘉宾,我们非常感谢我们会务的主办方,也是因为他们的支持和他们给予的分享机会。同时我们再次用期待的眼光,期待的心理,和我们的热情,期待光热发电与电网调峰应用的发展,光热发电作为基荷电力的发展。

在此我宣布第七届中国国际储能大会光热发电与电网调峰专场到此结束,感谢各位嘉宾的莅临,感谢大会主办方。

(本文根据现场录音整理而成,未经本人审核)

关键字:光热发电 电网调峰 储能大会

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