CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：近日，在由中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺共同主辦、首航高科能源技術(shù)股份有限公司聯(lián)合主辦的2022中國風光熱互補新能源基地開發(fā)大會上，中國電力工程顧問集團西北電力設計院新能源工程公司副總經(jīng)理傅旭博士就《光熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的調(diào)峰效益評估》作了主題報告。

圖：傅旭作主題發(fā)言

傅旭表示，在一定時期內(nèi)光熱發(fā)電因為成本較高的原因?qū)е滤谶M行國民經(jīng)濟評價的時候相比其他常規(guī)電源處于劣勢，但是從雙碳戰(zhàn)略實施以來，光熱發(fā)電迎來了新生。

據(jù)傅旭介紹，在國家推進構(gòu)建的新型電力系統(tǒng)中，就調(diào)峰問題光熱發(fā)電似乎給出了一個很好的解決方案，因為光熱發(fā)電量是新能源電量，可以滿足國家清潔能源要求，又因為有儲能裝置的存在，對電力電量平衡起到時間搬移的作用，同時還可以為電力系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)慣量等動態(tài)支撐作用。

光熱可采用降出力運行調(diào)峰、平移時段調(diào)峰、啟停調(diào)峰：

1、降出力運行調(diào)峰

光熱無鍋爐穩(wěn)燃環(huán)節(jié)，汽輪機組最小技術(shù)出力可以達到額定出力的20%以下，但光熱電站低出力運行也會導致熱效率降低。

2、平移出力時段調(diào)峰

若光熱電站日等效利用小時數(shù)小于儲熱系統(tǒng)儲熱時間，可以將全天熱量儲存，根據(jù)電網(wǎng)負荷及新能源出力進行調(diào)節(jié)。在光伏大發(fā)時段不出力，在光伏大發(fā)時段過后機組開機滿出力。

3、啟停調(diào)峰

光熱機組從停機至滿發(fā)僅需要1～2小時，但機組啟動時需要耗費一定熱量。

針對光熱發(fā)電的效益評估，傅旭認為，之前常用的典型日法等是失效的，參考電力系統(tǒng)的可靠性指標（EENS指標）通過更加嚴謹?shù)卦u估可以得出一個結(jié)論：光熱既不是百分之百的具有容量效益，但是也不是像光伏那樣很少。通過生產(chǎn)模擬相關案例來看，光熱電站要想發(fā)揮很好的容量替代性，首先得服從系統(tǒng)調(diào)度，第二儲熱時長要合適，不能太小。

總體來看，相比于光伏發(fā)電，光熱發(fā)電具有較高的容量效益，可以替代常規(guī)電源。容量效益的發(fā)揮與調(diào)峰方式、儲能時長相關。隨著光熱發(fā)電規(guī)模的增加，光熱發(fā)電容量效益增加，但光熱發(fā)電容量替代率有一個先增加后下降的過程。

從國民經(jīng)濟情況來看，按照目前光熱造價成本和評估方法，發(fā)展光熱尚不具備國民經(jīng)濟性。且光熱發(fā)電的國民經(jīng)濟效益與光熱電站的投資、調(diào)峰方式、儲熱時長相關。光熱發(fā)電參與調(diào)峰運行的國民經(jīng)濟性優(yōu)于以光熱發(fā)電量最大為目標的不參與調(diào)峰運行方式。

但在新能源消納占比要求較高的情況下，光熱發(fā)電可以替代部分光伏裝機，從而具備國民經(jīng)濟性。

更多精彩內(nèi)容，請閱讀下面刊出的傅旭的演講全文：

傅旭：尊敬的各位同仁，各位領導，各位專家：

今天我給大家分享的題目是“光熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的調(diào)峰效益評估”。這里面強調(diào)一下，我只是講的它在電力電量平衡方面的作用，并沒有講它在電力系統(tǒng)中的動態(tài)作用。因為經(jīng)過這些年的研究，我感覺現(xiàn)在業(yè)內(nèi)對光熱發(fā)電在電力系統(tǒng)中的電力電量平衡作用好象有一些不公平，所以我把目前我們團隊研究的一些心得和體會給各位領導分享一下。

準備分三個部分來說。后面兩個問題是現(xiàn)在的熱點問題，前面的專家提到了，一個是光熱發(fā)電的容量效益問題，到底它在系統(tǒng)中能不能頂裝機？有的估計的過于樂觀，有的估計的過于悲觀，還有光熱發(fā)電的國民經(jīng)濟評價問題，我把這兩個問題單獨作為兩個部分來說一說。

一、發(fā)展光熱發(fā)電的必要性。

光熱發(fā)電的確是它的成本高，導致它進行國民經(jīng)濟評價的時候評價不過其他常規(guī)電源，但是從2020年以來，雙碳戰(zhàn)略一實施，相當于給光熱發(fā)電注入了新的生機，國家從戰(zhàn)略導向出了各種各樣的文件，要求將來國家能源消耗達到一定的新能源占比，2030年碳達峰，2060年碳中和，到2030年非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右；

國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十四五”規(guī)劃里面要求：

1）“十四五”單位GDP能源消耗降低13.5%；

2）“十四五”單位GDP二氧化碳排放降低18%；

3）“十四五”非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右；

在全國“十四五”能源規(guī)劃里面提到：

1）2025年全國清潔能源消費增量占一次能源消費增量比重要達到80%左右。

2）新增非化石能源發(fā)電量占全部新增發(fā)電量的比重達到70%左右。

國家從上到下出臺了一系列的體系文件要求新能源如何發(fā)展，我們做電力系統(tǒng)規(guī)劃的時候相當于已經(jīng)有一些硬約束在里面了。

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)現(xiàn)在面臨很多的問題，不說動態(tài)問題，光電力電量平衡問題，我們認為現(xiàn)在就有很多難以解決的問題。總體來說，依舊是季節(jié)性不平衡問題，原來做的常規(guī)電力系統(tǒng)的平衡很簡單，比如最極端情況下的火電系統(tǒng)，我們之前做兩張表就可以解決問題，一是把最大負荷加上適當?shù)膫溆脕矸治鲅b機夠不夠，然后把全年的電力系統(tǒng)的需電量除以火電裝機就得到火電的利用小時數(shù)，從而來判斷火電的經(jīng)濟性行不行；現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)新能源為主體的電力系統(tǒng)這樣規(guī)劃已經(jīng)不行了，一個極端的例子，從長時間的尺度來看，電力系統(tǒng)的裝機也夠，電量也夠，但是從微觀尺度來看，就會發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)時時刻刻處于要么多電，要么缺電的狀態(tài)。這主要是新能源發(fā)電不是受控制的，你不想它來的時候，它來了，不想讓它減少發(fā)電量的時候，它減少發(fā)電量了。

還有連續(xù)極端天氣，最早的時候，風電光伏不能頂裝機，光熱上來之后，有些人說可以頂裝機，甚至百分之百頂裝機，但是實際上遇到極端天氣，光熱也沒有招，就在一天之內(nèi)可以頂一頂晚高峰，連續(xù)幾天極端天氣的話光熱也會失去作用。

還有日內(nèi)調(diào)峰問題，原來我們說日內(nèi)調(diào)峰主要是指小負荷的后半夜，常規(guī)電源的壓出力能力夠不夠，但現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)上調(diào)峰也缺了。所謂的上調(diào)峰就是在電力系統(tǒng)負荷高峰需求的時候電源能不能增加出力滿足負荷需求。新型電力系統(tǒng)存在著向上調(diào)峰，向下調(diào)峰同時困難的問題。

這時候就調(diào)峰問題，光熱發(fā)電似乎給出了一個很好的解決方案，因為光熱發(fā)電量是新能源電量，可以滿足國家清潔能源要求，又因為有儲能裝置的存在，對電力電量平衡起到時間搬移的作用，同時還可以為電力系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)慣量等動態(tài)支撐作用。

下面是光熱發(fā)電的幾種調(diào)峰方式，分別有降出力運行調(diào)峰、平移出力時段調(diào)峰、啟停調(diào)峰三種。但實際上我們降出力調(diào)峰對光熱電站來說是有代價的，它的熱耗曲線下降的也很快，就跟常規(guī)的煤電一樣，讓它壓出力運行，煤耗就會增加，同樣道理讓光熱電站壓出力運行，相同的熱量發(fā)出的電量也是減少的。所以它也有熱耗曲線，到底光熱調(diào)峰是完全24小時很低的壓出力運行，還是啟停幾次運行，在不同的系統(tǒng)中實際上是有不同的研究結(jié)論。

光熱發(fā)電的研究難點，一是光熱發(fā)電的效益評估問題，尤其是它的容量效益即頂替常規(guī)電源的裝機能力是比較難以評估的，原來的一些評價方法現(xiàn)在看來是失效的。

就光熱發(fā)電的容量效益來說，光熱的調(diào)峰方式，儲能時長，太陽能資源的不確定性，甚至調(diào)度員的調(diào)度策略都會對它發(fā)揮容量和電量效益產(chǎn)生影響。還有生產(chǎn)模擬，即我們的研究手段問題。最早我們的研究手段就是典型的日方法，在一個日內(nèi)就可以把工作位置排出來，但是光熱和其他具有儲能作用的電源上來之后，原來的典型日法已經(jīng)失效了。簡單舉例，采用典型日法首先啟停問題考慮不了，不說火電啟停，就是常規(guī)的氣電啟停典型日法都分析不出來，而且火電啟停一個禮拜內(nèi)一般只能啟停一回，我們典型日的分析已經(jīng)沒法考慮這些因素了。

再就是國民經(jīng)濟評估復雜，這需要多視角評估。原來的評估方法就是看一下頂裝機效益加上減少煤炭的效益，其實這對光熱是不公平的。因為光熱加入系統(tǒng)之后，發(fā)出的電量本身是新能源電量，所以用常規(guī)的評價方法似乎對光熱有些不公平，原來國家沒有硬約束的時候就罷了，現(xiàn)在國家有硬約束了，本身發(fā)出新能源電量的光熱電源應該是有額外的效益的，后面我們在國民經(jīng)濟評價里面會用兩種方法來進行說明。

光熱的運行策略，現(xiàn)在的光熱基本上都是按照光熱自身的最優(yōu)運行來定的，盡量讓光熱發(fā)電多發(fā)電量，使它的度電成本最低，這是最早的；慢慢將過渡到第二階段，就是光熱要受電力系統(tǒng)的約束，電力系統(tǒng)不能只考慮光熱發(fā)電量，而是會對光熱發(fā)電系統(tǒng)提出要求，需要光熱參加調(diào)峰就得參加調(diào)峰了，而不是像以前按照光熱自身發(fā)電量最大的策略來運行。第三階段就是電力市場階段，這是將來的事情，如果調(diào)度技術(shù)成熟了，光熱和其他電源一樣了，不需要特殊對待，那就需要參加競價，來獲得在電量市場、容量市場甚至輔助服務的效益就行了。

二、光熱發(fā)電的容量效益問題。

這個問題業(yè)內(nèi)人士很清楚，不是業(yè)內(nèi)人士一兩句話可能就解釋不清楚，接下來我拿火電系統(tǒng)和儲能來舉例說明一下。對于一個火電系統(tǒng)來說，加入了儲能之后，圖中綠色部分就是削峰填谷，你看火電裝機，由于儲能的工作位置在尖峰發(fā)電，就可以把火電裝機容量需求減少，儲能系統(tǒng)有容量效益；但是對于一個水火系統(tǒng)來說，如果水電系統(tǒng)比較好，我可以把負荷曲線全消平，剩下火電帶的凈負荷就是一條直線了，這時候其實已經(jīng)沒有儲能的工作位置了，也意味著儲能在這個系統(tǒng)中發(fā)揮不了容量效益。

僅是一個水火電系統(tǒng)，如果水電比較好，就已經(jīng)沒有儲能的工作位置了。如果是一個各種電源很多的復雜系統(tǒng)，這種電源發(fā)揮容量效益是很難評估出來的，因此嚴格來說我們需要用這樣的評估方法。這是電力系統(tǒng)的可靠性指標（EENS指標）變化曲線。沒有光熱的時候是右邊的曲線，隨著常規(guī)電源（西北地區(qū)一般指火電）的增加，系統(tǒng)的供電不足在逐漸減少，按照一個可靠性標準我們需要的是火電需求1；如果加入光熱之后，這條曲線會相應往左移動一些，這時候在相同的可靠性下是火電需求2，而火電需求1和火電需求2的差值其實就是光熱加入系統(tǒng)之后使系統(tǒng)常規(guī)電源減少所帶來的容量效益，在理論上應該這樣嚴格計算。

這里面涉及到系統(tǒng)的生產(chǎn)模擬問題，原來靠兩張表的方法，或者典型日法來評估電力系統(tǒng)運行狀態(tài)已經(jīng)不行了，必須采用比較科學的方法，我們研究的時候是一次求出一周的，連續(xù)求出一年52周8760小時的生產(chǎn)模擬，它是基于數(shù)學優(yōu)化的，不是常規(guī)的排工作位置那種簡單的方法，最主要是對于有多種儲能電源的系統(tǒng)來說，常規(guī)的方法肯定已經(jīng)失效了。

這是評估的案例數(shù)據(jù)，在這個案例里我們評估光熱效益要考慮3個影響因素，一個是運行方式，參不參與調(diào)峰，二是儲熱時長，10小時或者12小時，三是光熱規(guī)模，光熱的容量替代率并不是隨著光熱的規(guī)模增加而一直增加，達到一個頂點之后，這時候容量效益的絕對值在增加，但替代率會開始降低。

這張圖是光熱電站不參與調(diào)峰的情況，如果光熱是0的時候，這個系統(tǒng)需要3997萬千瓦的火電電源，加入系統(tǒng)200萬千瓦的光熱，還是需要3997的火電裝機，也就是說，如果光熱電站不參與系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，加入系統(tǒng)之后，只產(chǎn)生了電量效益，火電的確可以少發(fā)電量，因為電量需求是一定的，光熱發(fā)了火電就不發(fā)，但是火電裝機一點不能減少，這個結(jié)論是很悲觀的。如果這個系統(tǒng)，光熱不參加系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，系統(tǒng)并不會因為光熱的加入而使常規(guī)電源減少，國民經(jīng)濟性肯定也不好。

這張圖是光熱電站參與調(diào)峰，配置了12小時的儲能時長，這時候可以發(fā)現(xiàn)光熱為0的時候，系統(tǒng)是3997萬千瓦的火電需求，光熱200萬千瓦之后，火電變成了3907萬千瓦，光熱400萬千瓦之后火電變成3847萬千瓦，也就是光熱200萬千瓦的時候，它的容量替代率90/200，是45%，光熱400萬的時候，光熱的容量替代率是37.5%。

從這個例子可以看出，首先光熱的替代率并不會隨著光熱規(guī)模的增加一直直線上升，到45%之后開始出現(xiàn)下降的趨勢，二不是百分之百的容量替代，200萬千瓦光熱只能替換掉90萬千瓦的常規(guī)火電，容量替代率為45%。但它的確是比光伏好多了，我們一般認為光伏的保證容量幾乎沒有。

這張圖是光熱參與10小時調(diào)峰的，這個算例里面分析一下儲熱時長對它的影響，從結(jié)果我們可以看出，光熱還是200萬千瓦，由于儲熱時長是10小時，容量效益從之前的90萬千瓦降為70萬千瓦，容量替代率從45%降到35%，所以光熱電站要想發(fā)揮很好的容量替代性，首先得服從系統(tǒng)調(diào)度，第二你的儲熱時長要合適，不能太小。

三、光熱發(fā)電國民經(jīng)濟評價問題。

目前看光熱發(fā)電的成本的確有點高，我們對光熱發(fā)電進行常規(guī)的國民經(jīng)濟評價主要看兩塊效益，一個是容量替代效益，即容量效益。還有一個是它的電量效益，即節(jié)省煤炭的效益，這兩塊效益加起來都折算成等年值和光熱的成本相比較，如果大于0，國民經(jīng)濟評價通過，反之是不通過的。

情景1，基本是當前的造價，系統(tǒng)加入200萬千瓦光熱之后，國民經(jīng)濟效益是負值，這樣國民經(jīng)濟評價就通不過。

再加個情景，把新能源建設成本降低到原來的75%，從圖可以看到國民經(jīng)濟評價還是通過不了。

再降，把光熱的成本降到當前造價的一半，這個國民經(jīng)濟通過了，也就是說光熱建設成本再降低50%，按照原來的方法來評價國民經(jīng)濟可以通過，但是大家可以看到，事實上這個模式對光熱發(fā)電不公平，因為光熱發(fā)電加入系統(tǒng)發(fā)出的是清潔能源，所以我們換了一個視角來評價這個問題。

這也受益于國家現(xiàn)在正在推進的雙碳戰(zhàn)略，國家要求必須得新能源發(fā)電占比多少，這是一個硬約束，想方設法要實現(xiàn)這個目標，這樣就會有兩個選擇，一個選擇就硬發(fā)展光伏，然后再配些儲能，第二個選擇少發(fā)點光伏，加點光熱，這樣就有的比了。

按照這個模式，光熱發(fā)電的收益就多了一部分——即降低其他新能源的投資及運行費用。前面進行的國民經(jīng)濟評價的時候光熱就兩塊效益，一個是減少常規(guī)電源，一個是減少常規(guī)電源的煤炭消耗，而新的評價模式還有一個減少其他新能源，前提條件是國家要求新能源占比必須達到某個比例，這種情況下一個沒光熱的方案，一個有光熱的方案就可以進行對比。

還是前邊的例子，假設國家要求新能源消納占比達到27%。如果是光熱不發(fā)展的話，光伏需要發(fā)展到2100萬千瓦，火電3947萬千瓦。如果光熱發(fā)展100萬千瓦，那么光伏可以減少，從2100萬千瓦降到1550萬千瓦；如果光熱建設200萬千瓦，光伏規(guī)模繼續(xù)減少，同時光熱也可以發(fā)揮容量效益。

這是情景A，很好的一個結(jié)果，這樣計算國民經(jīng)濟評價已經(jīng)通過了，每年盈利14億，這塊效益來源于它可以替換掉光伏裝機，在一個新能源替代率較高的系統(tǒng)，11.7%的替代率，這時候100萬千瓦的光熱可以替換掉550萬千瓦的光伏，它的替換率是很劃算的，當然隨著替代率的降低，同樣100萬千瓦的光熱，它的替代率會有所降低。

情景B和情景C的國民經(jīng)濟評價也都通過了。也就是說，在國家的雙碳戰(zhàn)略下，為實現(xiàn)新能源發(fā)電量占比的要求，發(fā)展光熱而減少一些光伏，是一個不錯的選擇。

小結(jié)，光熱系統(tǒng)要進行8760小時生產(chǎn)模擬，典型日生產(chǎn)模擬無法模擬光熱跨日調(diào)節(jié)，導致評估失真。

相比于光伏發(fā)電，光熱發(fā)電具有較高的容量效益，可以替代常規(guī)電源。容量效益的發(fā)揮與調(diào)峰方式、儲能時長相關。隨著光熱發(fā)電規(guī)模的增加，光熱發(fā)電容量效益增加，但光熱發(fā)電容量替代率有一個先增加后下降的過程。

從國民經(jīng)濟情況來看，按照目前光熱造價成本和評估方法，發(fā)展光熱尚不具備國民經(jīng)濟性。光熱發(fā)電參與調(diào)峰運行的國民經(jīng)濟性優(yōu)于以光熱發(fā)電量最大為目標的不參與調(diào)峰運行方式。

新能源消納占比要求較高的情況下，光熱發(fā)電可以替代部分光伏裝機，從而具備國民經(jīng)濟性。

我的匯報就到此，謝謝大家批評指正。