万逵芳:供给侧综合能源体系构建

编者按：2020年9月17～18日，以“塑造新模式o激活新动能”为主题的“第十六届中国分布式能源国际论坛暨2020综合能源展览会”在山东济南召开，本次论坛由中国能源网主办，中国能源研究会分布式能源专业委员会、水发能源集团有限公司联合主办。会上，中国大唐集团科学技术研究院高级工程师万逵芳发表了供给侧综合能源体系构建的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

下面进入今天上午的最后一个发言，大唐公司的万逵芳主任发言。

万逵芳：谢谢主持人，各位嘉宾上午好！我是来自大唐集团科学技术研究院高级工程师万逵芳，我主要是从一个传统的发电企业技术人员的角度去分析，去看待综合能源。

我的汇报分以下五个部分，第一个是构建供给侧综合能源体系的背景。二十一世纪以来，世界各国包括中国在内都面临着化石能源的巨大消费之后带来的能源危机、环境污染以及气候变化的挑战，因此，能源转型已经成为必然，全球以可再生能源替代化石能源已经成为发展趋势。我们国家在2014年习近平总书记提出了四个革命，是一个合作的重大能源战略，推进现代能源体系建设，以可再生能源为主，构建清洁低碳安全高效的能源体系。

根据预测，未来的能源体系当中肯定是新能源为主导优先发展，作为传统的煤电、火电，它们将承担着高渗透率下的可再生能源电网安全性的基础性支撑作用。作为我们传统火电企业来看，是不是还可以保持以往做好发电或者说热电联产就高枕无忧了呢？其实不然，现在在未来的能源体系下，火电企业将面临着两大难题，其中一个难题是，在可再生能源优先发展的前提下，火电企业出于对电网安全的要求，对火电企业的一次调频能力提出了更高的要求。同时因为深度调峰，火电机组的发电效率进一步下降，能源率下降，同时伴随着利用小时数的下降，它的经济效益滑坡，企业的可持续发展就受到了挑战。作为火电企业来说，传统的发电企业来说，我们必须转变观念，寻求新的发展模式，供给侧综合能源体系的建设，被认为是现代能源体系构建的一个突破口，自然而然我们就去选择从火电集中式发电企业的角度，去看待和思考综合能源体系到底是一个什么样的东西。

我的第二部分是供给侧综合能源体系的内涵，我们认为综合能源体系它的目标有以下几个方面，第一个是提高能源综合利用效率，这个是能源转型过程当中必须始终坚持的前提；第二个是提高可再生能源消纳的水平，这个是我们的终极目标，在可再生能源高比例上网的情况下，电网要做好友好型电力的输出，保证用户用电可靠性和安全性，作为电企业就要具有较强的深度调峰能力和一次调频的快速响应能力。在这些目标的前提下，将会派生出一系列新型服务业态和模式，我们要从中寻找这样的机会，为企业寻找新的经济增长点。

如何去构件综合能源体系，国家发改委和能源局之前的文件当中明确的提出了两个任务，第一个任务叫做建设风光水火储多能互补系统；第二个是建设终端一体化集成供能系统；第一个任务我们把它称之为集中式的综合能源系统，第二个我们称之为分散式的或者叫区域型的综合能源系统。我们用这张图可以表示集中式和分散式综合能源系统之间的关系，集中式的综合能源系统并不是说在传统的火电、水电、风电、光伏等等的基础上简单的加减，新能源发展了，我增加了一个风电和光伏的建设规模，火电的规模压缩，它并不是那么简单，而是要实现它们相互之间有机协同的耦合，利用它们各自负荷的特性，实现空间上、时空上的互补，是这样的一个模式。

在技术路线方面，在风光资源并不丰富的地区，我们用新能源作为补充，利用火电现有的一些资源，比如说空闲的厂区发展新能源，作为基础性支撑电源点，就是火电的补充。在风电资源比较丰富的地区，大规模的风电跟光伏互相耦合，同时跟刚才所说的新能源作为火电补充的模式相结合。在分散式的这边，就是区域型的综合能源系统当中，我们认为它分两种模式，一种模式是自建有支撑电源的，以天然气为主的三联供的系统，这样的一种模式。另一种就是以外来电作为综合能源系统的支撑电源，这样一种模式，二者共存的情况下，集中式的综合能源系统把它的电送到终端来，不管是以补充模式还是以支撑模式，那么就实现了可再生能源电源从远方来，从可再生清洁能源来的目的。在园区侧配置相应储能的装置，就可以实现负荷上时间的转移，这样的话电从远方来，电从清洁能源来就实现了。在这样的一种体系下，它派生出了一系列能源服务的模式，以及需要一些支撑手段，这些模式跟手段孕育了新服务的商机。

第三部分是集中式综合能源的实践，我们从火电传统能源的角度上去思考，怎么去构建我们集中式的综合能源系统。经过分析，基于传统能源，就是作为支撑性电源的传统火电，在构建综合能源系统的时候具有以下几方面的优势，第一个系统设计简化了，另外可以充分利用厂区，灰场等土地资源，可以实现风光消纳的比例，基本上可以做到没有气风气光，火电本身跟厂用电作为托底，在这种小规模风光资源作为补充的情况下，二者建设规模的比例差距是非常大的，很容易消纳掉所有的风光发电。作为储能来说，它只是为了更好的提高一次调频的响应速度，在厂区内如果说附近有轻的消纳的话，可以做到追求滤清产能的占比。

此外，作为集中式传统的火电，在多能系统耦合方面也具有优势，不单单是以传统的化石能源作为发电的资源，还可以耦合生物质城市的污泥，从输出电能来看，除了前面的电能以外，可以把储能作为电源的供应点。在这样的系统之下，可以实现多元的服务输出，电力的友好性输出，余热回收，低成本稳定的氢气回收，同时氢气的副产品，氧气可以作为机组深度调峰的时候，稳定燃烧，用于助燃，另外可以做一些城市废弃物的处理服务。

基于以上的认识，基于我们集团内部的张家口电厂，开展了火、泥、光、氢、储这样一个综合能源系统的设计规划。这个电厂有830万机组，现在承担了2000多万平方米的供热任务，供热抽汽余压发电带厂用电，灵活性调峰、配煤污泥掺烧，在此基础上我们考虑污泥掺烧，它的先天条件，资源禀赋全场有183万平米闲置的灰场，属于资源丰富的地区，张家口作为全国新能源的综合示范基地，它的规划用氢将在2020年1800辆，年用氢量的规划是两万吨。

在这种优势的条件下，我们在已有热电联产的基础上，结合深度调峰，今年刚实现了低压缸的处理改造。此外规划在灰场建设100兆瓦的光伏电站，配备了10兆瓦5兆瓦时的储能装置，同时配备了5%-3%燃煤量的物理掺烧。张家口氢能的规划消耗量比较大，所以我们配备了两套500立方米每小时的电解水质氢，制氢产生的氧气储存了80立方米，储氧罐当中，用于在电厂极低负荷调峰的时候助燃。我们另一个针对的项目是托克托电厂，8台600兆瓦的机组和两台66万的火电机组，电厂调峰的压力非常大，对电网考核的压力也是很大的，每年的经济损失也比较大，厂用电率比较高，全厂灰场面积比较大，呼和浩特市政府已经批准了要托电，向呼和浩特市远距离供热。

基于以上的情况，我们也做了一个能源系统构建的规划，之前电厂10兆瓦的光伏水厂已经全部投入了应用，接下来在灰场和厂区建设20兆瓦的光伏工程，现在远距离供热可行性研究报告已经编制完成了，配备储能20兆瓦跟10兆瓦时，满足两台机组一次调频的需要。

此外规划在附近的和林格尔县建设风电基地，气电全部纳入电厂用电进行消纳，因为这个是670万千瓦的装机，接近6%的厂用电率，所以说这个厂用电消纳的能力是非常大的。其中还有20兆瓦的风电要参与电解水质氢，这是一个未来的规划，在呼和浩特新机场建成以后考虑这方面的实施。这是我们预计的一个结果。

第四部分是我们关于分散式，也就是区域综合能源服务的思考。区域综合能源我们认为它是对以前我们所说的分布式功能的系统融合和发展，在多种能源的耦合互补方面产品的输出以及灵活性功能的服务范围方面更宽、更广。它的关键要素有系统的优化设计、智能的调度以及以后运营的模式，其中系统优化是一个最关键核心的位置，智能调度事实上是人网协同，目前有很多能量平衡的管理，能量系统的管理，包括智能运维，这些它都可以在对已有的系统能够保证它的效率，运营的效率和经济性是最好的。但是，它的前提条件是我们的系统是优化的，系统优化这一块展开说一下，昨天也有嘉宾报告的时候提到过系统的优化，目前系统优化大致可以分为以下几种情况：第一种情况，根据用户侧的主史负荷特性，比如说电热冷或者168小时，甚至是做到全年的负荷特性，在这个基础上建立了适用于综合能源服务系统一些设备的模型，这些模型目前来说大多是机理模型，搭建成系统，昨天有的专家报告当中提到，建立一个平台之后，可以在众多的平台上进行系统的模拟运行，从若干个系统当中选择出最优的。另外一种方式就是采用计算技术，优化算法，把基于我的主史负荷特性，建立这种模型，通过优化算法，每一个小时模拟运行的时候经济成本包括我的投资，什么是最优的，这样最终给出来一套配置方案，这种方案比之前的方案它的选择范围更为扩大，也更接近于比较理想的结果。但是它有一个问题，它的模型是物理机制模型，当你选出来系统配置的时候，可能在市面上找不到跟你这个系统完全一样的设备。所以目前我们在做的工作是基于主史负荷，在构建系统模型的时候采用的是我们市场上已经成熟的设备的变工况特性拟合出来的一个数字模型，用这种数字的模型我建了很多的设备，都放到库里边，通过优化算法，最终选择出来比较优的系统配，这样就能保证主要设备在市场上是可以买到的。

我们在做这个研究的过程当中发现了一个问题，综合能源系统优化设计和优化运行技术要求的很高，包括一些智能运行和自学习的优化运行，需要的系统是非常好的，我们采用先进的数字模型做的时候遇到一个困难，我的基础数据库其实是不足的，这个基础数据库包括以下几个方面，是我设备的变工况特性数据，我们作为发电企业很容易收集到比较大型的设备的变工况特性数据，但是对于综合能源系统来说，它的设备基本上都是比较小的，我们在收集的过程当中有一些设备厂商非常配合，积极的给我们提供，更多的处于一种研究阶段，不是实际的工程，数据提供起来相对困难一些。建筑用能的数据现在来说，建筑这门专业发展的比较充分，设计的比较好，我们可以采用一些方式，计算的方式、预算的方式，还算比较好，但是一些典型的建筑，实际这种设计的比较相对还是有一些欠缺。还有一个比较缺的数据，在工业领域当中不同生产工业过程当中它用能的变化，或者说一定时间段的变化特性，目前来说还是比较缺乏，如果说数据的缺乏不准确的话，事实上我们在系统优化设计当中，你的基础不准的，设计优化的这个东西到实际运行的时候肯定也是存在问题的。

第二个问题，能量梯级利用理念与园区规划的协同，园区功能比较单一，系统的用能包括余热的用能没地方用，其他的能源价格体系带来的经济性体制机制都是老生常谈了。

构建供给侧综合能源体系是需要集中式与分布式并重。集中式综合能源是重要组成部分，在资源的综合利用、优化设计的简化方面以及服务的友好型方面也是具有一定优势的。

发展园区型的综合能源，不仅需要系统优化设计和优化运行是控制技术，还需要关注用能基础数据的积累、能量梯级利用理念的协同。国内综合能源处于起步阶段，大家还需共同努力，共同创新，我的汇报结束，谢谢！