分布式能源：未來(lái)能源清潔高效利用的新方向

《電氣技術(shù)》雜志訪中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院新能源技術(shù)研究所所長(zhǎng)王虎

當(dāng)前，化石能源仍是人類生產(chǎn)和生活的主要能量來(lái)源，但化石能源的非可再生屬性以及化石燃料燃燒造成的環(huán)境污染問(wèn)題，使社會(huì)發(fā)展并不能長(zhǎng)期依賴于它們。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提高人類生活質(zhì)量，發(fā)展可再生能源勢(shì)在必行。

近年來(lái)，我國(guó)可再生能源發(fā)電取得飛躍式發(fā)展，光伏、風(fēng)電、水電裝機(jī)均穩(wěn)居世界第一，不僅為我國(guó)節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)作出了突出貢獻(xiàn)，也對(duì)全球能源變革產(chǎn)生了重大影響。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，“十二五”期間，我國(guó)水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模分別增長(zhǎng)1.4倍、4倍和168倍，直接帶動(dòng)非化石能源消費(fèi)比重提高了2.6個(gè)百分點(diǎn)。

中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院新能源技術(shù)研究所所長(zhǎng)王虎指出，“在我國(guó)可再生能源發(fā)展大潮中，大唐集團(tuán)扮演了非常重要的角色。大唐集團(tuán)為應(yīng)對(duì)當(dāng)前不斷變化的能源形勢(shì)，掌握能源發(fā)展核心技術(shù)，在2013年成立科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，下屬三個(gè)專業(yè)研究所，火力發(fā)電研究所、能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、新能源技術(shù)研究所，其中新能源技術(shù)研究所是我們新組建的，為集團(tuán)新能源發(fā)電事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)服務(wù)和技術(shù)支持。”

王虎表示，“《關(guān)于建立可再生能源開發(fā)利用目標(biāo)引導(dǎo)制度的指導(dǎo)意見》中提出了可再生能源的配額，規(guī)定非水電可再生能源電量最低比重指標(biāo)，明確可再生能源電力接入、輸送和消納責(zé)任。以五大發(fā)電集團(tuán)為首的大型發(fā)電企業(yè)，須承擔(dān)一定的配額任務(wù)，至2020年各燃煤發(fā)電企業(yè)承擔(dān)的非水可再生能源發(fā)電量配額與火電發(fā)電量的比重應(yīng)達(dá)到15%以上。自從這個(gè)政策出臺(tái)后，大唐集團(tuán)一直在努力提高可再生能源的發(fā)電比例。從目前大唐集團(tuán)的發(fā)電現(xiàn)狀來(lái)看，風(fēng)電、光伏裝機(jī)量占比目前為10%左右，距15%的配額目標(biāo)仍有缺口，因此投資可再生能源仍有大量的內(nèi)在的需求。”

為了積極應(yīng)對(duì)新能源的發(fā)展并占據(jù)主導(dǎo)權(quán)，大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院新能源技術(shù)研究所制定了三個(gè)發(fā)展方向，成立了三個(gè)研究中心，分別是：致力于光伏發(fā)電的技術(shù)研發(fā)的無(wú)錫太陽(yáng)能技術(shù)研究中心;致力于風(fēng)電項(xiàng)目領(lǐng)域前期的風(fēng)資源探測(cè)，風(fēng)場(chǎng)選址、設(shè)計(jì)及研發(fā)的云南風(fēng)電設(shè)計(jì)研究中心;以及致力于分布式發(fā)電方案設(shè)計(jì)及研發(fā)的北京分布式多能互補(bǔ)研究中心。

在我國(guó)新能源發(fā)電經(jīng)歷了萌芽期、快速發(fā)展期、領(lǐng)跑期的當(dāng)下，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源發(fā)電將面臨哪些新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，其新的發(fā)展方向又在哪呢?

對(duì)此，王虎指出，我國(guó)風(fēng)電經(jīng)過(guò)十年的快速發(fā)展，取得成績(jī)的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：一方面在源側(cè)，現(xiàn)在可被開發(fā)的優(yōu)質(zhì)風(fēng)資源地區(qū)已經(jīng)很少，甚至沒有了;另一方面在消納側(cè)，我國(guó)現(xiàn)役風(fēng)電機(jī)組因無(wú)法消納而造成棄風(fēng)率最多可達(dá)30%。因此風(fēng)電的發(fā)展出路在于發(fā)展山地風(fēng)電、海上風(fēng)電，擴(kuò)大風(fēng)電裝機(jī)區(qū)域以及有針對(duì)性的構(gòu)建電網(wǎng)網(wǎng)架，提升疏解風(fēng)電輸送能力。

具體來(lái)說(shuō)，在發(fā)展山地風(fēng)電過(guò)程中，微觀選址是關(guān)鍵，就是在宏觀選址中選定的小區(qū)域中精細(xì)化確定機(jī)組具體位置，使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。而海上風(fēng)電則要考慮從近海至深海如何打樁，腐蝕問(wèn)題、吊裝問(wèn)題，以及平臺(tái)的搭建等，目前我國(guó)海上風(fēng)電還是以技術(shù)引進(jìn)為主，國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)品還有待進(jìn)一步發(fā)展。

王虎表示，“我們的風(fēng)電設(shè)計(jì)研究中心按照‘小型分散化、設(shè)備可靠化、遠(yuǎn)程控制化、運(yùn)維專業(yè)化’的要求開展風(fēng)電項(xiàng)目的前期工作，在風(fēng)電項(xiàng)目的微觀選址、設(shè)計(jì)優(yōu)化、控制策略優(yōu)化等方面具有較深厚的技術(shù)儲(chǔ)備。光伏的發(fā)展，也面臨著與風(fēng)電同樣的問(wèn)題，因此未來(lái)光伏的發(fā)展方向應(yīng)更多采用分布式光伏，如屋頂光伏、園區(qū)光伏、薄膜光伏、光伏幕墻等。”

我國(guó)“十二五”時(shí)期開展的新能源發(fā)電項(xiàng)目大都是集中式的、規(guī)模大的，且遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，這對(duì)我國(guó)電網(wǎng)、配網(wǎng)、輸送及消納等都帶去了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。王虎指出，我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目主要分布在東北、西北、華北地區(qū)，基本都是大型集中式的，光伏項(xiàng)目也是如此，該地區(qū)均為經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，電能消納能力不強(qiáng)，造成棄風(fēng)、棄光嚴(yán)重。此外還有個(gè)突出的問(wèn)題，我國(guó)用電負(fù)荷具有明顯的季節(jié)波動(dòng)特性，以當(dāng)前全國(guó)的裝機(jī)容量看，完全能夠滿足全國(guó)的用電需求，但一到冬季供暖季或是夏季用電高峰期，集中式風(fēng)電、光伏出現(xiàn)了棄風(fēng)、棄光，而某些燃煤發(fā)電機(jī)組又需超負(fù)荷運(yùn)行，而為了滿足峰期用戶的用電需求，則必須面臨大容量機(jī)組的用電谷期低負(fù)荷運(yùn)行，不僅給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了技術(shù)難題，同時(shí)也是資源配置的嚴(yán)重浪費(fèi)。

在煤炭、電力去產(chǎn)能政策的持續(xù)推行，國(guó)家放緩電力建設(shè)步伐，以及電廠機(jī)組靈活性改造等背景下，面臨著如何提高供電的可靠性、怎樣避免或減少輸配電成本并增加設(shè)備利用小時(shí)數(shù)，如何既能滿足特殊區(qū)域用電需求又能保護(hù)環(huán)境，電廠機(jī)組、電網(wǎng)又該怎樣更加合理科學(xué)地調(diào)峰等問(wèn)題。而解決這些問(wèn)題的最好辦法應(yīng)是分布式供能。

與常規(guī)的集中式供電電站相比，分布式發(fā)電能夠同時(shí)滿足冷、熱、電的需求，通過(guò)能源的梯級(jí)利用，提高能源的綜合利用效率;由于分布式能源采用就地生產(chǎn)、就近消納的形式，提升了用戶用能可靠性;另外，分布式能源靈活多樣，可實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，為可再生能源的利用開辟了新的方向。

王虎認(rèn)為，從政策角度看，進(jìn)一步深化電力體制改革中提出允許擁有分布式電源的用戶和微網(wǎng)參與電力交易，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革中提出的電力行業(yè)先行，實(shí)際上都是為了放開配網(wǎng)市場(chǎng)，還有“十三五”規(guī)劃中提到的建設(shè)現(xiàn)代能源體系，推動(dòng)化石能源清潔高效利用，大力發(fā)展分布式能源等，這些政策都為分布式能源的發(fā)展提供了足夠強(qiáng)大的政策支持。

“而從技術(shù)方面看，發(fā)展分布式能源對(duì)五大發(fā)電集團(tuán)來(lái)說(shuō)是有優(yōu)勢(shì)的，我們的集中式火電、風(fēng)電、光伏能夠?yàn)榉植际侥茉吹陌l(fā)展提供穩(wěn)定支撐，同時(shí)多年的火電運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)榉植际侥茉吹拈_發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。燃機(jī)、儲(chǔ)能、光伏、風(fēng)電等技術(shù)和產(chǎn)品都比較成熟，”他指出，“現(xiàn)在需要解決突破的是商業(yè)模式的問(wèn)題，目前為止還沒有一個(gè)成型、規(guī)范的分布式能源商業(yè)化運(yùn)營(yíng)模式，尤其是多能互補(bǔ)與智慧能源方面，大家都剛剛起步，都在面對(duì)相同的問(wèn)題。目前運(yùn)行的一些分布式能源項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益并不樂觀，怎樣突破實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)狀，并完善其商業(yè)模式和技術(shù)模式是我們現(xiàn)在需要關(guān)注的重點(diǎn)。”

王虎進(jìn)一步表示，“當(dāng)前的分布式能源中一次能源一般以天然氣為主，新能源技術(shù)研究所也一直未放松對(duì)燃?xì)夥植际侥茉醇夹g(shù)路線的研究，但考慮到我國(guó)資源稟賦、用能成本和能源安全，我個(gè)人認(rèn)為以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)為主要?jiǎng)恿υO(shè)備的分布式能源系統(tǒng)并不是目前最為理想的分布式能源技術(shù)路線。我國(guó)資源稟賦富煤、貧油、少氣，因此在中國(guó)完全使用天然氣進(jìn)行分布式供能是不現(xiàn)實(shí)的，用氣成本高昂且制約國(guó)家能源安全。煤炭的清潔高效利用應(yīng)是我們努力的方向。”

“以小型超低排放鍋爐系統(tǒng)和背壓機(jī)為動(dòng)力設(shè)備的煤基分布式能源更應(yīng)得到我們的關(guān)注，采用超低排放鍋爐可使其污染物排放水平達(dá)到燃?xì)夥植际降呐欧潘?。通過(guò)對(duì)燃料進(jìn)行集中研磨，以罐車進(jìn)行配送，運(yùn)輸環(huán)節(jié)無(wú)污染且更加靈活;煤炭資源豐富、價(jià)格低廉，相對(duì)天然氣分布式能源，煤基分布式能源的成本優(yōu)勢(shì)立顯。”王虎最后強(qiáng)調(diào)，“另外，煤基分布式的高熱電比與我國(guó)電力供應(yīng)充足、而熱力供應(yīng)不足的國(guó)情相適應(yīng)，因此這是我們目前著力研究、也是今后具有發(fā)展?jié)摿Φ姆植际侥茉聪到y(tǒng)。”