回顧我國的光熱發(fā)電歷程，從2006年到2023年，從科學探索和試點階段到規(guī)?；痉峨A段再到推動規(guī)?；l(fā)展階段。隨著時間的不斷推移，2024年，光熱打捆項目的開發(fā)模式將向什么方向發(fā)展？

4月25日，2024第十一屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在內(nèi)蒙古呼和浩特盛大召開，水電水利規(guī)劃設計總院（以下簡稱水規(guī)總院）新能源研究院陸上能源部主任王昊軼出席會議并作主題報告《光熱發(fā)電與風電光伏聯(lián)營提升保供支撐調(diào)節(jié)能力》。

圖：王昊軼

面對上述問題，王昊軼給出了水規(guī)總院的觀點：光熱打捆項目的開發(fā)模式將隨著風光成本的進一步下降和電力市場機制的完善，逐步由經(jīng)濟互補聯(lián)營進入物理實質(zhì)性聯(lián)營，提升光熱發(fā)電對電力系統(tǒng)的支撐調(diào)節(jié)能力。

他解釋道：“這里提到了兩個聯(lián)營，經(jīng)濟互補聯(lián)營是指目前普遍開展的打捆項目的模式，物理實質(zhì)性聯(lián)營則更強調(diào)的是光熱與風電光伏的單點接入，一體化調(diào)度和協(xié)同運行。通過虛擬電廠的模式來提升整個光熱對打捆項目對風電、光伏的調(diào)節(jié)能力，真正的實現(xiàn)以新能源調(diào)節(jié)支撐新能源?！?/p>

基于上述觀點，王昊軼從光熱的特點、定位與面臨的形勢，光熱與風光聯(lián)營總體思路，多能互補提升保供能力方案三方面展開了論述。

光熱的特點、定位與面臨的形勢

眾所周知，光熱具備頂峰、調(diào)頻調(diào)壓、長時儲能、轉(zhuǎn)動慣量、黑啟動等技術(shù)特性，是綠色低碳電網(wǎng)友好型電源。

基于仿真工具，水規(guī)總院結(jié)合實際電網(wǎng)模型開展了相應的研究工作。

王昊軼介紹，在電網(wǎng)支撐能力方面，水規(guī)總院結(jié)合西部某省區(qū)實際的電網(wǎng)模型，在BPA項目搭建了相應的仿真系統(tǒng)，分別研究了當大電網(wǎng)出現(xiàn)嚴重故障時電壓配置光熱系統(tǒng)和不配置光熱系統(tǒng)的響應能力。由此得出的結(jié)論是：配置光熱的系統(tǒng)，其整個光熱集群起到了相應的調(diào)頻調(diào)壓作用。

同時，水規(guī)總院采用生產(chǎn)模擬軟件，重構(gòu)了某省區(qū)8760小時的電力負荷供需平衡圖，可以看到，在一些關(guān)鍵時段，當供需出現(xiàn)不平衡問題時，光熱起到了頂峰調(diào)節(jié)作用。

另一方面，水規(guī)總院還將光熱發(fā)電與火電的出力特性進行了比較。

比較發(fā)現(xiàn)，光熱發(fā)電與火電機組在調(diào)頻調(diào)峰、轉(zhuǎn)動慣量及黑啟動上擁有共同特性。同時，光熱系統(tǒng)也有一些優(yōu)于火電機組的特性：出力方面，光熱機組調(diào)峰深度最大可達80%；爬坡速度快，升降負荷速率可達每分鐘3%～6%額定功率，冷態(tài)啟動時間1小時左右、熱態(tài)啟動時間約25分鐘，調(diào)節(jié)性能優(yōu)于煤電；減排方面，2022年全國單位火電發(fā)電量二氧化碳排放約824克/千瓦時，與之相比，光熱發(fā)電有效降低了碳排放。

王昊軼指出，光熱系統(tǒng)也存在很多不足。首先，由于光熱發(fā)電本質(zhì)上還屬于太陽能發(fā)電，因此受連續(xù)陰雨天影響較大，但是其較風電和光伏要具備可調(diào)可控能力。除此之外，雖然經(jīng)過首批示范項目的帶動，光熱發(fā)電技術(shù)水平顯著提升，但其仍不具備獨立、平價上網(wǎng)能力。

王昊軼認為，光熱發(fā)電目前面臨的形勢主要有兩方面。

一是碳達峰碳中和目標對光熱發(fā)電提出較大發(fā)展需求。根據(jù)未來我國能源電力發(fā)展趨勢，預計到2030年碳達峰，按照2030年碳達峰后全國不再新增煤電裝機考慮，碳達峰后全國新增支撐電源需求，需要由抽水蓄能、新型儲能、光熱發(fā)電、綠氫發(fā)電等共同滿足。從光熱資源豐富的內(nèi)蒙古、青海、甘肅、新疆、西藏五省區(qū)看，考慮光熱逐步成為西北補充支撐調(diào)節(jié)電源，光熱發(fā)電發(fā)展空間巨大。

二是光熱發(fā)電在各類零碳低碳保供電源中具有較強競爭優(yōu)勢。為應對碳達峰后的電力安全保供，煤電摻氨、CCUS、氣電摻氫、光熱發(fā)電都是當前正在探索的技術(shù)路線。在這些技術(shù)路線中，光熱發(fā)電技術(shù)最成熟、成本最低、應用規(guī)模最大，當前具有較明顯的競爭優(yōu)勢，與市場化大規(guī)模應用的差距最小。但是，與目前電力系統(tǒng)經(jīng)濟承受能力相比，光熱發(fā)電成本仍亟需下降。

光熱與風光聯(lián)營總體思路

王昊軼指出，光熱與風光聯(lián)營需要經(jīng)過兩個階段，兩類場景，兩種應用和多條路徑。

第一階段指目前開展的經(jīng)濟互補聯(lián)營推動規(guī)?；l(fā)展，第二階段指多能互補物理實質(zhì)性聯(lián)營提供系統(tǒng)調(diào)節(jié)與支撐。

兩類場景包括本地自用和跨省區(qū)外送。

本地自用方面包括采用光熱集群——提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性;光熱+新能源——跟隨地區(qū)/園區(qū)負荷曲線，實現(xiàn)獨立穩(wěn)定供電;光熱+新能源——與制氫等柔性負荷互調(diào)。

跨省區(qū)外送首先是補充調(diào)節(jié)，在目前的外送基地中，新增相應的光熱作為補充調(diào)節(jié)電源，提高外送基地的可再生能源占比；其次是部分替代，指在外送支撐火電中，可以嘗試采用一部分光熱作為調(diào)峰支撐電源進行部分替代；最后是支撐調(diào)節(jié)，考慮全部替代煤電，以光熱作為外送基地的調(diào)峰支撐電源，王昊軼指出，這一階段還需要進一步的深化研究。

除此之外，兩種應用首先是指光熱集群，通過技術(shù)組合提升系統(tǒng)的支撐能力；再一個是多能互補跟隨負荷特性。

王昊軼表示，目前國家和相關(guān)省區(qū)已經(jīng)出臺的實施路徑包括綠電多能互補、工業(yè)園區(qū)綠色供電、源網(wǎng)荷儲一體化熱電聯(lián)產(chǎn)、風光制氫一體化、沙戈荒大基地?！敖Y(jié)合實施路徑，我們提出合理的聯(lián)營系統(tǒng)電源配比、電價政策、電力市場機制，明確一體化計量、協(xié)同運行、統(tǒng)一調(diào)度模式，推動聯(lián)營系統(tǒng)的開發(fā)建設?！?/p>

王昊軼指出，從光熱集群來提升系統(tǒng)支撐能力方面來看，目前主要考慮根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點和需求，結(jié)合場址建設條件，分散部署光熱電站，通過集群調(diào)度提升電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)支撐能力，以經(jīng)濟可行為邊界條件，合理計算聯(lián)營系統(tǒng)風電、光伏配比。光熱和風光場址結(jié)合系統(tǒng)需求和建設條件，可以集中選址，也可以分散選址。

下圖展示了基于西部某省區(qū)的實際電網(wǎng)模型開展的基礎調(diào)度控制進行的電網(wǎng)嚴重故障后的電壓和頻率響應的仿真結(jié)果。

多能互補跟隨負荷特性方面，負荷特性既可以是區(qū)域、園區(qū)，也可以是特高壓的。

主要考慮通過“長時儲能光熱+風電+光伏+（電加熱器）+（補燃）”的一體化設計、一體化開發(fā)，集群接入同一并網(wǎng)點或就近分散接入，光熱電站本體可考慮補燃或電加熱，通過光熱調(diào)節(jié)自身的風光，實現(xiàn)光熱與風光的電力、電量互補，使聯(lián)營系統(tǒng)通過統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)同運行、一體化計量，實現(xiàn)聯(lián)合出力能夠跟隨電網(wǎng)負荷特性，發(fā)揮傳統(tǒng)電源跟隨負荷，滿足保供需求的能力。該模式強調(diào)光熱與風光集群接入同一并網(wǎng)點或就近接入，光熱在聯(lián)營系統(tǒng)中實現(xiàn)以新能源調(diào)節(jié)支撐新能源。

多能互補提升保供能力方案

王昊軼表示，在光熱聯(lián)營系統(tǒng)提升能力方面，應重點考慮兩方面的因素，一是聯(lián)營系統(tǒng)的電源組織，再一個是光熱本體的配置。

“首批光熱示范項目主要考慮按照應發(fā)盡發(fā)開展的電站設計，設計原則是最大化的獲取能量，使光熱電站盡可能的發(fā)電。而在聯(lián)營系統(tǒng)當中，光熱電站從結(jié)構(gòu)電源變?yōu)檎{(diào)節(jié)型電源，因此我們更關(guān)心的是，我們是否能夠通過容量來滿足電力系統(tǒng)對我們能源系統(tǒng)提出的調(diào)節(jié)能力需求，因此設計時應在詳細分析系統(tǒng)需求和負荷特性的前提下，明確儲能時長，結(jié)合聯(lián)營系統(tǒng)內(nèi)部設定的協(xié)同運行策略進一步優(yōu)化儲能，再明確鏡廠面積?？梢员ＷC鏡廠和儲能系統(tǒng)的協(xié)同和優(yōu)化。”

水規(guī)總院在生產(chǎn)模擬系統(tǒng)中開展了多能互補仿真研究。

王昊軼表示，該系統(tǒng)是按照“長時儲能光熱+風電+光伏+電加熱+補燃”的結(jié)構(gòu)開展的研究工作，系統(tǒng)仿真核算結(jié)果補燃發(fā)電量占比小于10%，風光棄電率小于5%，負荷保障率100%。

極端天氣下，這樣的一個系統(tǒng)到底能不能實現(xiàn)負荷保障？基于該系統(tǒng)，王昊軼截取了相應的時間片斷。

圖：連續(xù)大風日

如圖，4月20日至24日（圖中2617時至2736時）為連續(xù)大風日，新能源大發(fā)時光熱降低出力讓路，新能源出力不足時光熱支撐。

圖:連續(xù)小風日

1月3日至23日（圖中49時至144時）為連續(xù)小風小光日，風電出力不足，光熱白天發(fā)電后熱量不足以存儲，夜間主要通過補燃和部分網(wǎng)匯實現(xiàn)對負荷曲線的跟隨。

最后,結(jié)合水規(guī)總院的相關(guān)研究結(jié)果，王昊軼針對光熱行業(yè)后續(xù)發(fā)展提出如下建議：“一是加強物理實質(zhì)性聯(lián)營系統(tǒng)中光熱、風電、光伏協(xié)同運行、統(tǒng)一調(diào)度研究，提升聯(lián)營系統(tǒng)調(diào)度響應和電網(wǎng)支撐能力；二是研究探索物理實質(zhì)性聯(lián)營系統(tǒng)作為獨立市場主體，參照煤電功能參與電力市場，推動光熱具備市場化開發(fā)建設條件?！?/p>