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对于面向可再生能源的多能源系统研究ag亚游集团只为非 发布日期:2019-04-03 00:45 浏览量:

  【专家观点】全国政协委员、哈电集团斯泽夫:没有装备制造业的回升 中国经济就没有持续发展的可能

  为规范我国生活垃圾焚烧发电建设项目环境管理,引导生活垃圾焚烧发电行业健康有序发展,我部组织制定了《生活垃圾焚烧发电建设项目环境准入条件(试行)》,现印发你们,作为开展生活垃圾焚烧发电建设项目环境影响评价工作的依据。

  具有成本效益的能源储存方案可以说是人类逐步过渡到低碳社会的关键,而当前能量存储主要有两种方式,一种为储热,一种为储电。那么,这两种储能形式哪种更具经济性呢?

  近日,德国储能协会(BVES)发布的一组最新研究数据显示,分别储存1kWhel和1kWhth的能量时,锂离子电池储电成本约为熔盐储热成本的33倍。(详细数据见下表)

  表:储能成本对比(数据来源于多份德语资料,计算方式为总资本支出除以一个工作周期内的总储电量或热量,其中锂电池储能项目的成本还包含了空调和防火措施等基础设施的投资成本。)

  如上表,BVES方面表示,需要注意的是,无论是直接换热还是间接换热,根据温差和运行方式的不同,具体成本也会有所差别,因此,资料提供的成本数据范围在25-70欧元/kWhth之间。而使用大型锂电池的六个示范系统(由能源供应商STEAG建造)的储电成本则高达833欧元/kWhel。

  按照上表数据,熔盐储能的成本相比锂电池储电成本具有明显优势。兼任德国Enolcon和Storasol两家公司(Enolcon公司是一家工程咨询公司,专门为传统电站各可再生能源设施开发商提供项目融资和评估支持服务;Storasol公司则创建于2013年,依托Enolcon公司开发的技术设计高温储热系统。)总经理的GünterSchneider博士对上述数据表示赞同。

  Schneider认为,成本对比一直是一个很棘手的问题,因为它们很大程度上取决于基础计算需要涉及哪些设备,如风扇、换热器、泵等。如果初始成本相同,当温度可以影响储热容量的大小时,每千瓦时热的成本还取决于储存温度。比如,当储热温度达到550℃时,储热容量约为440℃时的两倍,因而每千瓦时热的储能成本可削减一半。

  Schneider同时指出,技术创新正在使储热成本得到进一步下降。例如,Storasol公司的新型模块化技术可实现600℃以上的储热温度,该技术使用砂砾或碎石储热,使用室外空气传热。创新型的固态储热介质按床型排列,可实现快速储热和释热。巨大的表面积可降低空气流速,使得整个运行系统的压力损失最小化。通过测算,采用该技术储热成本可降低到15-25欧元/kWhth。2015年末,采用该技术的首个兆瓦级系统在德国拜罗伊特大学已经投入运行。

  而对于正处于发展阶段的光热发电行业来说,熔盐储热系统目前已逐渐成为光热电站的标准配置,业界公认的是,具备高经济性的熔盐储热系统无疑将对光热发电行业的未来发展起到积极作用。

  具体来说,熔盐是目前大型光热发电站使用最普遍的储热介质,高性价比的熔盐储热系统则是光热电站无需化石燃料辅助系统就可实现长时间稳定发电的重要保障。此外,除了用于光热发电,熔盐储热还可以用于海水淡化和稠油开采等多个领域。

  3月14日,国家统计局发布数据显示,1-2月,全国发电量10455亿千瓦时,同比增长11%,其中太阳能发电量131亿千瓦时,同比增长36%,增速位居各电源类型之首(详见下表)。

  从各电源类型发电量占比情况看,太阳能发电量占总发电量的最低,仅有1.25%,仍远不及核电和风电(如下图所示)。但是该比重却较去年同期提升了0.45个百分点,增幅仅次于风电的1.16个百分点,位居各电源类型的第二位。

  综合来看,太阳能发电量正在快速增长,占总发电量的比重也在不断提高,但相比于风电、环亚国际娱乐,水电等其他电源类型来看,整体发电量和占比明显偏低。因此,在国家大力发展清洁能源的背景下,未来太阳能发电的市场空间依然巨大。

  我国当前各能源系统分立运行,缺乏相互协调,严重影响电力系统运行的灵活性与可再生能源消纳,能源系统的潜力并未真正得以挖掘。因此,发展多能源系统集成理论与方法,是解决可再生能源消纳问题的有效途径。

  广义的多能源系统(Multiple Energy Systems)是指煤炭、天然气、石油、核能、水能、风能、太阳能等多种形式能源的开发、转换、储备、运输、调度、控制、管理、使用等环节所组成的大系统。从科学研究来看,煤炭、石油等能源极易存储和运输,而热力、燃气网络传输较为复杂,且可与电力通过多种方式相互转换,因此学者通常将电力、热力、燃气系统作为多能源的研究主体,聚焦三者内部的问题及相互协调优化。

  本文首先分析了多能源系统理论与方法研究框架,在此基础上从基本建模、运行优化、系统规划等多个角度评述了现有文献的研究并给出本文对现有研究的思考。将现有研究分为“以电-热耦合为主的区域多能源系统”和“以电-气耦合为主的跨区多能源系统”两个典型研究对象综述了面向新能源消纳的多能源系统的关键研究点。最后总结了面向可再生能源消纳的多能源系统关键科学问题,并对多能源系统未来的研究方向做了展望。

  在空间尺度上,多能源系统的研究可以遵循“多能源元件-多能源元件集成-多能源网络”这一从简单到复杂的思路建立多能源系统的数学物理模型。另外,热力系统一般为区域系统,与配电网规模相当;燃气系统一般为跨区系统,与输电网规模相当。因此多能源系统问题可按照“以电-热耦合为主的区域多能源系统”和“以电-气耦合为主的跨区多能源系统”为空间分类标准,研究相应的运行与规划问题。

  在时间尺度上,多能源系统的研究可以分为在秒、分钟等短时间尺度上的动态问题,以及在小时、日、月等长时间尺度的稳态问题。前者多用于运行控制层面的研究,而后者在运行层面及规划层面均有涉及。在不同的问题类型和背景下,需要选用适当的模型进行研究。

  电力系统的时间常数一般为秒级,而热力系统、燃气系统通常为小时级。热力、燃气系统与电力系统相异的时间常数也为可再生能源的消纳、大规模和长期存储提供了可能,如何利用多能源系统的时间常数差异是研究者需要聚焦的问题之一。

  多能源系统需要一套标准化的定义去描述复杂耦合关系,例如多能源系统的“节点-导纳矩阵”、“标准支路模型”、“基于矩阵运算的系统分析方法”等等。采用以矩阵为基础的标准化多能源元件、能量枢纽、网络模型以及以矩阵运算为基础的多能源系统分析方法是大规模多能源系统计算机分析的基础,也是多能源系统面临的重要技术问题之一。

  多能源系统的运行需要受到科学的市场机制和价格理论指导。多能源系统及其子系统是否有对应电力系统的“等微增率理论”、“节点能价理论”,以描述能源生产成本和能源传输成本?这是多能源系统的关键科学问题之一。

  等值是电力系统重要的思想之一,可将复杂系统简单化,例如戴维南等值、诺顿等值等。对于面向可再生能源的多能源系统研究,其主体仍为电力系统,那么是否可以采用等值的思想,将燃气、热力系统等值为电力系统的一个外部约束,简化多能源系统的分析难度。

  由于多能耦合的普遍存在,不同能源系统类型的数据一定具有较强的相关性或关联特性,对此深入挖掘或许能带来单个能源系统数据分析不能发现的信息。不过现有文献鲜有对多能源数据问题的研究,也鲜有公开的多能源系统数据集,仍是一块“价值洼地”。

  多能源系统为可再生能源的消纳提供了新的可能性,例如利用电锅炉、热泵等打破“以热定电”,利用电制气和储气提供可再生能源的长期存储等等。不过现有文献研究的场景依然有限,如何挖掘多能源系统新的潜力,为可再生能源消纳提供新的场景,这是多能源系统亟待解决的问题之一,也是进一步研究优化运行、规划的基础。

  在我国可再生能源消纳问题突出的大背景下,发展多能源系统有利于突破电力系统本身的能力瓶颈,从能源的角度给予可再生能源消纳更大的优化空间。本文分析了多能源系统的整体结构和时空特性,给出了多能源系统的研究框架。本文还根据给定的研究框架,从“多能源系统建模”、“以电-热耦合为主的区域多能源系统分析”、“以电-气耦合为主的跨区多能源系统分析”三条主线,综述、总结了已有文献,并给出了本文的思考。除此之外,本文还总结了面向可再生能源的多能源系统分析面临的关键科学问题,并展望了多能源系统几个潜在的研究方向,以期为学者未来的研究提供参考。(杨经纬,张宁,王毅,康重庆等)

  能源互联网通过电能、热能、化学能等多种能源的相互转换和互补,实现电网、气网、热力网、交通网等能源网络的紧密结合。可再生能源发电、多能联供技术、储能技术等是实现上述物理系统融合的关键。小智团队将根据储能技术的特点,分析其在能源互联网中的作用。

  全球能源发展经历了从薪柴时代到煤炭时代,再到油气时代、电气时代的演变过程。现代能源工业是技术密集型产业,技术创新对能源升级发展具有决定性、根本性的作用。能源互联网作为一项全新的能源技术革命,必须发挥技术创新的引领和推动作用,加大研究和发展力度,尽快实现清洁能源发电,更好地支撑全球能源互联网的建设,保障世界能源的可持续供应。

  储能技术包括电化学储能、压缩空气储能、储热、储氢等,其建立了多种能源之间的耦合关系,是智能电网及能源互联网构建中不可缺少的组成部分,发挥能量中转、匹配和优化的重要作用。能源互联网中,大规模波动性及间歇性可再生能源发电的接入使得电源测的不确定性增加,加大了电网功率不平衡造成的风险。在智能电网及能源互联网中配置储能具有以下作用:

  全国范围内,可再生能源发电目前处于快速增长阶段。大规模波动性及间歇性可再生能源发电的接入使得电源侧的不确定性增加,加大了电网功率不平衡造成的风险。针对大规模可再生能源发电的接入,一方面通过储能技术与可再生能源发电的联合,减少其随机性并提高其可调性;另一方面通过电网级的储能应用增强电网对可再生能源发电的适应性。

  能源互联网中存在多种能量流的相互耦合和影响,在支撑多能源系统的灵活性和可靠性方面,需要储能弱化多种能源间的强相关和紧密耦合关系,储能的技术类型和作用时间尺度要与系统的能源供应需求和转化元件的技术特性相匹配。

  在能源互联网中,传统的能源交易模式将发生变革,能源的生产者和消费者都将参与到市场竞争中,且生产者和消费者作为交易主体,其角色可相互转换。对于大型的能源供应商,利用大规模储能的“库存”能力,影响市场价格的变动,促进了资源的合理分配和布局。同时,分布式储能赋予了用户自由选择参与或退出市场的权利,储能的存在还提供了用户参与能源交易的可能性。

  为适应未来能源的发展,水能、风能、太阳能等清洁能源正在加快发展和利用,能源互联网在保障世界能源供应、促进能源清洁发展中,将发挥越来越重要的作用。储能技术是保障清洁能源大规模发展和电网安全经济运行的关键。储能技术可以在电力系统中增加存储环节,使得电力实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”,特别是平抑大规模清洁能源的发电接入电网带来的波动性,提高电网运行安全性、经济性和灵活性。

  磁悬浮风力发电机集磁悬浮技术、电机工程、动力机械、航空大气工程、外观设计、实用设计、风洞测验、电脑模拟分式等学科于一体,采用轻型铝合金、钛金、不锈钢紧固件等轻型特殊材料制造。

  采用磁悬浮技术理论,将电机线圈悬浮于一定的空间,在没有任何机械摩擦阻力以及在风力作用下,使电机转动并切割磁力线发出交流电,微风起动、高效发电、运行平稳、使用安全。

  磁悬浮风力发电机可单独输入或与太阳能互补方式组合输入形成风光互补供电系统。

  小功率的磁悬浮发电机主要是用在风光互补的路灯、庭院照明、景观照明、广告灯箱、交通信号灯、道路测速供电、无人值守监控设备以及小型离网型的风光互补供电系统、无人看守的基站、和风光互补一体化的建筑设计等。

  采用磁悬浮技术,结合超级磁铁的磁力,将电机线圈悬浮于一定的空间,在没有任何机械摩擦的情况下,依靠风力推动电机转动并切割磁力线发出交流电,并储存于电池中。

  磁悬浮风力发电机还广泛应用于城市和农村道路照明、庭院照明、景观照明、广告灯箱、交通信号灯、道路测速供电、无人值守监控设备以及远离电网的各种供电需求等方面。

  2017年底至2018年初,多省、市、县已开始编制“分散式项目开发建设项目规划》,各地区总规划容量根据当地资源、自然地理限制条件而不同。那么问题来了,当可开发;容量确定后,哪些项目先开发哪些项目后开发?并非拍脑门决定。

  分散式项目被冠以“先找网、后找风”的特点,但并非离接入站最近的项目就优先开发,还要综合考虑是否存在限制因素、投资水平和发电量水平等因素。具体过程举例说明:

  

  某县经过对当地风资源分析后,初步估算有112MW的可开发容量,共8个项目,各项目指标如下:

  1.由于各项目投资水平已根据送出距离涵盖送出投资,根据投资、发电量情况算出收益率,风电场开发顺序为7#、1#、3#、5#、6#、2#、4#、8#。

  2.现场调查收资,确定各项目占地属性及限制因素。经实地考察,1#风电场虽然送出距离较短,但位于自然保护区内,应剔除1#项目。

  3.着重调查电网消纳情况,经与电网公司沟通,未来规划几年内7#、6#风电场拟消纳的接入站暂没有预留间隔,接入现阶段不能落实,应将7#、6#风电场置后;其中3#、4#风电场接入站预留间隔,接入条件较好,应优先考虑,5#、2#、8#接入相对有一定不确定性,后期还需与电网公司协调。

  4.综合考虑以上因素,本县分散式项目最终建议开发顺序为3#、4#、5#、2#、8#、7#、6#。

  在规划阶段,各分散式风电项目开发先后顺序根据以上因素一项一项筛选后,可以看出送出最近的8#未必优先开发,满发小时最高的7#也未必优先开发,由多因素共同决定。当然项目执行后还要根据各职能部门意见再调整。

  我国风电产业虽然已经开始步入质量和技术竞争阶段,然而我国风电机组及部件生产大都处于产能过剩状态,行业内未能完全摆脱低价无序竞争的恶性循环。有业内人士表示:“可再生能源发电的慷慨补贴导致了国内风电机组部件及整机的产能普遍过剩,过剩的产能带来了价格战。国内的整机商这些年虽然死了一些,但是还有20余家”。

  风电设备质量不过关,劣质产品充斥市场是困扰中国风电行业发展的一大弊病。“风电企业为了在激烈竞争中取胜,不断挤压利润空间,为了降低成本使用了价格偏低的部件,低价无序竞争导致了劣质产品充斥市场,给事故埋下了隐患。”一位从事风电工作多年的业内人士表示,“受产能过剩影响,供应商必须维持较低的成本,为获取订单往往‘另辟蹊径’,不是很公平。除此之外,重价格轻质量的低价投标使得‘劣币逐良币’现象层出不穷。”

  目前,机组整机质量水平已越来越成为中国风电产业关注的焦点。而对于风电机组整机来说,零部件的质量状态是影响其质量最重要的因素之一。同时,不同类别的零部件对整机的影响也不尽相同。如何评估不同零部件对整机的影响程度是风电机组质量管理和零部件采购管理的重要课题。

  通过分析不同零部件对整机的影响因素和程度,对零部件进行风险评估与分析,量化零部件风险系数,从而确定不同风险等级的零部件。风险等级高的零部件在采购与质量管理环节应重点关注,而风险等级较低的零部件则可以节省质量控制与采购的管理成本,从而有效提高整机质量水平。

  下表对风电机组各零部件的八大风险因素进行了量化评分。其中,发电机、叶片、机舱铸件、轮毂铸件、主 控系统、变桨轴承的平均分高于 7分,其风险最高,列为关键级零部件;滑环、偏航刹车盘、高强紧固件、远程监控系 统、刹车系统的平均分在 5分-7间,列为重要级零部件 ;其他零部件的平均分低于5分,列为一般零部件。

  以风电机组铸件为例,经评估后列为关键级零部件。则在控制铸件质量时,其控制环节包括了供应商开发审核、制定铸件供货质量要求、样件审核、制造过程控制、成品验收、供应商定期审核等。在提高质量要求并加大控制力度后,陆续在检验过程中报废了价值数百万的存在不可接受缺陷的铸件,从而避免问题铸件进入到机组制造环节。

  另一方面,以钣金件为例,经评估后列为一般级零部件。质量控制方式以委托总装厂来料检验为主,既能够有效控制质量,又能最大程度节约控制成本。

  由上图,以同为关键级零部件的发电机和机舱铸件为例,其风险特点不同,发电机在本身价值、对产品质量或性能的影响、制造及检验难易程度、客户满意度方面的风险都更高。即在进行控制时,发电机的控制强度、控制手段都要强于或多于机舱铸件;如实际操作过程中,会对发电机的制造过程进行控制,质量检验会深入到供应商的生产过程的质量控制点进行抽检,成品验收时增加外观的检查项目、细化检查标准,同时在采购合同中增加更加严格的付款条件和制约因素。

  另外,作为重要级零部件的远程监控系统,其在客户满意度方面的风险要高于关键级零部件机舱铸件,即对于监控系统,应重点关注其用户体验。

  而作为一般零部件的钣金件,其出现不合格的概率则要高于监控系统。则钣金件通过到厂检验的方式进行100%检验,可有效控制其不合格率。

  零部件风险评估为风电机组零部件采购、质量控制提供了基础依据,从而提高了零部件质量控制水平,并大幅降低了质量成本。

  全国政协委员、哈电集团斯泽夫:没有装备制造业的回升 中国经济就没有持续发展的可能

  “装备行业回暖的趋势我看并不明显。”3月5日,在北京会议中心政协讨论会议现场,全国政协委员、哈电集团董事长斯泽夫对记者表示。“装备制造业仍未有效回升,没有装备制造业的回升,中国经济就没有持续发展的可能。”

  斯泽夫认为,燃气轮机国产化不成问题。我们现在要解决的是研发的自主化,这是难点,因为燃气轮机牵扯的学科太多,且难度很大。包括哈电集团、东方 电气、上海电气在内的中国主要能源装备制造企业都需要努力,这不只是增加几个亿投资的问题,还需要长期和大量的投入。

  首先,装备行业回暖的趋势我看并不明显,只是电力行业回暖,煤价上涨,发电量增加,所以电力行业盈利了,特别是火电厂赚的更多。但是也有一些火电厂仍在亏损,特别像云南的一些火电厂,建成之后就没盈利过,因为当地水电很多,水电如果不发电就白白流掉了。总体来看,装备制造业仍没有有效回升,没有装备制造业的回升,中国经济就没有持续发展的可能。

  以我们哈电集团为例,当前我们没有亏损、在盈利、略微有增长是因为我们加强了管理,向管理要效益。

  从大趋势来看,我们必须得转型,转型向清洁高效,但必须重新定义清洁高效,大家把煤炭、煤电站说得一塌糊涂,我觉得这不符合实际,因为中国是一个多煤、少气、缺油的国家,煤炭最好的利用就是燃烧发电,我们能够解决这个问题。雾霾等问题,我觉得不是煤电厂造成的,煤电厂是有二氧化碳的排放,二氧化碳是能够解决的。我国的电厂是世界上最清洁高效的,美国的度电煤耗约为340-370克,而我国只要310克煤,所以我认为煤电需要正名。

  燃气轮机国产化不成问题,东方 电气在燃气轮机国产化上已经做的很好了,但我们现在要解决的是研发的自主化,这是难点,因为燃气轮机牵扯的学科太多,且难度很大。

  燃气轮机被誉为“工业明珠”,在燃气轮机的每一个部件都很精细,对材料要求很高,所以很难。我们在基础研究方面投入太少,差别太大,所以还有很长的路要走。包括哈电集团、东方 电气、上海电气在内的中国主要能源装备制造企业都需要努力,它不是增加几个亿投资的问题,需要长期和大量的投入。

  我们中国装备制造发展的很快也很好,同时中国的电力公司的运行能力也很强,所以中国在短短的15年之中成了世界上最大的百万千瓦机组的运行国,而且现在运行也很好,从哈电制造的产品来看,质量和运行的情况都很好。

  “外三”的机组不错,又经过很多改造,降低了能耗。但我们不要忽视了以下两点:首先,“外三”的机组主要是从西门子买来的;其次,“外三”的能耗降低是系统改造的结果,改造过程到底花了多少钱,恐怕“外三”自己都不说出来,估计成本会比较高。其实,像大唐、华能等企业都有百万千瓦机组,运行很好,一样达到了250多克的度电煤耗,成本也比“外三”低,所以,要向“外三”学习降能耗,但不要学高成本。

  据我所知,哈电集团也在积极推进核电重大装备研发制造,那您如何看待电力过剩条件下,核电的消纳问题?

  我觉得应该保证核电优先上网,因为,如果核电调峰,一启一动必然会带来整个机组的不稳定,所以我觉得应该保证核电的优先性。我国还应该适当加快核电建设,去年一个核电项目都没批准。

  我们是一个大国,电是国民经济的命脉,如果没有电力结构安全,百姓生活和工业用电都得不到保障。从我国的当前能源结构来看,50% 是火电,风电太阳能等清洁能源占比很小,发展成主力能源仍很难,可以用水电、火电来作基础能源,气电不行,气电是用作调峰用的。如果再过100年,煤炭都烧的差不多了,用什么解决,再过几千年,水也流的差不多了,又怎么解决?所以,核电的持续性是必然的,所以说要用用更长远的眼光来看待世界能源,核电必不可少。

  风光新能源肯定是要发展的,但要做主力能源比较难,现在欧洲也在用,比如像丹麦,70%用的新能源、可再生能源。欧洲能做到这一点是因为欧洲的电力全欧洲联网,联网之后,比如东欧的火电站就可以向西欧送电。完全用风光互补是可以的,技术上也能解决。

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