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Lars Bregnbæk:高效的区域集中供热有助于接纳风电和太阳能发电

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丹麦能源系统至少在两个相当重要的方面享誉全球。

  1. 丹麦的电力系统拥有全世界最大的风力发电渗透率——2014年占到总耗电量的39%。
  2. 62%的丹麦家庭采用区域集中供热的供热形式。2013年,73%的区域集中供热来源于热电联产,61%的热发电是热电联产的。

自上世纪70年代发生石油危机以来,丹麦通过技术转型以及深度的体制和市场改革,完成了能源体系的重大转变。

在风力发电和高效热电联产供热系统发展的同时,市场和监管框架也随之发生变化,从而规避了此种技术组合的某些重大陷阱。

发电中的巧合

风力发电和热电联产是促进资源有效利用的切实方法。中国北方省份和丹麦一样,都广泛采用了这两种发电形式。包括中国在内的很多国家都面临着一项挑战,就是在天气寒冷需要供热的时候,热电联产机组经常“被迫”在有可用风能的时候发电,这迫使调度人员选择削减其中某一项——往往是风力发电被削减。雪上加霜的是,冬季往往是风能最丰富的季节。

除了高渗透水平以外,丹麦很少会出现这种形式的限产,因为丹麦采用了灵活性措施,市场也会发出信号提示利益相关方何时发电、何时控制发电甚至何时消耗电量。

丹麦在避免风力发电方面取得的成功主要与三个因素有关:

  1. 区域集中供热方面具有良好的技术灵活性
  2. 电力市场的设计为热电联产厂提供了灵活性
  3. 丹麦区域集中供热厂优化了自己的电力市场出价,确保实现尽可能最低的供热净成本。

点击链接,了解关于每一因素的更多细节。

对中国的启示

丹麦经验对于中国的主要启示是:

  • 丹麦热电厂都是热电联产单位(热电联产厂)。但是,区域集中供热系统也会采用纯供热锅炉(HOB)和蓄热设备作为备用措施。这两种支持都提升了热电联产厂的灵活性。此外,发电厂一般都有抽提机组,可能在发电和发热之间建立起一种非常灵活的关系。所以,从技术上来说,丹麦的热电厂能够灵活运行,在必要时,可以独立于当时的供热需求运行。
  • 丹麦电力市场作为北欧电力市场不可或缺的一个组成部分,既有日前市场,也有日内市场。此外,还使用电力储备市场对载荷和供应进行最终调整。通过动态价格信号,促进风电预测,从而能够针对变化做出迅敏的调整。
  • 丹麦的热电联产厂所有者通过使用技术可能性和市场设置,并考虑到电力生产带来的收入,确保实现尽可能最低的供热价格。这意味着如果电价足够高,供热机构就可以选择热电联产厂提供的热力;如果电价低,就可以选择来自蓄热设备或纯供热锅炉的热力;或者如果电价非常低(或者为负值),甚至可以选择使用电热锅炉。

在笔者看来,丹麦避免弃风的机制显然可以成功地应用于中国。中国的现代化热电联产厂可以灵活运行;在热电联产厂设置蓄热设备,既具有可行性,也是一种分离即时电热生产的低成本解决方案。此外,通过适当的电力市场设计,热电联产厂所有者也可以有足够的动机来提高灵活性,实现最低成本运行。

当然,这种体系不可能一夜之间就引入中国,必须考虑采用过渡计划。这也是中国国家可再生能源中心的研究课题之一,笔者就在该中心任职首席建模专家。过去几年时间,我们一直在开发建模工具,用以展示此种措施组合对整个中国可再生能源整合及能源系统转型所产生的影响,未来一年内,我们就能够展示此种分析的结果,以之作为支持中国能源系统转型的决策依据。

Lars Møllenbach Bregnbæk是国家可再生能源中心的首席建模专家,也是Ea Energy Analyses公司的合伙人。