萬(wàn)逵芳:供給側綜合能源體系構建

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“第十六屆中國分布式能源國際論壇暨2020綜合能源展覽會(huì )”在山東濟南召開(kāi)，本次論壇由中國能源網(wǎng)主辦，中國能源研究會(huì )分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、水發(fā)能源集團有限公司聯(lián)合主辦。會(huì )上，中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院高級工程師萬(wàn)逵芳發(fā)表了供給側綜合能源體系構建的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(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)自大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院高級工程師萬(wàn)逵芳，我主要是從一個(gè)傳統的發(fā)電企業(yè)技術(shù)人員的角度去分析，去看待綜合能源。

我的匯報分以下五個(gè)部分，第一個(gè)是構建供給側綜合能源體系的背景。二十一世紀以來(lái)，世界各國包括中國在內都面臨著(zhù)化石能源的巨大消費之后帶來(lái)的能源危機、環(huán)境污染以及氣候變化的挑戰，因此，能源轉型已經(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。我們國家在2014年習近平總書(shū)記提出了四個(gè)革命，是一個(gè)合作的重大能源戰略，推進(jìn)現代能源體系建設，以可再生能源為主，構建清潔低碳安全高效的能源體系。

根據預測，未來(lái)的能源體系當中肯定是新能源為主導優(yōu)先發(fā)展，作為傳統的煤電、火電，它們將承擔著(zhù)高滲透率下的可再生能源電網(wǎng)安全性的基礎性支撐作用。作為我們傳統火電企業(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(yōu)了呢？其實(shí)不然，現在在未來(lái)的能源體系下，火電企業(yè)將面臨著(zhù)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)出于對電網(wǎng)安全的要求，對火電企業(yè)的一次調頻能力提出了更高的要求。同時(shí)因為深度調峰，火電機組的發(fā)電效率進(jìn)一步下降，能源率下降，同時(shí)伴隨著(zhù)利用小時(shí)數的下降，它的經(jīng)濟效益滑坡，企業(yè)的可持續發(fā)展就受到了挑戰。作為火電企業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統的發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，我們必須轉變觀(guān)念，尋求新的發(fā)展模式，供給側綜合能源體系的建設，被認為是現代能源體系構建的一個(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綜合能源體系的內涵，我們認為綜合能源體系它的目標有以下幾個(gè)方面，第一個(gè)是提高能源綜合利用效率，這個(gè)是能源轉型過(guò)程當中必須始終堅持的前提；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，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(hù)用電可靠性和安全性，作為電企業(yè)就要具有較強的深度調峰能力和一次調頻的快速響應能力。在這些目標的前提下，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會(huì )，為企業(yè)尋找新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

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

在技術(shù)路線(xiàn)方面，在風(fēng)光資源并不豐富的地區，我們用新能源作為補充，利用火電現有的一些資源，比如說(shuō)空閑的廠(chǎng)區發(fā)展新能源，作為基礎性支撐電源點(diǎn)，就是火電的補充。在風(fēng)電資源比較豐富的地區，大規模的風(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充的模式相結合。在分散式的這邊，就是區域型的綜合能源系統當中，我們認為它分兩種模式，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，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把它的電送到終端來(lái)，不管是以補充模式還是以支撐模式，那么就實(shí)現了可再生能源電源從遠方來(lái)，從可再生清潔能源來(lái)的目的。在園區側配置相應儲能的裝置，就可以實(shí)現負荷上時(shí)間的轉移，這樣的話(huà)電從遠方來(lái)，電從清潔能源來(lái)就實(shí)現了。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。

第三部分是集中式綜合能源的實(shí)踐，我們從火電傳統能源的角度上去思考，怎么去構建我們集中式的綜合能源系統。經(jīng)過(guò)分析，基于傳統能源，就是作為支撐性電源的傳統火電，在構建綜合能源系統的時(shí)候具有以下幾方面的優(yōu)勢，第一個(gè)系統設計簡(jiǎn)化了，另外可以充分利用廠(chǎng)區，灰場(chǎng)等土地資源，可以實(shí)現風(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(chǎng)用電作為托底，在這種小規模風(fēng)光資源作為補充的情況下，二者建設規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。作為儲能來(lái)說(shuō)，它只是為了更好的提高一次調頻的響應速度，在廠(chǎng)區內如果說(shuō)附近有輕的消納的話(huà)，可以做到追求濾清產(chǎn)能的占比。

此外，作為集中式傳統的火電，在多能系統耦合方面也具有優(yōu)勢，不單單是以傳統的化石能源作為發(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，可以把儲能作為電源的供應點(diǎn)。在這樣的系統之下，可以實(shí)現多元的服務(wù)輸出，電力的友好性輸出，余熱回收，低成本穩定的氫氣回收，同時(shí)氫氣的副產(chǎn)品，氧氣可以作為機組深度調峰的時(shí)候，穩定燃燒，用于助燃，另外可以做一些城市廢棄物的處理服務(wù)。

基于以上的認識，基于我們集團內部的張家口電廠(chǎng)，開(kāi)展了火、泥、光、氫、儲這樣一個(gè)綜合能源系統的設計規劃。這個(gè)電廠(chǎng)有830萬(wàn)機組，現在承擔了2000多萬(wàn)平方米的供熱任務(wù)，供熱抽汽余壓發(fā)電帶廠(chǎng)用電，靈活性調峰、配煤污泥摻燒，在此基礎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，張家口作為全國新能源的綜合示范基地，它的規劃用氫將在2020年1800輛，年用氫量的規劃是兩萬(wàn)噸。

在這種優(yōu)勢的條件下，我們在已有熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎上，結合深度調峰，今年剛實(shí)現了低壓缸的處理改造。此外規劃在灰場(chǎng)建設100兆瓦的光伏電站，配備了10兆瓦5兆瓦時(shí)的儲能裝置，同時(shí)配備了5%-3%燃煤量的物理?yè)綗?。張家口氫能的規劃消耗量比較大，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)生的氧氣儲存了80立方米，儲氧罐當中，用于在電廠(chǎng)極低負荷調峰的時(shí)候助燃。我們另一個(gè)針對的項目是托克托電廠(chǎng)，8臺600兆瓦的機組和兩臺66萬(wàn)的火電機組，電廠(chǎng)調峰的壓力非常大，對電網(wǎng)考核的壓力也是很大的，每年的經(jīng)濟損失也比較大，廠(chǎng)用電率比較高，全廠(chǎng)灰場(chǎng)面積比較大，呼和浩特市政府已經(jīng)批準了要托電，向呼和浩特市遠距離供熱。

基于以上的情況，我們也做了一個(gè)能源系統構建的規劃，之前電廠(chǎng)10兆瓦的光伏水廠(chǎng)已經(jīng)全部投入了應用，接下來(lái)在灰場(chǎng)和廠(chǎng)區建設20兆瓦的光伏工程，現在遠距離供熱可行性研究報告已經(jīng)編制完成了，配備儲能20兆瓦跟10兆瓦時(shí)，滿(mǎn)足兩臺機組一次調頻的需要。

此外規劃在附近的和林格爾縣建設風(fēng)電基地，氣電全部納入電廠(chǎng)用電進(jìn)行消納，因為這個(gè)是670萬(wàn)千瓦的裝機，接近6%的廠(chǎng)用電率，所以說(shuō)這個(gè)廠(chǎng)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)的規劃，在呼和浩特新機場(chǎng)建成以后考慮這方面的實(shí)施。這是我們預計的一個(gè)結果。

第四部分是我們關(guān)于分散式，也就是區域綜合能源服務(wù)的思考。區域綜合能源我們認為它是對以前我們所說(shuō)的分布式功能的系統融合和發(fā)展，在多種能源的耦合互補方面產(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)鍵要素有系統的優(yōu)化設計、智能的調度以及以后運營(yíng)的模式，其中系統優(yōu)化是一個(gè)最關(guān)鍵核心的位置，智能調度事實(shí)上是人網(wǎng)協(xié)同，目前有很多能量平衡的管理，能量系統的管理，包括智能運維，這些它都可以在對已有的系統能夠保證它的效率，運營(yíng)的效率和經(jīng)濟性是最好的。但是，它的前提條件是我們的系統是優(yōu)化的，系統優(yōu)化這一塊展開(kāi)說(shuō)一下，昨天也有嘉賓報告的時(shí)候提到過(guò)系統的優(yōu)化，目前系統優(yōu)化大致可以分為以下幾種情況：第一種情況，根據用戶(hù)側的主史負荷特性，比如說(shuō)電熱冷或者168小時(shí)，甚至是做到全年的負荷特性，在這個(gè)基礎上建立了適用于綜合能源服務(wù)系統一些設備的模型，這些模型目前來(lái)說(shuō)大多是機理模型，搭建成系統，昨天有的專(zhuān)家報告當中提到，建立一個(gè)平臺之后，可以在眾多的平臺上進(jìn)行系統的模擬運行，從若干個(gè)系統當中選擇出最優(yōu)的。另外一種方式就是采用計算技術(shù)，優(yōu)化算法，把基于我的主史負荷特性，建立這種模型，通過(guò)優(yōu)化算法，每一個(gè)小時(shí)模擬運行的時(shí)候經(jīng)濟成本包括我的投資，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大，也更接近于比較理想的結果。但是它有一個(gè)問(wèn)題，它的模型是物理機制模型，當你選出來(lái)系統配置的時(shí)候，可能在市面上找不到跟你這個(gè)系統完全一樣的設備。所以目前我們在做的工作是基于主史負荷，在構建系統模型的時(shí)候采用的是我們市場(chǎng)上已經(jīng)成熟的設備的變工況特性擬合出來(lái)的一個(gè)數字模型，用這種數字的模型我建了很多的設備，都放到庫里邊，通過(guò)優(yōu)化算法，最終選擇出來(lái)比較優(yōu)的系統配，這樣就能保證主要設備在市場(chǎng)上是可以買(mǎi)到的。

我們在做這個(gè)研究的過(guò)程當中發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題，綜合能源系統優(yōu)化設計和優(yōu)化運行技術(shù)要求的很高，包括一些智能運行和自學(xué)習的優(yōu)化運行，需要的系統是非常好的，我們采用先進(jìn)的數字模型做的時(shí)候遇到一個(gè)困難，我的基礎數據庫其實(shí)是不足的，這個(gè)基礎數據庫包括以下幾個(gè)方面，是我設備的變工況特性數據，我們作為發(fā)電企業(yè)很容易收集到比較大型的設備的變工況特性數據，但是對于綜合能源系統來(lái)說(shuō)，它的設備基本上都是比較小的，我們在收集的過(guò)程當中有一些設備廠(chǎng)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，數據提供起來(lái)相對困難一些。建筑用能的數據現在來(lái)說(shuō)，建筑這門(mén)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的比較充分，設計的比較好，我們可以采用一些方式，計算的方式、預算的方式，還算比較好，但是一些典型的建筑，實(shí)際這種設計的比較相對還是有一些欠缺。還有一個(gè)比較缺的數據，在工業(yè)領(lǐng)域當中不同生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程當中它用能的變化，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)數據的缺乏不準確的話(huà)，事實(shí)上我們在系統優(yōu)化設計當中，你的基礎不準的，設計優(yōu)化的這個(gè)東西到實(shí)際運行的時(shí)候肯定也是存在問(wèn)題的。

第二個(gè)問(wèn)題，能量梯級利用理念與園區規劃的協(xié)同，園區功能比較單一，系統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)濟性體制機制都是老生常談了。

構建供給側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)化設計的簡(jiǎn)化方面以及服務(wù)的友好型方面也是具有一定優(yōu)勢的。

發(fā)展園區型的綜合能源，不僅需要系統優(yōu)化設計和優(yōu)化運行是控制技術(shù)，還需要關(guān)注用能基礎數據的積累、能量梯級利用理念的協(xié)同。國內綜合能源處于起步階段，大家還需共同努力，共同創(chuàng )新，我的匯報結束，謝謝！