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光熱電力在電網中占比超30%將更具競爭力

文章出处:www.fscddl.com  作者:光伏发电  日期:2017-06-05 15:06:28  阅读量:

近年來,德國在不遺余力地嘗試著能源轉型。2011年,德國制定了一項清潔能源計劃,按照計劃到2050年德國清潔能源並網發電量占比將從目前的30%提升至90%。目前,德國正在尋求一種最具成本效益的方式爲其電網提供電力,並期望到2050年基本實現零排放。

鑒于德國本土DNI指數較低,光熱發電似乎不可能在该国能源转型和构筑低碳电网过程中扮演重要角色。然而,2016年发布的几篇论文所涉及的研究结果表明,储热型光熱發電技术(CSP-TES)或将在这一过程中发挥重要作用。

爲驗證上述分析結果的合理性,同時也爲了響應德國科學院的未來能源系統項目ESYS(EnergiesystemederZukunft:FutureEnergySystems)的要求,德國亞琛工業大學開發了一種新的計算工具,並利用該工具來研究哪種靈活可調的電力最適合于承擔低碳排放電網中的輔助電力負載。

光熱電力在電網中占比超30%將更具競爭力

众所周知,储热型光熱發電技术可生产灵活可调度的电力,但它对法向直接辐射(DNI)的要求较高,因此光热电站大多建在太阳能资源较为丰富的荒漠地带。

德国研究人员经过分析,得出了一个结果:德国若从DNI指数较高的西班牙和摩洛哥进口电力,配置储能的光熱發電将是一种极具经济竞争力的选择。

当然,从上述两国进口光熱電力将需要建设高压直流输电线路,这也是远距离运输大额电力最经济的选择。因此,电力成本的计算应该包括光熱發電的成本以及新建输电线路的成本。

光熱發電是弥补间歇发电缺陷的可行选择

然而,研发人员的研究焦点并不仅限于储热型光熱發電,而是更关注未来能源系统的整体发展。

據亞琛工業大學電力電子與電力驅動研究所電化學能量轉換及儲能系統研究室副研究員PhilippStöcker介紹,由于風電和光伏發電等具有間歇性且波動較大,因此,在未來的電網中,可控和可調度的電力必須發揮更大的作用以彌補前者的缺陷。

Stöcker专注于计算工具的设计,以帮助优化和分析能源系统。此外,他还参与撰写了几篇论文,其中包括:评估光熱發電在波动的能源电力系统中的价值。

Stöcker解釋說:“我們采用的計算工具的關鍵點在于你無法過多地調整電網中的基礎電力負荷占比。因爲可再生能源電網中已經有很多波動的電力來源,如光伏和風電,這些電力具有不可控制的特點。剩余需承擔基礎電力負荷的電力來源若來自配置儲能系統的發電系統,那麽整個電力系統就可以實現平衡。

大規模電池儲能系統不具經濟性

与此同时,来自亚琛工业大学的研究人员发现,在大型电网系统中,如果用电池储能系统来存储风电或光伏发电并不经济。相比之下,储热型光熱發電电站本身由于可配置性价比较高的储能系统,这一优势使其成为更可控的太阳能发电形式。

光热电站之所以具备储能优势,主要在于其发电原理与光伏发电完全不同。光熱發電利用镜场收集热量,然后将热量储存在巨大的熔盐罐中,在有需要时随时可以通过释放能量来驱动与常规化石能源电站类似的发电装置进行发电。由于光热电站生产的电力可实现随时调度,因此在供电稳定性方面其完全媲美传统的化石燃料电站。

Stöcker表示,亚琛工业大学开发的这种计算工具是第一个将配置储能系统的光熱發電技术设计在内的工具,而这项技术也是在未来最有可能进行大规模部署的发电形式。他表示:“我们开发的计算工具的亮点在于我们适当地考虑了储能系统,而且储能也将成为我们未来研究的重要组成部分。”

Stöcker指出,虽然光熱發電发展最初的时候也被定位为波动的可再生能源,而且其相对于成本较低的光伏和风电完全不具备竞争力。但现在形势已经变得有些不同,储热型光熱發電系统凭借可以提供稳定的或可控制的发电输出且成本具有一定的吸引力而逐渐具有一定优势。

“有趣的是,我们发现,光熱發電在电网中是否具备竞争力要看其所处的电网稳定性程度如何,即在波动性较大和更可控两种不同类型的电力系统中,光熱發電技术的竞争力会发生变化。”Stöcker表示。

储热型光熱發電系统在低碳电力系统中至关重要

Stöcker认为,虽然光熱發電本身并不可调度,但其配置储热系统之后即可实现稳定输出,可承担等同于诸如煤炭或天然气等常规化石能源电站同样的基础负载。

然而,根據價值順序效應,目前煤炭和天然氣裝機量正逐步減少,與此同時電網中接入了更多可再生能源電力。

在采用“價值順序效應”進行電力調度的電網系統中,電網更願意接納的價格較低的電力,也就是說電網更傾向于接納更多諸如太陽能或風能等可再生能源電力。

據彭博社2015年報道,由于傳統化石能源的使用量在不斷減少,其容量因子也在下降,燃煤電站和天然氣電站的運營成本越來越高。2016年,德國最大的公用事業公司之一RWE就因電力價格下降而損失了58億美元。

而在非化石能源發電形式中,光伏沒有移動部件並可采用全自動化操作,其運行成本最低,其次就是風電。但是像水電和地熱一樣,光熱電站也需要配置很多機械傳動裝置。

“在光热电站中,需要配置反射镜和复杂的液压驱动系统,还要考虑吸热器因热应力而老化等各方面因素。”Stöcker解释说,“总而言之,相比光伏和风电相对成熟的技术,光熱發電系统的复杂性或将使一些运营商较早离开市场。”

亚琛大学研究人员发现,如果电网系统中光伏和风电的占比超过70%,那么储热型光熱發電系统将因为利用率变得越来越低而在发电价格方面不具备竞争优势。

他介紹到:“我們發現了一個要點,那就是如果電網中新增波動性可再生能源越多,那麽基礎電力負荷系統將會越少或者越來越分散供應,這樣可承擔基礎負荷的發電系統發電時間將會變得越來越短。”

因此,如果储热型光熱發電系统可以为电网提供30%以上的低排放电能,且将具有竞争优势。但如果其利用率低于30%,那么其成本就会变高,同时会提高电网的整体成本。

本文關鍵詞:光熱電力
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