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回(hui)顧我國的光(guang)熱發(fa)電歷程，從2006年(nian)到2023年(nian)，從科學探索和試點階(jie)段(duan)到規模(mo)化(hua)示范階(jie)段(duan)再到推動規模(mo)化(hua)發(fa)展階(jie)段(duan)。隨著(zhu)時間(jian)的不斷推移，2024年(nian)，光(guang)熱打(da)捆項(xiang)目的開發(fa)模(mo)式將向(xiang)什么方向(xiang)發(fa)展？

4月(yue)25日(ri)，2024第十(shi)一屆中國(guo)國(guo)際光熱(re)大會暨CSPPLAZA年會在內蒙古呼和浩特盛大召開，水(shui)電(dian)水(shui)利(li)規(gui)劃設計總院(yuan)（以(yi)下簡(jian)稱水(shui)規(gui)總院(yuan)）新能源研究院(yuan)陸上能源部主任(ren)王昊(hao)軼出(chu)席會議并作(zuo)主題報告《光熱(re)發電(dian)與風(feng)電(dian)光伏聯營提升(sheng)保供支撐調節能力》。

圖：王昊軼

面對上述問題，王昊(hao)軼給出了水規總院的(de)觀點：光(guang)熱打(da)捆項目的(de)開發模式將隨著(zhu)風(feng)光(guang)成本的(de)進一步下降和電(dian)力(li)市場(chang)機(ji)制(zhi)的(de)完善(shan)，逐步由(you)經濟互補聯(lian)營進入物理(li)實質性聯(lian)營，提(ti)升光(guang)熱發電(dian)對電(dian)力(li)系統的(de)支撐調節能力(li)。

他解釋道：“這(zhe)里提到了兩個(ge)聯(lian)營(ying)，經濟互補聯(lian)營(ying)是指目前普遍開(kai)展的(de)(de)(de)打(da)捆(kun)項(xiang)目的(de)(de)(de)模式(shi)，物理實(shi)質(zhi)性(xing)聯(lian)營(ying)則更(geng)強調的(de)(de)(de)是光(guang)熱與風(feng)電光(guang)伏的(de)(de)(de)單點接(jie)入，一體化調度(du)和協同運行。通過(guo)虛擬電廠的(de)(de)(de)模式(shi)來提升整個(ge)光(guang)熱對打(da)捆(kun)項(xiang)目對風(feng)電、光(guang)伏的(de)(de)(de)調節能(neng)力，真正的(de)(de)(de)實(shi)現以新能(neng)源(yuan)調節支撐(cheng)新能(neng)源(yuan)。”

基于上述觀點，王昊軼從光(guang)熱的(de)(de)特(te)點、定位與(yu)面臨的(de)(de)形勢，光(guang)熱與(yu)風(feng)光(guang)聯營總體(ti)思路，多能(neng)互補提升保供能(neng)力方案三(san)方面展(zhan)開(kai)了論(lun)述。

光熱的特點、定位與面臨的形勢

眾所周知，光熱具備頂(ding)峰、調頻調壓、長時儲能、轉動(dong)慣(guan)量、黑啟動(dong)等技術特性，是綠色低碳電(dian)網友好型(xing)電(dian)源。

基于仿真工(gong)具，水規總(zong)院(yuan)結合實(shi)際電網模型開展(zhan)了相應的(de)研究工(gong)作。

王(wang)昊(hao)軼(yi)介紹，在電(dian)網支撐能力方(fang)面，水規總院結合西部某省區(qu)實際的(de)電(dian)網模(mo)型，在BPA項(xiang)目搭(da)建(jian)了(le)相(xiang)(xiang)應的(de)仿真系(xi)統(tong)(tong)(tong)，分別研究了(le)當(dang)大電(dian)網出(chu)(chu)現嚴(yan)重故障時電(dian)壓(ya)配置光(guang)熱系(xi)統(tong)(tong)(tong)和不配置光(guang)熱系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)響應能力。由(you)此得(de)出(chu)(chu)的(de)結論(lun)是：配置光(guang)熱的(de)系(xi)統(tong)(tong)(tong)，其整(zheng)個光(guang)熱集群起到了(le)相(xiang)(xiang)應的(de)調頻調壓(ya)作用。

同時，水規(gui)總院采用(yong)生(sheng)產模擬軟件，重構了(le)某省區8760小時的電力負荷供(gong)需(xu)平(ping)衡(heng)圖，可以看(kan)到，在一些關鍵時段，當供(gong)需(xu)出(chu)現不平(ping)衡(heng)問題時，光熱起(qi)到了(le)頂(ding)峰調節作用(yong)。

另(ling)一方面，水規總院(yuan)還將(jiang)光熱發電與火電的出力特(te)性進行了比(bi)較。

比較發(fa)現(xian)，光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)與火電(dian)(dian)機(ji)(ji)組在調(diao)(diao)頻調(diao)(diao)峰(feng)、轉動(dong)慣(guan)量及黑啟(qi)動(dong)上擁有共同(tong)特(te)性。同(tong)時，光(guang)熱(re)系統也有一(yi)些(xie)優于火電(dian)(dian)機(ji)(ji)組的(de)特(te)性：出力方面，光(guang)熱(re)機(ji)(ji)組調(diao)(diao)峰(feng)深(shen)度最大可達(da)(da)80%；爬坡速度快，升(sheng)降(jiang)負荷速率可達(da)(da)每分鐘3%～6%額定功(gong)率，冷態啟(qi)動(dong)時間(jian)1小時左(zuo)右、熱(re)態啟(qi)動(dong)時間(jian)約25分鐘，調(diao)(diao)節性能優于煤電(dian)(dian)；減排方面，2022年全國單位(wei)火電(dian)(dian)發(fa)電(dian)(dian)量二氧化(hua)碳排放約824克(ke)/千瓦時，與之相比，光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)有效降(jiang)低了(le)碳排放。

王昊(hao)軼指出，光熱(re)系統也(ye)存在(zai)很多不足(zu)。首先，由于(yu)光熱(re)發電本質上還屬于(yu)太陽能發電，因此(ci)受(shou)連(lian)續陰雨天影響較大(da)，但是其較風電和(he)光伏(fu)要具(ju)備可調可控能力。除此(ci)之外，雖然經過首批示(shi)范(fan)項目的(de)帶動，光熱(re)發電技術水平(ping)顯(xian)著提升，但其仍不具(ju)備獨立、平(ping)價上網能力。

王昊軼認為，光熱發電目前面臨(lin)的形勢主(zhu)要(yao)有(you)兩方面。

一是碳(tan)達(da)峰(feng)碳(tan)中和目標對(dui)光熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)提出較(jiao)大(da)發(fa)(fa)(fa)展需(xu)求(qiu)。根據未來我國(guo)能(neng)源電(dian)(dian)(dian)(dian)力發(fa)(fa)(fa)展趨勢，預計到2030年碳(tan)達(da)峰(feng)，按(an)照2030年碳(tan)達(da)峰(feng)后全(quan)國(guo)不(bu)再新增煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)裝機(ji)考慮(lv)，碳(tan)達(da)峰(feng)后全(quan)國(guo)新增支撐電(dian)(dian)(dian)(dian)源需(xu)求(qiu)，需(xu)要由抽(chou)水蓄能(neng)、新型儲能(neng)、光熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、綠氫發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)等共同滿(man)足。從光熱資(zi)源豐(feng)富的內(nei)蒙(meng)古、青海、甘肅、新疆(jiang)、西藏五省區看(kan)，考慮(lv)光熱逐步成為西北補(bu)充(chong)支撐調節電(dian)(dian)(dian)(dian)源，光熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)發(fa)(fa)(fa)展空間巨大(da)。

二是(shi)光熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)在各類零碳(tan)(tan)低碳(tan)(tan)保供(gong)電(dian)(dian)源中具(ju)有(you)較強競(jing)爭(zheng)優(you)(you)勢。為(wei)應(ying)(ying)對碳(tan)(tan)達峰后(hou)的(de)電(dian)(dian)力(li)安全保供(gong)，煤電(dian)(dian)摻(chan)(chan)氨(an)、CCUS、氣電(dian)(dian)摻(chan)(chan)氫、光熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)都是(shi)當(dang)前正在探索的(de)技術(shu)路線(xian)。在這些技術(shu)路線(xian)中，光熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)技術(shu)最成熟(shu)、成本最低、應(ying)(ying)用(yong)規模(mo)最大，當(dang)前具(ju)有(you)較明顯(xian)的(de)競(jing)爭(zheng)優(you)(you)勢，與市場(chang)化(hua)大規模(mo)應(ying)(ying)用(yong)的(de)差距最小。但是(shi)，與目前電(dian)(dian)力(li)系統經濟承(cheng)受能力(li)相比，光熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)成本仍(reng)亟需下降。

光熱與風光聯營總體思路

王昊(hao)軼(yi)指出，光(guang)(guang)熱與風光(guang)(guang)聯(lian)營(ying)需要經過兩(liang)個階段，兩(liang)類場景，兩(liang)種應用和多條路徑。

第一(yi)階(jie)段指目(mu)前開展的經濟互補(bu)聯營(ying)推動規模化發展，第二階(jie)段指多能(neng)互補(bu)物理實(shi)質性聯營(ying)提供(gong)系統調節(jie)與(yu)支撐(cheng)。

兩類場景包括本地自用和跨(kua)省區(qu)外(wai)送。

本地自用方(fang)面包括采(cai)用光熱(re)集群——提(ti)高電(dian)力(li)系統的安全穩(wen)定性(xing);光熱(re)+新能源——跟隨地區/園區負荷曲線，實(shi)現獨(du)立穩(wen)定供電(dian);光熱(re)+新能源——與制(zhi)氫(qing)等柔(rou)性(xing)負荷互調。

跨省區外(wai)送(song)首(shou)先是(shi)補充(chong)調(diao)節(jie)，在目(mu)前的(de)(de)外(wai)送(song)基(ji)地(di)(di)中，新增相應(ying)的(de)(de)光熱(re)作(zuo)為補充(chong)調(diao)節(jie)電(dian)源(yuan)，提高(gao)外(wai)送(song)基(ji)地(di)(di)的(de)(de)可再(zai)生能源(yuan)占(zhan)比；其次是(shi)部(bu)分(fen)替代(dai)，指(zhi)在外(wai)送(song)支(zhi)(zhi)撐火電(dian)中，可以嘗試采用一部(bu)分(fen)光熱(re)作(zuo)為調(diao)峰支(zhi)(zhi)撐電(dian)源(yuan)進行(xing)部(bu)分(fen)替代(dai)；最后是(shi)支(zhi)(zhi)撐調(diao)節(jie)，考慮(lv)全部(bu)替代(dai)煤電(dian)，以光熱(re)作(zuo)為外(wai)送(song)基(ji)地(di)(di)的(de)(de)調(diao)峰支(zhi)(zhi)撐電(dian)源(yuan)，王昊軼指(zhi)出，這(zhe)一階段還需要進一步的(de)(de)深化研究。

除此之外，兩種應用首(shou)先(xian)是(shi)指光熱集群，通過技術(shu)組合提(ti)升系統的支撐能(neng)力；再一個是(shi)多能(neng)互補跟隨負荷特性。

王(wang)昊軼表示(shi)，目前(qian)國家和相關省區已(yi)經出臺的實施(shi)路徑包括(kuo)綠(lv)(lv)電(dian)多(duo)能互補、工(gong)業(ye)園區綠(lv)(lv)色供電(dian)、源網荷儲一體(ti)化(hua)熱電(dian)聯(lian)(lian)產(chan)、風光制氫(qing)一體(ti)化(hua)、沙戈荒大基(ji)地。“結(jie)合實施(shi)路徑，我們提(ti)出合理的聯(lian)(lian)營(ying)系統電(dian)源配比、電(dian)價(jia)政策、電(dian)力市場機制，明(ming)確一體(ti)化(hua)計量、協同運行、統一調度模式，推動聯(lian)(lian)營(ying)系統的開發建(jian)設。”

王昊軼指出，從光(guang)熱集(ji)群來提(ti)(ti)升系(xi)統(tong)(tong)支撐能(neng)力(li)方面(mian)來看(kan)，目前主要考慮根(gen)據電網結構特點和需(xu)求(qiu)，結合場(chang)址(zhi)建(jian)設條(tiao)件，分(fen)散部署光(guang)熱電站，通過集(ji)群調度提(ti)(ti)升電力(li)系(xi)統(tong)(tong)的(de)調節支撐能(neng)力(li)，以經濟(ji)可行為邊界條(tiao)件，合理計算聯營系(xi)統(tong)(tong)風電、光(guang)伏配比。光(guang)熱和風光(guang)場(chang)址(zhi)結合系(xi)統(tong)(tong)需(xu)求(qiu)和建(jian)設條(tiao)件，可以集(ji)中選址(zhi)，也可以分(fen)散選址(zhi)。

下(xia)圖展(zhan)示(shi)了基(ji)于西部(bu)某省區的實際(ji)電網(wang)模型開展(zhan)的基(ji)礎調度控制進行的電網(wang)嚴(yan)重故障(zhang)后的電壓和頻率響(xiang)應的仿真結(jie)果(guo)。

多能互(hu)補跟隨(sui)負荷特(te)性方面，負荷特(te)性既可(ke)(ke)以是區(qu)域、園(yuan)區(qu)，也可(ke)(ke)以是特(te)高壓(ya)的。

主要考慮通過(guo)“長(chang)時儲能光(guang)熱(re)(re)+風電(dian)(dian)+光(guang)伏+（電(dian)(dian)加熱(re)(re)器）+（補燃）”的(de)一體(ti)化(hua)設計(ji)、一體(ti)化(hua)開發，集群接入同(tong)一并網點或(huo)就近(jin)分(fen)散接入，光(guang)熱(re)(re)電(dian)(dian)站本體(ti)可考慮補燃或(huo)電(dian)(dian)加熱(re)(re)，通過(guo)光(guang)熱(re)(re)調節自身(shen)的(de)風光(guang)，實(shi)現光(guang)熱(re)(re)與風光(guang)的(de)電(dian)(dian)力(li)、電(dian)(dian)量互(hu)補，使聯營系統通過(guo)統一調度、協同(tong)運行、一體(ti)化(hua)計(ji)量，實(shi)現聯合(he)出力(li)能夠跟隨電(dian)(dian)網負荷(he)特性，發揮傳統電(dian)(dian)源跟隨負荷(he)，滿足保供需求的(de)能力(li)。該模式強調光(guang)熱(re)(re)與風光(guang)集群接入同(tong)一并網點或(huo)就近(jin)接入，光(guang)熱(re)(re)在聯營系統中實(shi)現以新(xin)能源調節支(zhi)撐(cheng)新(xin)能源。

多能互補提升保供能力方案

王昊(hao)軼(yi)表(biao)示(shi)，在(zai)光(guang)熱(re)聯(lian)營系(xi)統(tong)提升能力方面，應(ying)重點考(kao)慮(lv)兩方面的(de)因素，一(yi)是聯(lian)營系(xi)統(tong)的(de)電源組織，再一(yi)個是光(guang)熱(re)本體的(de)配置。

“首批光熱示(shi)范(fan)項(xiang)目主要考(kao)慮按(an)照(zhao)應(ying)發盡(jin)發開展的(de)電(dian)(dian)站設(she)(she)計，設(she)(she)計原(yuan)則是(shi)最(zui)大化(hua)的(de)獲取能量(liang)，使光熱電(dian)(dian)站盡(jin)可能的(de)發電(dian)(dian)。而在聯(lian)營(ying)系(xi)統當(dang)中，光熱電(dian)(dian)站從(cong)結構電(dian)(dian)源變為調(diao)節型電(dian)(dian)源，因(yin)(yin)此我們(men)更關(guan)心的(de)是(shi)，我們(men)是(shi)否(fou)能夠通(tong)過容量(liang)來滿(man)足(zu)電(dian)(dian)力系(xi)統對我們(men)能源系(xi)統提出(chu)的(de)調(diao)節能力需求，因(yin)(yin)此設(she)(she)計時應(ying)在詳細分析系(xi)統需求和負荷特性的(de)前(qian)提下(xia)，明確儲能時長(chang)，結合聯(lian)營(ying)系(xi)統內(nei)部設(she)(she)定的(de)協(xie)同運行策略進一步優(you)(you)化(hua)儲能，再明確鏡廠(chang)面積。可以(yi)保證(zheng)鏡廠(chang)和儲能系(xi)統的(de)協(xie)同和優(you)(you)化(hua)。”

水規(gui)總院在生產模(mo)擬系統中(zhong)開(kai)展了(le)多能互補仿真研(yan)究。

王昊軼表(biao)示(shi)，該系統(tong)(tong)是按(an)照“長時儲能光熱(re)+風電(dian)+光伏+電(dian)加(jia)熱(re)+補燃(ran)”的結構開展的研究工作(zuo)，系統(tong)(tong)仿真核算(suan)結果補燃(ran)發電(dian)量占比小于10%，風光棄(qi)電(dian)率小于5%，負荷保障率100%。

極端(duan)天氣下，這樣的一個系(xi)統(tong)到底能不能實現負荷保障？基于該系(xi)統(tong)，王昊軼截取了相(xiang)應的時間片(pian)斷。

圖：連續大風日

如圖(tu)，4月20日至24日（圖(tu)中2617時(shi)(shi)(shi)至2736時(shi)(shi)(shi)）為連續大風日，新能源(yuan)大發時(shi)(shi)(shi)光(guang)熱降(jiang)低(di)出力讓路，新能源(yuan)出力不足(zu)時(shi)(shi)(shi)光(guang)熱支撐。

圖:連續小風日

1月3日至(zhi)23日（圖中49時(shi)至(zhi)144時(shi)）為連續(xu)小風小光日，風電出(chu)力不(bu)足，光熱白(bai)天發電后熱量不(bu)足以存(cun)儲，夜間主要通過補燃和部分網匯實現(xian)對負荷曲線(xian)的跟(gen)隨(sui)。

最后(hou),結合水規總院的(de)相關研究(jiu)結果，王昊軼針對光(guang)熱行業后(hou)續(xu)發展提(ti)出如(ru)下(xia)建(jian)議：“一(yi)是加強物(wu)(wu)理實質性聯營系統(tong)中光(guang)熱、風電(dian)(dian)、光(guang)伏協同運行、統(tong)一(yi)調度(du)研究(jiu)，提(ti)升聯營系統(tong)調度(du)響(xiang)應和電(dian)(dian)網支撐能力；二是研究(jiu)探索物(wu)(wu)理實質性聯營系統(tong)作為獨立(li)市(shi)(shi)場(chang)主體，參(can)照煤(mei)電(dian)(dian)功(gong)能參(can)與(yu)電(dian)(dian)力市(shi)(shi)場(chang)，推動光(guang)熱具備市(shi)(shi)場(chang)化開(kai)發建(jian)設條件。”