萬(wàn)逵芳:供給側(cè)綜合能源體系構(gòu)建

編者按：2020年9月17～18日，以“塑造新模式o激活新動(dòng)能”為主題的“第十六屆中國(guó)分布式能源國(guó)際論壇暨2020綜合能源展覽會(huì)”在山東濟(jì)南召開，本次論壇由中國(guó)能源網(wǎng)主辦，中國(guó)能源研究會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)、水發(fā)能源集團(tuán)有限公司聯(lián)合主辦。會(huì)上，中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院高級(jí)工程師萬(wàn)逵芳發(fā)表了供給側(cè)綜合能源體系構(gòu)建的主旨演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

下面進(jìn)入今天上午的最后一個(gè)發(fā)言，大唐公司的萬(wàn)逵芳主任發(fā)言。

萬(wàn)逵芳：謝謝主持人，各位嘉賓上午好！我是來(lái)自大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院高級(jí)工程師萬(wàn)逵芳，我主要是從一個(gè)傳統(tǒng)的發(fā)電企業(yè)技術(shù)人員的角度去分析，去看待綜合能源。

我的匯報(bào)分以下五個(gè)部分，第一個(gè)是構(gòu)建供給側(cè)綜合能源體系的背景。二十一世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)包括中國(guó)在內(nèi)都面臨著化石能源的巨大消費(fèi)之后帶來(lái)的能源危機(jī)、環(huán)境污染以及氣候變化的挑戰(zhàn)，因此，能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為必然，全球以可再生能源替代化石能源已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。我們國(guó)家在2014年習(xí)近平總書記提出了四個(gè)革命，是一個(gè)合作的重大能源戰(zhàn)略，推進(jìn)現(xiàn)代能源體系建設(shè)，以可再生能源為主，構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系。

根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)的能源體系當(dāng)中肯定是新能源為主導(dǎo)優(yōu)先發(fā)展，作為傳統(tǒng)的煤電、火電，它們將承擔(dān)著高滲透率下的可再生能源電網(wǎng)安全性的基礎(chǔ)性支撐作用。作為我們傳統(tǒng)火電企業(yè)來(lái)看，是不是還可以保持以往做好發(fā)電或者說(shuō)熱電聯(lián)產(chǎn)就高枕無(wú)憂了呢？其實(shí)不然，現(xiàn)在在未來(lái)的能源體系下，火電企業(yè)將面臨著兩大難題，其中一個(gè)難題是，在可再生能源優(yōu)先發(fā)展的前提下，火電企業(yè)出于對(duì)電網(wǎng)安全的要求，對(duì)火電企業(yè)的一次調(diào)頻能力提出了更高的要求。同時(shí)因?yàn)樯疃日{(diào)峰，火電機(jī)組的發(fā)電效率進(jìn)一步下降，能源率下降，同時(shí)伴隨著利用小時(shí)數(shù)的下降，它的經(jīng)濟(jì)效益滑坡，企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展就受到了挑戰(zhàn)。作為火電企業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，我們必須轉(zhuǎn)變觀念，尋求新的發(fā)展模式，供給側(cè)綜合能源體系的建設(shè)，被認(rèn)為是現(xiàn)代能源體系構(gòu)建的一個(gè)突破口，自然而然我們就去選擇從火電集中式發(fā)電企業(yè)的角度，去看待和思考綜合能源體系到底是一個(gè)什么樣的東西。

我的第二部分是供給側(cè)綜合能源體系的內(nèi)涵，我們認(rèn)為綜合能源體系它的目標(biāo)有以下幾個(gè)方面，第一個(gè)是提高能源綜合利用效率，這個(gè)是能源轉(zhuǎn)型過(guò)程當(dāng)中必須始終堅(jiān)持的前提；第二個(gè)是提高可再生能源消納的水平，這個(gè)是我們的終極目標(biāo)，在可再生能源高比例上網(wǎng)的情況下，電網(wǎng)要做好友好型電力的輸出，保證用戶用電可靠性和安全性，作為電企業(yè)就要具有較強(qiáng)的深度調(diào)峰能力和一次調(diào)頻的快速響應(yīng)能力。在這些目標(biāo)的前提下，將會(huì)派生出一系列新型服務(wù)業(yè)態(tài)和模式，我們要從中尋找這樣的機(jī)會(huì)，為企業(yè)尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

如何去構(gòu)件綜合能源體系，國(guó)家發(fā)改委和能源局之前的文件當(dāng)中明確的提出了兩個(gè)任務(wù)，第一個(gè)任務(wù)叫做建設(shè)風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)系統(tǒng)；第二個(gè)是建設(shè)終端一體化集成供能系統(tǒng)；第一個(gè)任務(wù)我們把它稱之為集中式的綜合能源系統(tǒng)，第二個(gè)我們稱之為分散式的或者叫區(qū)域型的綜合能源系統(tǒng)。我們用這張圖可以表示集中式和分散式綜合能源系統(tǒng)之間的關(guān)系，集中式的綜合能源系統(tǒng)并不是說(shuō)在傳統(tǒng)的火電、水電、風(fēng)電、光伏等等的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單的加減，新能源發(fā)展了，我增加了一個(gè)風(fēng)電和光伏的建設(shè)規(guī)模，火電的規(guī)模壓縮，它并不是那么簡(jiǎn)單，而是要實(shí)現(xiàn)它們相互之間有機(jī)協(xié)同的耦合，利用它們各自負(fù)荷的特性，實(shí)現(xiàn)空間上、時(shí)空上的互補(bǔ)，是這樣的一個(gè)模式。

在技術(shù)路線方面，在風(fēng)光資源并不豐富的地區(qū)，我們用新能源作為補(bǔ)充，利用火電現(xiàn)有的一些資源，比如說(shuō)空閑的廠區(qū)發(fā)展新能源，作為基礎(chǔ)性支撐電源點(diǎn)，就是火電的補(bǔ)充。在風(fēng)電資源比較豐富的地區(qū)，大規(guī)模的風(fēng)電跟光伏互相耦合，同時(shí)跟剛才所說(shuō)的新能源作為火電補(bǔ)充的模式相結(jié)合。在分散式的這邊，就是區(qū)域型的綜合能源系統(tǒng)當(dāng)中，我們認(rèn)為它分兩種模式，一種模式是自建有支撐電源的，以天然氣為主的三聯(lián)供的系統(tǒng)，這樣的一種模式。另一種就是以外來(lái)電作為綜合能源系統(tǒng)的支撐電源，這樣一種模式，二者共存的情況下，集中式的綜合能源系統(tǒng)把它的電送到終端來(lái)，不管是以補(bǔ)充模式還是以支撐模式，那么就實(shí)現(xiàn)了可再生能源電源從遠(yuǎn)方來(lái)，從可再生清潔能源來(lái)的目的。在園區(qū)側(cè)配置相應(yīng)儲(chǔ)能的裝置，就可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷上時(shí)間的轉(zhuǎn)移，這樣的話電從遠(yuǎn)方來(lái)，電從清潔能源來(lái)就實(shí)現(xiàn)了。在這樣的一種體系下，它派生出了一系列能源服務(wù)的模式，以及需要一些支撐手段，這些模式跟手段孕育了新服務(wù)的商機(jī)。

第三部分是集中式綜合能源的實(shí)踐，我們從火電傳統(tǒng)能源的角度上去思考，怎么去構(gòu)建我們集中式的綜合能源系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)分析，基于傳統(tǒng)能源，就是作為支撐性電源的傳統(tǒng)火電，在構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)的時(shí)候具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)，第一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了，另外可以充分利用廠區(qū)，灰場(chǎng)等土地資源，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)光消納的比例，基本上可以做到?jīng)]有氣風(fēng)氣光，火電本身跟廠用電作為托底，在這種小規(guī)模風(fēng)光資源作為補(bǔ)充的情況下，二者建設(shè)規(guī)模的比例差距是非常大的，很容易消納掉所有的風(fēng)光發(fā)電。作為儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)，它只是為了更好的提高一次調(diào)頻的響應(yīng)速度，在廠區(qū)內(nèi)如果說(shuō)附近有輕的消納的話，可以做到追求濾清產(chǎn)能的占比。

此外，作為集中式傳統(tǒng)的火電，在多能系統(tǒng)耦合方面也具有優(yōu)勢(shì)，不單單是以傳統(tǒng)的化石能源作為發(fā)電的資源，還可以耦合生物質(zhì)城市的污泥，從輸出電能來(lái)看，除了前面的電能以外，可以把儲(chǔ)能作為電源的供應(yīng)點(diǎn)。在這樣的系統(tǒng)之下，可以實(shí)現(xiàn)多元的服務(wù)輸出，電力的友好性輸出，余熱回收，低成本穩(wěn)定的氫氣回收，同時(shí)氫氣的副產(chǎn)品，氧氣可以作為機(jī)組深度調(diào)峰的時(shí)候，穩(wěn)定燃燒，用于助燃，另外可以做一些城市廢棄物的處理服務(wù)。

基于以上的認(rèn)識(shí)，基于我們集團(tuán)內(nèi)部的張家口電廠，開展了火、泥、光、氫、儲(chǔ)這樣一個(gè)綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃。這個(gè)電廠有830萬(wàn)機(jī)組，現(xiàn)在承擔(dān)了2000多萬(wàn)平方米的供熱任務(wù)，供熱抽汽余壓發(fā)電帶廠用電，靈活性調(diào)峰、配煤污泥摻燒，在此基礎(chǔ)上我們考慮污泥摻燒，它的先天條件，資源稟賦全場(chǎng)有183萬(wàn)平米閑置的灰場(chǎng)，屬于資源豐富的地區(qū)，張家口作為全國(guó)新能源的綜合示范基地，它的規(guī)劃用氫將在2020年1800輛，年用氫量的規(guī)劃是兩萬(wàn)噸。

在這種優(yōu)勢(shì)的條件下，我們?cè)谝延袩犭娐?lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合深度調(diào)峰，今年剛實(shí)現(xiàn)了低壓缸的處理改造。此外規(guī)劃在灰場(chǎng)建設(shè)100兆瓦的光伏電站，配備了10兆瓦5兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能裝置，同時(shí)配備了5%-3%燃煤量的物理?yè)綗?。張家口氫能的?guī)劃消耗量比較大，所以我們配備了兩套500立方米每小時(shí)的電解水質(zhì)氫，制氫產(chǎn)生的氧氣儲(chǔ)存了80立方米，儲(chǔ)氧罐當(dāng)中，用于在電廠極低負(fù)荷調(diào)峰的時(shí)候助燃。我們另一個(gè)針對(duì)的項(xiàng)目是托克托電廠，8臺(tái)600兆瓦的機(jī)組和兩臺(tái)66萬(wàn)的火電機(jī)組，電廠調(diào)峰的壓力非常大，對(duì)電網(wǎng)考核的壓力也是很大的，每年的經(jīng)濟(jì)損失也比較大，廠用電率比較高，全廠灰場(chǎng)面積比較大，呼和浩特市政府已經(jīng)批準(zhǔn)了要托電，向呼和浩特市遠(yuǎn)距離供熱。

基于以上的情況，我們也做了一個(gè)能源系統(tǒng)構(gòu)建的規(guī)劃，之前電廠10兆瓦的光伏水廠已經(jīng)全部投入了應(yīng)用，接下來(lái)在灰場(chǎng)和廠區(qū)建設(shè)20兆瓦的光伏工程，現(xiàn)在遠(yuǎn)距離供熱可行性研究報(bào)告已經(jīng)編制完成了，配備儲(chǔ)能20兆瓦跟10兆瓦時(shí)，滿足兩臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻的需要。

此外規(guī)劃在附近的和林格爾縣建設(shè)風(fēng)電基地，氣電全部納入電廠用電進(jìn)行消納，因?yàn)檫@個(gè)是670萬(wàn)千瓦的裝機(jī)，接近6%的廠用電率，所以說(shuō)這個(gè)廠用電消納的能力是非常大的。其中還有20兆瓦的風(fēng)電要參與電解水質(zhì)氫，這是一個(gè)未來(lái)的規(guī)劃，在呼和浩特新機(jī)場(chǎng)建成以后考慮這方面的實(shí)施。這是我們預(yù)計(jì)的一個(gè)結(jié)果。

第四部分是我們關(guān)于分散式，也就是區(qū)域綜合能源服務(wù)的思考。區(qū)域綜合能源我們認(rèn)為它是對(duì)以前我們所說(shuō)的分布式功能的系統(tǒng)融合和發(fā)展，在多種能源的耦合互補(bǔ)方面產(chǎn)品的輸出以及靈活性功能的服務(wù)范圍方面更寬、更廣。它的關(guān)鍵要素有系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能的調(diào)度以及以后運(yùn)營(yíng)的模式，其中系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)最關(guān)鍵核心的位置，智能調(diào)度事實(shí)上是人網(wǎng)協(xié)同，目前有很多能量平衡的管理，能量系統(tǒng)的管理，包括智能運(yùn)維，這些它都可以在對(duì)已有的系統(tǒng)能夠保證它的效率，運(yùn)營(yíng)的效率和經(jīng)濟(jì)性是最好的。但是，它的前提條件是我們的系統(tǒng)是優(yōu)化的，系統(tǒng)優(yōu)化這一塊展開說(shuō)一下，昨天也有嘉賓報(bào)告的時(shí)候提到過(guò)系統(tǒng)的優(yōu)化，目前系統(tǒng)優(yōu)化大致可以分為以下幾種情況：第一種情況，根據(jù)用戶側(cè)的主史負(fù)荷特性，比如說(shuō)電熱冷或者168小時(shí)，甚至是做到全年的負(fù)荷特性，在這個(gè)基礎(chǔ)上建立了適用于綜合能源服務(wù)系統(tǒng)一些設(shè)備的模型，這些模型目前來(lái)說(shuō)大多是機(jī)理模型，搭建成系統(tǒng)，昨天有的專家報(bào)告當(dāng)中提到，建立一個(gè)平臺(tái)之后，可以在眾多的平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)的模擬運(yùn)行，從若干個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中選擇出最優(yōu)的。另外一種方式就是采用計(jì)算技術(shù)，優(yōu)化算法，把基于我的主史負(fù)荷特性，建立這種模型，通過(guò)優(yōu)化算法，每一個(gè)小時(shí)模擬運(yùn)行的時(shí)候經(jīng)濟(jì)成本包括我的投資，什么是最優(yōu)的，這樣最終給出來(lái)一套配置方案，這種方案比之前的方案它的選擇范圍更為擴(kuò)大，也更接近于比較理想的結(jié)果。但是它有一個(gè)問(wèn)題，它的模型是物理機(jī)制模型，當(dāng)你選出來(lái)系統(tǒng)配置的時(shí)候，可能在市面上找不到跟你這個(gè)系統(tǒng)完全一樣的設(shè)備。所以目前我們?cè)谧龅墓ぷ魇腔谥魇坟?fù)荷，在構(gòu)建系統(tǒng)模型的時(shí)候采用的是我們市場(chǎng)上已經(jīng)成熟的設(shè)備的變工況特性擬合出來(lái)的一個(gè)數(shù)字模型，用這種數(shù)字的模型我建了很多的設(shè)備，都放到庫(kù)里邊，通過(guò)優(yōu)化算法，最終選擇出來(lái)比較優(yōu)的系統(tǒng)配，這樣就能保證主要設(shè)備在市場(chǎng)上是可以買到的。

我們?cè)谧鲞@個(gè)研究的過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)要求的很高，包括一些智能運(yùn)行和自學(xué)習(xí)的優(yōu)化運(yùn)行，需要的系統(tǒng)是非常好的，我們采用先進(jìn)的數(shù)字模型做的時(shí)候遇到一個(gè)困難，我的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)其實(shí)是不足的，這個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)包括以下幾個(gè)方面，是我設(shè)備的變工況特性數(shù)據(jù)，我們作為發(fā)電企業(yè)很容易收集到比較大型的設(shè)備的變工況特性數(shù)據(jù)，但是對(duì)于綜合能源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的設(shè)備基本上都是比較小的，我們?cè)谑占倪^(guò)程當(dāng)中有一些設(shè)備廠商非常配合，積極的給我們提供，更多的處于一種研究階段，不是實(shí)際的工程，數(shù)據(jù)提供起來(lái)相對(duì)困難一些。建筑用能的數(shù)據(jù)現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，建筑這門專業(yè)發(fā)展的比較充分，設(shè)計(jì)的比較好，我們可以采用一些方式，計(jì)算的方式、預(yù)算的方式，還算比較好，但是一些典型的建筑，實(shí)際這種設(shè)計(jì)的比較相對(duì)還是有一些欠缺。還有一個(gè)比較缺的數(shù)據(jù)，在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中不同生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程當(dāng)中它用能的變化，或者說(shuō)一定時(shí)間段的變化特性，目前來(lái)說(shuō)還是比較缺乏，如果說(shuō)數(shù)據(jù)的缺乏不準(zhǔn)確的話，事實(shí)上我們?cè)谙到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，你的基礎(chǔ)不準(zhǔn)的，設(shè)計(jì)優(yōu)化的這個(gè)東西到實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候肯定也是存在問(wèn)題的。

第二個(gè)問(wèn)題，能量梯級(jí)利用理念與園區(qū)規(guī)劃的協(xié)同，園區(qū)功能比較單一，系統(tǒng)的用能包括余熱的用能沒(méi)地方用，其他的能源價(jià)格體系帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性體制機(jī)制都是老生常談了。

構(gòu)建供給側(cè)綜合能源體系是需要集中式與分布式并重。集中式綜合能源是重要組成部分，在資源的綜合利用、優(yōu)化設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化方面以及服務(wù)的友好型方面也是具有一定優(yōu)勢(shì)的。

發(fā)展園區(qū)型的綜合能源，不僅需要系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行是控制技術(shù)，還需要關(guān)注用能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累、能量梯級(jí)利用理念的協(xié)同。國(guó)內(nèi)綜合能源處于起步階段，大家還需共同努力，共同創(chuàng)新，我的匯報(bào)結(jié)束，謝謝！