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中国火电厂的灵活性—中国火电厂尚未开发的潜力

by Laust Riemann, Special Consultant, DEA

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随着中国能源生产中可再生能源比例的不断提高,电力系统的运行必须更加灵活,以便更多地消纳风电和太阳能等波动性电力。能够以一种灵活的方式来运行现有的燃煤发电厂,是确保电力系统灵活性的一种最具成本效益的方法,因为它能将已有的基础设施的潜力发挥到极致。
正如“丹麦的电厂灵活性”一文中所述,丹麦的燃煤电厂属于世界上最灵活的发电机组。但丹麦的经验适用于中国的国情吗?丹麦能源署联合丹麦输电系统运营商Energinet.dk以及丹麦Added Values 公司的电厂专家,通过与中国电厂专家开展对话,对这一问题进行了更深入地探讨。
目前中国发电厂的灵活性现状
通过对比丹麦和中国两国火电厂运行灵活性相关的技术设计参数(包括最低发电负荷,最高爬坡速率,快速启动时间,绕行潜力,热电联产电厂供热和发电等完全独立性等),对某个典型的中国燃煤电厂提高运行灵活性的潜力做了估算。下表给出了四个重要的电厂灵活性参数,给出的数值为近似的简单平均值。

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当某段时间内出现大量电力需求,甚至短时间内非常快地由可再生能源发电提供时,降低最小负载,以及向上或向下迅速改变电厂出力的能力是非常宝贵的,尤其是减低负荷需要很长时间,特别是当电厂需要耗时降低负荷,高成本地进行启动—和停机的情况下,这样的能力尤其重要。由于丹麦的电厂每年可能有多达20~40次的启停发电机组情况,为提供灵活性发电,快速启动时间也变得非常有价值。最后,要最大限度地降低燃料消耗,将运营支出(OPEX)保持在最低水平,需要优化所有负荷区间的高效率。
中丹现在煤电厂的技术设计非常相似
典型的丹麦燃煤电厂虽然只有中国发电厂的一半大小,但在技术设计特性上几乎完全相同。对这些电厂之间技术设计性能的对比显示,许多电厂运行灵活性相关的关键设计参数值都是相同的。因此,从最小负荷、负荷爬坡以及启动时间和效率等参数的角度来看,中国和丹麦在提高火电厂运行灵活性的潜力方面是一样的。并且由于中国火电厂的平均厂龄比丹麦的电厂低得多,因此中国的火电厂极有可能有更好的启动潜力。
丹麦在利用大型储热设备进行热电联产(CHP)电厂热力与电力生产同步脱钩方面的经验表明,这是提高运行灵活性的一个很好的起点。此外,灵活性的提高往往不需要对硬件投资,只需要让现有设备在不同的方式下运行。
丹麦在提高发电厂运行灵活性的过程中,通过多学科的研发过程,攻克了许多技术难关,由于这些技术难题具有跨学科的特点,因此解决这些难题涉及到了所有的电气工程相关的学科,包括材料、热力学和控制技术等。从这一攻关“过程”得出的经验对于中国解决类似的提高灵活性问题,具有宝贵的参考价值。
所需的经济激励措施
提高中国火电厂灵活性的主要挑战似乎不在于技术方面。然而,提高灵活性的一个巨大的障碍是缺乏对提高灵活性火电厂的经济激励措施。中国的发电厂执行高于目前的边际生产成本的一个固定的上网电价,加上享有最低满负荷小时数,因此发电企业目前对于提高电厂的运行灵活性,从而使能源系统中吸纳更多的可再生能源电力缺乏积极性。因此,必须要么引入新的监管干预措施,创造适当的激励机制;要么建立一种引入随时间动态电价的电力市场,根据最低成本优先顺序由市场来决定发电量。
进一步的分析结果请参见报告“电力系统的灵活性”。该报告作为“可再生能源推动中国能源革命研究”项目计划的一部分,将于2015年10月份正式发表。(作者为丹麦能源署专家 Laust Riemann先生)