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最新報告:打造零碳電力系統青海樣本,光熱將成增長最快的可調節可再生電源
發布者:xylona | 來源:落基山研究所 | 0評論 | 3496查看 | 2022-11-22 15:02:01    

近日,落基山研究所發布了《西北地區電力系統低碳轉型探索——打造零碳電力系統的青海樣本》(下稱報告),本報告重點關注西北地區乃至全國范圍內清潔能源發展水平最高的省份——青海省,探索高比例可再生能源電力系統向零碳電力系統轉型中的挑戰與解決方案。


雖然青海省清潔電力裝機與發電量(liang)占比均已達(da)到九(jiu)成左右,但(dan)在(zai)實現完全脫(tuo)碳(tan)的(de)道路(lu)上(shang)仍需應(ying)對諸多更具(ju)挑戰性(xing)的(de)難題(ti)。事(shi)實上(shang),無論從經濟角度還是技術角度,未來十年(nian)打造零(ling)碳(tan)電力系(xi)統的(de)過程都將比既(ji)往高比例可再生能源發展過程更具(ju)復雜(za)性(xing)和(he)挑戰性(xing),這(zhe)也(ye)凸顯了青海打造零(ling)碳(tan)電力系(xi)統樣本(ben)對全國乃至全球的(de)意義。


報(bao)告指出,零碳電(dian)力(li)系統(tong)(tong)的建(jian)設意(yi)味著(zhu)大量(liang)間歇性新能源的接(jie)入,其必須和零碳靈(ling)活性資源相(xiang)輔相(xiang)成才能滿足不同時間維度的電(dian)力(li)平衡(heng)。目前青海電(dian)力(li)系統(tong)(tong)可再生能源發電(dian)總量(liang)充足,但日(ri)內和季節性波動均較大,系統(tong)(tong)靈(ling)活性缺乏(fa)。


針對上述挑戰,報告結合青海實際,提出了建成零碳電力系統的技術路徑,并充分考慮青海可再生能源的資源優勢,依托年度8760小時仿真運行模擬,對光熱發電、氫電耦合和大規模儲能等具有地方發展潛力的解決方案進行了前瞻性分析【詳見報告全文】,下文重點提取光熱部分:


1、光熱將是青海增長最快的可調節可再生電源


報(bao)告指(zhi)出,儲(chu)熱型(xing)光(guang)(guang)熱發電(dian)機組具備(bei)(bei)良好的調節(jie)性能,可以(yi)迅速(su)響應(ying)電(dian)網(wang)的調節(jie)需求,快速(su)調節(jie)機組出力,具備(bei)(bei)參與調峰、一次調頻(pin)、二次調頻(pin)的能力。值得一提(ti)的是,與燃煤發電(dian)相比,儲(chu)熱型(xing)光(guang)(guang)熱電(dian)機組具有負(fu)荷調節(jie)范圍更(geng)大(穩態(tai)最低(di)出力更(geng)低(di))、負(fu)荷調節(jie)速(su)率更(geng)快、熱態(tai)或冷(leng)態(tai)啟動時間更(geng)短(duan)等優勢。


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表:不同電力系統靈活性(xing)資(zi)源(yuan)對比


國(guo)務院(yuan)發布的《2030年前碳達峰行動方(fang)案》和青(qing)海(hai)省發布的“2030行動方(fang)案”中都(dou)明(ming)確(que)表示(shi)光熱發電(dian)是可充分利用(yong)青(qing)海(hai)地(di)域特(te)色且穩定可控的零碳電(dian)源(yuan)技(ji)術,其在青(qing)海(hai)具有多種優(you)勢。在“2030行動方(fang)案”中,更是明(ming)確(que)了到(dao)“十(shi)四五(wu)”末期光熱電(dian)站(zhan)裝機規模達到(dao)1.2GW以(yi)上(shang),到(dao)“十(shi)五(wu)五(wu)”末達到(dao)3.2GW以(yi)上(shang)的政(zheng)策(ce)目標。光熱將是青(qing)海(hai)增長(chang)最快的可調節可再生電(dian)源(yuan)。


《報(bao)告》建(jian)議青海應充分發(fa)揮自身優勢,均衡(heng)發(fa)展(zhan)波動型(xing)與(yu)調節型(xing)新(xin)能(neng)源。在(zai)既有風電、光(guang)伏波動性(xing)電源發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)基礎上,結合自身氣候和土地(di)優勢,推進包括(kuo)光(guang)熱在(zai)內的(de)(de)(de)調節型(xing)新(xin)能(neng)源電源建(jian)設,依托地(di)方(fang)補(bu)貼、優惠(hui)或試點激(ji)勵等措施,引導調節型(xing)新(xin)能(neng)源電源的(de)(de)(de)投資(zi),促進其規模化應用,提升系統靈活性(xing)。


2、光熱發電成本下降趨勢明朗


報告指出,在(zai)成本(ben)方面,伴隨著國(guo)家級和(he)(he)青海省級的政策推動、優渥的光資源稟賦(fu)和(he)(he)領先(xian)的光熱(re)(re)電(dian)站運維經驗,未來塔(ta)式光熱(re)(re)發電(dian)的成本(ben)下降(jiang)趨勢明朗,在(zai)不(bu)久的將來會是有競爭力的零碳發電(dian)技術。塔(ta)式光熱(re)(re)系(xi)統的聚光集熱(re)(re)和(he)(he)儲熱(re)(re)系(xi)統占(zhan)到總(zong)造價的77%左(zuo)右(you),是推動塔(ta)式光熱(re)(re)系(xi)統成本(ben)下降(jiang)的關鍵所在(zai)。


如下(xia)圖展(zhan)示的(de)(de)(de)塔(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)到2030年的(de)(de)(de)造價成(cheng)本(ben)(ben)下(xia)降趨勢。與(yu)成(cheng)本(ben)(ben)下(xia)降同(tong)步(bu)進行(xing)的(de)(de)(de)還有光(guang)(guang)(guang)熱(re)電(dian)站運(yun)行(xing)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)提(ti)(ti)升,到2030年前塔(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)的(de)(de)(de)定日(ri)鏡(jing)(jing)鏡(jing)(jing)面工(gong)藝迭代、吸熱(re)器涂層的(de)(de)(de)技術進步(bu)、鏡(jing)(jing)場排布優(you)化等帶來(lai)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)提(ti)(ti)升預(yu)計(ji)將(jiang)(jiang)讓光(guang)(guang)(guang)電(dian)轉換(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)提(ti)(ti)升12%。在塔(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)成(cheng)本(ben)(ben)下(xia)降和光(guang)(guang)(guang)電(dian)轉換(huan)(huan)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)提(ti)(ti)升雙管齊下(xia)的(de)(de)(de)預(yu)期下(xia),塔(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)電(dian)站的(de)(de)(de)度電(dian)成(cheng)本(ben)(ben)將(jiang)(jiang)從(cong)目前的(de)(de)(de)1.15元/kWh下(xia)降至0.75元/kWh。青海(hai)自身豐富的(de)(de)(de)運(yun)維經驗還有望(wang)為光(guang)(guang)(guang)熱(re)電(dian)站的(de)(de)(de)度電(dian)成(cheng)本(ben)(ben)帶來(lai)更多(duo)的(de)(de)(de)下(xia)降空間。


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3、光熱發電規模化發展可顯著減少對火電依賴


報告介紹了4種光熱裝機規模情景(jing)下的電力系統仿真結果,并(bing)與基準政策情景(jing)相比(bi)較。


注:基準政策情景(即“十四五”年均新增0.25GW,“十五五”年均新增0.4GW,蓄熱能力均為9小時);規模化開發情景(1.5/2.0/2.5/3.0CSP,相比基準政策情景,每年新增裝機為其1.5到3.0倍)


仿真結(jie)果(guo)顯示(shi),在節(jie)能(neng)減排方面,光(guang)熱裝機(ji)規模的(de)不斷提高顯著減少了火電(dian)的(de)出力和外購依賴,通過下(xia)(xia)圖對(dui)比可知,僅增(zeng)加3.0GW光(guang)熱裝機(ji)(2.0CSP情(qing)景(jing))就起到了增(zeng)加7.0GW電(dian)化學儲能(neng)(25%BESS情(qing)景(jing))所對(dui)應的(de)火電(dian)及外購電(dian)量(liang)減少效(xiao)果(guo),而且減排效(xiao)果(guo)伴(ban)隨光(guang)熱裝機(ji)增(zeng)加呈現(xian)線性下(xia)(xia)降的(de)趨勢(shi)。


從系(xi)(xi)統成本(ben)的(de)角(jiao)度看,光(guang)熱裝(zhuang)(zhuang)機(ji)的(de)增加(jia)(jia)節約了大(da)量燃(ran)料、外購等可(ke)變成本(ben)和火(huo)電(dian)(dian)啟停(ting)成本(ben),2倍(bei)光(guang)熱裝(zhuang)(zhuang)機(ji)情景所(suo)增加(jia)(jia)的(de)系(xi)(xi)統成本(ben)(約128億(yi)人(ren)民(min)幣)僅為25%儲能配比情景對應的(de)系(xi)(xi)統成本(ben)增加(jia)(jia)的(de)68%,此時(shi)新(xin)增光(guang)伏與光(guang)熱裝(zhuang)(zhuang)機(ji)比約為8:1。這體現(xian)出(chu)光(guang)熱在青海既可(ke)以滿(man)足波動性可(ke)再生出(chu)力(li)不足時(shi)的(de)電(dian)(dian)力(li)缺口(kou),提供(gong)日內(nei)靈活性并(bing)加(jia)(jia)速火(huo)電(dian)(dian)電(dian)(dian)量退出(chu)、減(jian)少外購依(yi)賴,又具(ju)有較強的(de)經濟性。


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同(tong)時光熱(re)作為可調節性(xing)新(xin)(xin)能源,提高(gao)光熱(re)在新(xin)(xin)能源中的裝機(ji)占(zhan)比(bi)(bi)(bi)可有效緩解棄(qi)風和(he)棄(qi)光現象,同(tong)時減少枯水(shui)期對外(wai)購電(dian)量的依(yi)賴度(如下(xia)(xia)圖所示)。在近零碳電(dian)力系統(tong)的2030年,對比(bi)(bi)(bi)基(ji)準政策情景和(he)2倍光熱(re)裝機(ji)情景(新(xin)(xin)增光伏(fu)光熱(re)裝機(ji)比(bi)(bi)(bi)分別約為18:1和(he)8:1),全年棄(qi)風率(lv)從6.8%下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)6.2%,棄(qi)光率(lv)從9.2%下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)8.8%;同(tong)時氣(qi)電(dian)的利用小時數從3,140小時下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)2,997小時,外(wai)購電(dian)量占(zhan)比(bi)(bi)(bi)從5.4%下(xia)(xia)降(jiang)到(dao)4.9%。


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4、光熱發電和水電具備季節互補性


在(zai)(zai)保障電(dian)力(li)(li)系統(tong)靈(ling)活性方面,青(qing)海應(ying)統(tong)籌發(fa)展電(dian)化學儲能(neng)(neng)、光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)、氫能(neng)(neng)發(fa)電(dian)等零碳電(dian)源以(yi)提(ti)供不同時間(jian)尺度上(shang)的(de)靈(ling)活調節能(neng)(neng)力(li)(li)。三種零碳調節電(dian)源的(de)引入均不同程度緩解(jie)了枯水期晚間(jian)對火(huo)電(dian)和外購的(de)依賴(圖(tu)下(xia)圖(tu)所示)。電(dian)化學儲能(neng)(neng)和氫儲能(neng)(neng)均提(ti)高(gao)了午間(jian)對新能(neng)(neng)源的(de)消(xiao)納能(neng)(neng)力(li)(li),減少了棄風棄光(guang),配套蓄熱(re)能(neng)(neng)力(li)(li)的(de)光(guang)熱(re)明(ming)顯在(zai)(zai)晚間(jian)提(ti)高(gao)了出力(li)(li)水平。


但是由于(yu)電化學儲(chu)能(neng)(neng)和(he)光(guang)熱(re)發電儲(chu)熱(re)時(shi)(shi)長的限制,系統仍(reng)缺(que)乏更長時(shi)(shi)儲(chu)能(neng)(neng)的支撐。電化學儲(chu)能(neng)(neng)和(he)光(guang)熱(re)發電的調節效(xiao)果均在前半夜(ye)(17時(shi)(shi)到(dao)24時(shi)(shi))比較顯著,而在后半夜(ye)(24時(shi)(shi)到(dao)9時(shi)(shi)),25%儲(chu)能(neng)(neng)配(pei)比和(he)2倍光(guang)熱(re)裝機(ji)情景仍(reng)依賴火電和(he)外購電來(lai)彌補電力(li)缺(que)口。


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同時由(you)于光資(zi)源(yuan)季節(jie)分布較為(wei)平(ping)均,光熱(re)發(fa)(fa)電(dian)全年出力(li)也相對較為(wei)平(ping)穩,其(qi)中(zhong)出力(li)峰值出現在(zai)枯水(shui)(shui)期的(de)(de)4月和豐(feng)水(shui)(shui)期初期5月,出力(li)低谷出現在(zai)豐(feng)水(shui)(shui)期8-9月,一定程度(du)上體現了光熱(re)發(fa)(fa)電(dian)和水(shui)(shui)電(dian)的(de)(de)季節(jie)互補性、緩(huan)解了青海(hai)枯水(shui)(shui)期的(de)(de)電(dian)力(li)緊張現象。


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綜上,報告指(zhi)出青海省(sheng)政府應盡(jin)快推出省(sheng)級(ji)補貼(tie)、投資(zi)優惠、專(zhuan)項試點等措施以統(tong)籌發展新(xin)型(xing)零碳靈(ling)活(huo)(huo)性(xing)資(zi)源(yuan),同時充分給(gei)予其(qi)參與電能量和(he)輔助服務市場的主(zhu)體地(di)位(wei),為(wei)零碳電力系統(tong)提供(gong)不同時間尺度的靈(ling)活(huo)(huo)性(xing),進(jin)一步(bu)促進(jin)光熱發電和(he)氫(qing)能發電等新(xin)型(xing)靈(ling)活(huo)(huo)性(xing)資(zi)源(yuan)的投資(zi)。


附件:西北地區電力系統低碳轉型探索——打造零碳電力系統的青海樣本-RMI.pdf

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