——訪國家電網(wǎng)有限公司西北分部規(guī)劃部副主任孫驍強
□ 本報記者 焦紅霞
□ 實習記者 吳 昊
在碳達峰、碳中和目標引領下，我國即將迎來可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用時代，但面對風電、光伏發(fā)電與生俱來的不穩(wěn)定性，如何保障未來電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行成為關鍵。而太陽能熱發(fā)電對電網(wǎng)具有先天的友好性，在構建“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的過程中，或將扮演重要的調節(jié)作用。
從電網(wǎng)的視角，如何看待太陽能熱發(fā)電？太陽能熱發(fā)電的“友好性”如何體現(xiàn)？電網(wǎng)對這種新能源的發(fā)展有何期待？帶著這些問題，本報記者專訪了國家電網(wǎng)有限公司西北分部規(guī)劃部副主任孫驍強。
在孫驍強看來，太陽能熱發(fā)電有助于解決高比例可再生能源系統(tǒng)的電力電量供應平衡問題和電力系統(tǒng)安全問題。他表示，目前，電網(wǎng)中火電裝機占比還比較高，太陽能熱發(fā)電裝機小，其特點還沒有顯現(xiàn)，但在未來，隨著火電的逐漸退出，太陽能熱發(fā)電對電力系統(tǒng)的“友好性”將逐漸凸顯。
保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行
問：從替代火電的角度，太陽能熱發(fā)電在保障電力電量供應、落實國家能源安全戰(zhàn)略方面將發(fā)揮什么作用？
答：隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的實施，我國火電建設空間將進一步壓縮，新能源裝機快速提高，但其波動性使電力系統(tǒng)不同時間尺度的電力電量保障難度增大，特別是極端氣候條件下的供應難度更大。太陽能熱電站在增加應急燃氣鍋爐后，出力特性與燃煤火電基本相當，平穩(wěn)可控，從而實現(xiàn)全容量替代燃煤火電裝機，還能保證發(fā)電量中絕大部分仍是可再生能源，電力品質更優(yōu)。
同時，我國油氣大量依賴進口。太陽能熱電站增加應急燃氣鍋爐后，可以實現(xiàn)裝機的杠桿作用，以數(shù)倍裝機容量替代燃氣機組，相同的天然氣消耗，太陽能熱發(fā)電裝機可以達到氣電裝機的4倍。這對于擺脫一直以來我國油氣對外的高度依賴，確保國家能源安全，對于從高碳能源快速進入低碳能源、高質量實現(xiàn)碳達峰目標都具有重要意義。
問：如何看待太陽能熱發(fā)電的調峰調節(jié)性能？
答：隨著新能源裝機的增大，其功率波動將進一步增大。2019年，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)新能源日最大功率波動達1.07億千瓦，占其裝機的31%。根據(jù)相關機構研究，預估2060年全國范圍內新能源日內最大功率波動將超過16億千瓦，超過當年火電、水電、核電等常規(guī)電源總裝機容量，僅靠常規(guī)電源調節(jié)難以應對新能源日內功率波動，新能源消納面臨巨大挑戰(zhàn)。
未來我國新能源發(fā)展規(guī)模持續(xù)擴大，而靈活調節(jié)電源占比低，電力系統(tǒng)調峰調節(jié)能力嚴重不足。太陽能熱電站自帶儲能功能，可以做到像氣電一樣的啟停調峰，連續(xù)發(fā)電的最小出力可以降至20%，優(yōu)于煤電的40%；調節(jié)速率達到額定出力的（3%~4%）/分鐘，約是常規(guī)煤電機組的2倍；汽輪機的啟動時間僅20分鐘~60分鐘，僅為常規(guī)煤電機組的1/3~1/4。作為自帶調峰的新能源調節(jié)性能優(yōu)越，可以與光伏、風電充分互補運行，實現(xiàn)“以新能源調節(jié)新能源”，“以新能源促進新能源消納”。
問：在落實國家能源轉型戰(zhàn)略方面，太陽能熱發(fā)電有哪些意義？
答：在“雙碳”目標引領下，我國勢必將形成高比例新能源電量的電力系統(tǒng)，根據(jù)相關預測，2060年我國超過55%左右的電量來自新能源發(fā)電。太陽能熱電站本身屬于新能源發(fā)電電源，在能源轉型的過程中，通過優(yōu)化新能源開發(fā)結構，太陽能發(fā)電裝機中建設一定比例的太陽能熱電站，不僅可以減少常規(guī)調節(jié)電源的配置規(guī)模，還可以有效增加可再生發(fā)電量占比，提高可再生能源電力消納比重，促進能源結構綠色轉型發(fā)展。
問：太陽能熱發(fā)電對電力系統(tǒng)安全的作用主要體現(xiàn)在哪些方面？
答：對于電力系統(tǒng)安全，太陽能熱發(fā)電可以解決3個關鍵問題：頻率安全、電壓安全、功角穩(wěn)定。
在頻率安全方面，太陽能熱發(fā)電具有旋轉慣量，且調頻性能優(yōu)良，可確保交流電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性。和光伏、風電多為電力電子元件不同，太陽能熱電站并網(wǎng)元件為常規(guī)同步機組，可為系統(tǒng)提供旋轉慣量，同時由于其無燃煤鍋爐，其換熱器效率高，可以參與電網(wǎng)一次調頻和二次調頻，性能超過火電機組，能迅速響應電網(wǎng)負荷波動，維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。
在電壓安全方面，太陽能熱發(fā)電作為電壓支撐電源，可有效抑制新能源暫態(tài)過電壓。太陽能熱電站完全是一個發(fā)新能源的傳統(tǒng)發(fā)電機組，在像光伏、風電發(fā)出有功的同時，還可以根據(jù)系統(tǒng)調壓需要調節(jié)無功輸出，同時作為同步發(fā)電機電源，可為系統(tǒng)提供短路容量，具備電壓支撐能力，從而有效抑制新能源暫態(tài)過電壓。
在功角穩(wěn)定方面，太陽能熱發(fā)電作為同步發(fā)電機電源，可提高交流電網(wǎng)功角穩(wěn)定性。太陽能熱電站聚合了新能源和傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機，作為同步發(fā)電機電源具有明顯優(yōu)勢，由于不具有常規(guī)火電鍋爐燃燒環(huán)節(jié)，氣門關停開啟方便，調節(jié)速度更快，可以快速響應系統(tǒng)中出現(xiàn)的大小擾動，對于維持新型電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定具有重要意義。
太陽能熱發(fā)電定位有待重新發(fā)現(xiàn)
問：站在電網(wǎng)的角度，對未來太陽能熱發(fā)電的發(fā)展有何期望？
答：一是成本進一步降低。受技術、融資和電價政策等多種因素影響，太陽能熱電站建設和發(fā)電成本仍居高不下。而過去10年光伏和風電發(fā)電成本快速下降，目前已基本能夠實現(xiàn)平價上網(wǎng)，以鋰離子為代表的儲能電池成本也在迅速降低，而且為解決新能源暫態(tài)過電壓問題分布式調相機應運而生。因此，太陽能熱電站的發(fā)展也面臨與“新能源+儲能+調相機”的路線競爭問題，太陽能熱發(fā)電成本需要快速下降。
二是太陽能熱發(fā)電定位有待重新發(fā)現(xiàn)。“雙碳”目標下，新能源消納需要系統(tǒng)思維，太陽能熱發(fā)電作為儲熱型調峰電源，在設計之初就應從全局角度出發(fā)，以系統(tǒng)最大化消納新能源為目的，合理配置聚光集熱系統(tǒng)和儲熱系統(tǒng)；同時未來以新能源為主的新型電力系統(tǒng)電力保障問題更加重要，光熱電站作為穩(wěn)定支撐電源，通過優(yōu)化配置應急燃氣鍋爐，可以全容量替代常規(guī)火電，保障極端天氣情況下的電力可靠供應。
三是光熱電站涉網(wǎng)性能有待優(yōu)化。目前已經(jīng)投運的光熱電站不多，還未有完全參與電網(wǎng)調峰的實踐，光熱電站的涉網(wǎng)性能有待進一步驗證，有必要結合電網(wǎng)調峰調頻調壓等運行需求，合理優(yōu)化光熱電站技術參數(shù)，以便大規(guī)模開發(fā)后支撐新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
四是“光伏光熱一體化開發(fā)”示范意義明顯。隨著光伏技術不斷進步和成本繼續(xù)下降，西北地區(qū)光伏上網(wǎng)電價將進一步降低。因此，光伏和太陽能熱發(fā)電一體化開發(fā)聚合了低成本的光伏和可完美替代火電的光熱電站，具有一定的技術經(jīng)濟優(yōu)勢，在“雙碳”大背景下，對促進新能源高質量開發(fā)具有積極的示范意義。
五是我國西北地區(qū)適宜建設太陽能熱發(fā)電。我們國家缺油少氣，但新能源資源豐富，而調節(jié)電源少，就需要發(fā)展具有調節(jié)能力、支持能力的新能源——太陽能熱發(fā)電。我們呼吁要給予太陽能熱發(fā)電行業(yè)支持，平價上網(wǎng)在一個新興產業(yè)可以延緩執(zhí)行，可以采取緩降補貼的方式幫助太陽能熱發(fā)電，“扶上馬送一程”。
問：作為風、光資源豐富的西北地區(qū)電網(wǎng)，國家電網(wǎng)有限公司西北分部對太陽能熱發(fā)電的發(fā)展做了哪些工作？
答：綜合考慮依托資源的新能源出力特性和交流同步電網(wǎng)運行特性，光伏、風電無法做到全功能替代火電，而太陽能熱發(fā)電同時具有新能源、儲能和同步發(fā)電機的優(yōu)點，在儲熱調節(jié)能力、系統(tǒng)頻率調整、電壓支撐能力等多個方面具有明顯優(yōu)勢，與天然氣少量融合后可以全容量、全功能、全時段替代常規(guī)火電，助力系統(tǒng)實現(xiàn)不同時間尺度電力電量雙平衡，可以作為未來新型電力系統(tǒng)的電源支撐和火電替代方案。
目前，我們正在研究光熱電站對系統(tǒng)的支撐作用，力求從整體國民經(jīng)濟角度出發(fā)，考慮各種技術路線成本發(fā)展趨勢，通過對光熱與新能源+電化學儲能+調相機、新能源+抽蓄等多方案技術經(jīng)濟比較，全面梳理光熱在電力電量平衡全過程和電網(wǎng)運行全功能方面的比較優(yōu)勢，為我國新能源發(fā)展和電網(wǎng)安全運行提供參考。
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