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触摸未来电力系统:低碳、灵活、多能互补

作者:杨丹 来源:国际能源参考 发布时间:2019-04-11 浏览:
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全球电力领域正在进行深刻变革,需要在满足人类日益增长的能源需求的同时,提高运营绩效、环保绩效以及普惠性。种种需求交织在一起,让低碳化、灵活性和多能互补成为代表电力行业前行的三大特点。三者互相联系、互相支撑,将在未来很长时期推动电力行业的发展。

低碳化是现代能源发展不可逆转的潮流。根据GE最新统计数据,2018-2027年间,全球平均每年将有4150亿美元投入新建电厂项目中,而其中2/3为可再生能源发电。可再生能源发电间歇性和波动性的特点,使其在现阶段需要配备相应的储能系统,或采用其他能源做补充。而鉴于目前储能系统成本仍然较高,在清洁能源发电侧大规模布局储能设施的经济性暂不能体现,分布式能源有良好的发展基础。

全球仍有十亿人口尚没有稳定的电力供应,这些人口多处在偏远地区,传统的集中式发电需要搭配长距离输电设施,成本过高。而分布式可以减少长距离输送损失,有效提高地区能源的安全性和有效性。

未来将是集中式发电和分布式发电共存的时代,两者缺一不可。大电网将连接发电端和用电端,并实现双向流动,以此实现最低的输电成本。这其中,通过“可再生能源+燃气发电”组成的混合分布式能源项目能够更好地适应局部用电需求。

天然气发电所产生的二氧化碳是所有化石燃料发电方式中最低的,约占同等规模燃煤电厂的50%。其他污染物如汞、氮氧化物和硫氧化物和粉尘的排放水平更低。因此,燃气发电更符合可持续发展的需求。以美国为例,2005年以来,该国所有部门(电力、交通、工业、农业)二氧化碳排放减少大约27%,其中2/3源自电厂的“煤改气”。

除了低碳化,未来的能源结构中还需要电力来源稳定、灵活性高,能够在可再生能源发电量不足时提供基础负荷,并根据其发电量削峰填谷,确保供电稳定安全。燃气发电不仅稳定,相比其它化石能源具备更好的灵活性。例如,一座装机容量在570兆瓦的GE HA级燃气联合循环电厂可以在不到30分钟内启动,并以每分钟60兆瓦增加或降低负荷,同时为约50万户家庭提供电力。而在部分负荷工况下,比如燃气电厂负荷降到200兆瓦时,依然可以在满足排放标准的同时稳定供电,也可以与可再生能源形成补充,促进可再生能源迅速成长。

在多能互补方面,燃气发电同样能够发挥自身的优势。以GE和美国南加州爱迪生公司部署的全球首例电池—燃气轮机混合发电系统为例,该系统集成了10兆瓦锂离子电池储能系统和一台LM6000航改燃机,以及相应的控制系统,允许燃气轮机处于旋转备用模式,而无需使用燃料,并可立即响应不断变化的电力调度需求。在不需要进行调峰时,燃气轮机处在旋转备用状态,而这时响应电网动力需求就通过电池来提供;当需要调峰时,通过先进的控制系统,将燃气轮机立刻从旋转备用状态唤醒,快速启动带负荷,立即向电网输送电力。这种电池—燃气轮机混合发电系统不仅节省燃料、降低维护成本,也能够减少温室气体排放。

爱迪生公司的数据显示,采用该系统后,每年可减少碳排放60%,同时节省200万加仑的水。与此同时,这样的混合发电解决方案还具有可扩展性、可定制性和灵活性,可减轻由于吸纳可再生能源发电产生的负担,无缝地接受可再生能源。

事实上,天然气发电也是最节省土地资源的发电方式,特别适合经济发达、人口稠密、寸土寸金的都市地区。一座9HA电厂占地约为660兆瓦煤电厂的1/3。与可再生能源加电池存储系统相比,燃气发电每兆瓦发电量耗费的土地只为前者的五十到百分之一。

与此同时,燃气电厂的建设周期相对更短、初始投资相对更低。大型燃气联合循环燃气发电厂可在2—3年内建成并投入使用,30兆瓦的移动式燃气轮机发电机组甚至可以通过陆地、海上或空中运输到偏远地区,几周内就可发电。

另外,燃气发电的经济优势是覆盖全生命周期的。根据国际咨询公司IHS最新发布的统计数据,2012年到2016年期间,燃气电厂平均度电成本下降了0.3个百分点。同时,还可大大减少各种污染物的排放。以采用了GE 6F.03燃机的高邮燃气热电项目为例,该项目每年可减排二氧化硫1390吨、氮氧化物464吨、烟尘2295吨、灰渣3.8万吨,年节约标煤8.77万吨。

综上所述,天然气发电在现今和将来能源转型中的重要性不容小觑。为了降低能源系统给环境带来的影响,天然气发电技术还将成为与过去的桥梁和通向未来的基础。GE发电也将用超过125年历史积累的经验和技术,携手整个发电行业不断创新,探索最佳解决方案,共创价值。

(作者系GE全球副总裁、GE中国发电事业部总裁)

关键字:电力系统

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