在國際能源轉型升級和國內能源形勢日益嚴峻的背景下,能源消費、供給、技術、體制革命和國際能源合作將成為我國“十三五”以及未來相當一段時期內能源發(fā)展的指導思想,其核心是推動我國能源轉型,建立清潔低碳、安全高效的現代能源體系,保障國家能源安全,確保經濟社會發(fā)展、能源消費和生態(tài)環(huán)境三者良性互動,新能源、分布式逐步成為電力行業(yè)發(fā)展的重點,成為未來推動我國能源結構轉型升級、落實能源革命的重要抓手。
1智能化新能源是能源革命的主戰(zhàn)場
能源消費革命確立為能源革命首位。目前我國GDP單位能耗是全球平均水平的1.38倍,能源消費革命的重點是能源綜合、高效、合理利用,主要通過全民節(jié)能、強制節(jié)能、能源梯級合理利用、用能多元化、用能清潔化、需求側管理等方式實現(見圖1)。
能源供給革命直接影響電力行業(yè)。能源消費革命影響能源供給革命,推動傳統電力系統逐步轉向新電力系統。新電力供應體系主要特征為:一是大電網遠距離輸送與區(qū)域微網就地消納相結合;二是集中式電站與分布式電源相結合;三是可再生能源消納比重不斷提升。
能源技術革命在能源革命中起決定性作用。目前風電、光伏發(fā)電等新能源技術已實現工業(yè)化、規(guī)?;絻r上網逐步成為現實,市場競爭力增強。同時信息與通信技術的發(fā)展推動“互聯網+智慧能源”的落地,促進新能源業(yè)務模式創(chuàng)新,如虛擬電廠、智慧風場等。
能源體制革命是能源革命的關鍵。目前電力體制改革、天然氣市場化改革不斷深入,隨著多能互補、“互聯網+智慧能源”、新能源微電網、分布式發(fā)電市場化交易、增量配電業(yè)務等試點示范的推進,能源體制革命將打通分布式能源發(fā)展“最后一公里”,并網、上網等體制機制問題逐步得到解決。
“未來新能源、分布式、多能互補應該是一個完整的概念,都是新能源發(fā)展領域,新能源的缺陷需要通過多能互補方式來解決,新能源分布式應突破傳統思維模式和發(fā)展方式,謀求創(chuàng)新發(fā)展。”
“十三五”期間,規(guī)模風電、規(guī)模太陽能發(fā)電市場空間有限,特別是中東部和南方地區(qū),分布式光伏、分散式風電的創(chuàng)新發(fā)展將是今后新能源開發(fā)的重點,小型化、智能化、綜合化、模塊化、專業(yè)化是其發(fā)展的主要趨勢。
小型化。以分散方式多點接入低電壓配電系統,不以裝機容量大小作為衡量項目是否發(fā)展的評價指標。小型化具有投資少、占地少、對電網干擾小等特點,需結合區(qū)域特性,因地制宜選擇中小型低碳清潔高效發(fā)電技術,推進新能源小型化發(fā)展。一般認為樓宇式天然氣分布式單機容量不超過1萬千瓦,區(qū)域式天然氣分布式原動機單機容量不大于5萬千瓦,分布式光伏電站單個項目容量不超過2萬千瓦。
智能化。推動分布式能源系統與信息、通信技術的深度融合,實現“一鍵啟動、無人值守”的系統智能化運行。主要體現在:一是智能化監(jiān)控。通過對分布式能源系統發(fā)電、配電、售電等環(huán)節(jié)進行信息采集、處理、存儲和應用,建立統一管控平臺,實現對區(qū)域內多個分布式能源系統的遠程監(jiān)控。二是智能化運維。運用大數據及云平臺進行電站故障診斷、運維管理和資產管理,提高運維效率、優(yōu)化運行成本、提升發(fā)電量。
綜合化。新能源的發(fā)展不排除化石能源的清潔利用,需因地制宜實現化石能源、可再生能源多能互補,為用戶提供熱電冷水等綜合能源服務。一是可再生能源具有綠色、低碳、環(huán)保等特性,并且其波動性和間歇性等特點可通過多能互補來解決。二是考慮到我國資源稟賦,煤基分布式用能價格相對較低,經濟相對落后地區(qū)用得起,熱電比較高,供熱效果突出,整體效率不低于75%,煤基分布式應與氣基分布式、可再生能源分布式相互補充,解決工業(yè)、居民采暖用散燒煤替代問題(見圖2)。
模塊化。主要體現為功能的模塊化和容量的模塊化兩個維度。一是功能模塊化。將分布式能源系統按功能進行模塊化分解,如風光燃機多能互補分布式可分解為風電模塊、光伏模塊、燃機模塊、儲能模塊等,實現模塊標準化,提高系統設計與開發(fā)效率。二是容量的模塊化。按照終端用能需求大小對多能互補模塊化構件進行組裝,如2臺6000千瓦的背壓機機組可滿足北方2萬人口小城鎮(zhèn)供熱,6臺6000千瓦機組基本可滿足5萬人口城鎮(zhèn)供熱需求。
專業(yè)化。整合專業(yè)技術人才,打造區(qū)域專業(yè)化運維團隊、區(qū)域遠程監(jiān)控中心和“少人值守、無人值班”三位一體的分布式能源系統區(qū)域運維體系。現階段大多分布式能源項目存在獨立管理、規(guī)模小、配置人員少、技術人員較弱等問題,通過打造區(qū)域控制中心,設置區(qū)域專業(yè)運維團隊,形成區(qū)域控制中心、區(qū)域專業(yè)化運維團隊,以及“少人值守、無人值班”協同互助的分布式能源項目管控運維模式。
目前我國推進的分布式項目以天然氣分布式為主,主要分布在京津冀等電價承受力較強的經濟發(fā)達地區(qū);可再生能源分布式以分布式光伏為主,側重光伏扶貧、“光伏+”等模式;而煤基分布式由于其自身特性,在工業(yè)園區(qū)和北方冬季供暖散燒煤替代中有較大應用空間(見表)。
煤基分布式發(fā)展必要性
資源稟賦:我國富煤、貧油、少氣,煤炭在未來仍保持基礎能源的作用,2020年我國煤炭消費占比58%。
價格優(yōu)勢:研究顯示考慮污染物排放、碳排放等全生命周期綜合成本,我國現階段清潔煤電綜合成本平均值0.3290元/千瓦時,高于水電,低于核電、風電、光伏發(fā)電、天然氣發(fā)電,2020年,清潔煤電綜合成本將與風電持平,2030年,有可能高于風電,但仍低于光伏發(fā)電、天然氣發(fā)電水平。煤基分布式供能成本較低,能夠滿足經濟相對落后區(qū)域用能需求。
側重供熱:煤基背壓機,熱電比大約在5%左右,適合北方地區(qū)居民采暖及工業(yè)供熱,如京津冀及周邊傳輸通道“2+26”城市等。
高效環(huán)保:鍋爐效率92%,整體效率不低于75%。由于燃氣機組的熱電比較低,在滿足相同熱/冷量負荷需求條件下,燃氣內燃機組的NOx和CO2的年排放總量均高于煤基背壓式汽輪機組。
煤基分布式創(chuàng)新發(fā)展
發(fā)展原則:簡化背壓機系統、以熱定電多聯供、配套熱網工程一體化、區(qū)域能量平衡、提高系統能源綜合利用效率。
主要技術方案:煤基分布式的基本方案為煤直接燃燒集成高效背壓機的冷熱電聯供,其次為氣化加直接燃燒的冷熱電聯供,第三種為燃氣—蒸汽聯合循環(huán)(IGCC),即把煤氣化技術與燃氣—蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電系統結合起來,兼具高發(fā)電效率和環(huán)保性能,但目前以氣化為基礎的IGCC經濟性較低。
3創(chuàng)新發(fā)展高效清潔煤基分布式
新能源分布式發(fā)展建議
一是智能化新能源是能源革命的主戰(zhàn)場,中東部和南方地區(qū)是新能源發(fā)展的重點。根據風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃,到2020年,中東部和南方地區(qū)陸上風電新增并網裝機容量4200萬千瓦以上,高于“三北”地區(qū)3500萬千瓦左右,中東部、南方地區(qū)低風速、分散式風電成為開發(fā)重點。根據電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃,2020年我國太陽能發(fā)電裝機達到1.1億千瓦以上,其中分布式光伏0.6億千瓦,據統計2015年底我國光伏發(fā)電裝機0.43億千瓦,其中分布式0.05億千瓦,光伏發(fā)電新增部分主要集中在分布式光伏上。
二是推動新能源分布式“小型化、智能化、綜合化、模塊化、專業(yè)化”發(fā)展。進入2015年以來,發(fā)改委、能源局陸續(xù)出臺新能源微電網、多能互補集成優(yōu)化、“互聯網+智慧能源”、增量配電業(yè)務、分布式發(fā)電市場化交易等試點示范,未來新能源、分布式、多能互補應該是一個完整的概念,都是新能源發(fā)展領域,新能源的缺陷需要通過多能互補方式來解決,新能源分布式應突破傳統思維模式和發(fā)展方式,謀求創(chuàng)新發(fā)展。
三是北方中小城鎮(zhèn)居民采暖、工業(yè)園區(qū)用熱需求宜采用煤基分布式創(chuàng)新模式。2016年發(fā)改委等五部門出臺《熱電聯產管理辦法》,背壓機成為熱電聯產發(fā)展的重點,明確燃煤背壓機建設容量不受國家燃煤電站總量控制目標限制,中小城鎮(zhèn)居民采暖采用背壓機組,京津冀、長三角、珠三角區(qū)域工業(yè)燃煤熱電項目必須采用背壓機組。2017年河北省發(fā)改委下發(fā)《關于支持民生采暖型背壓機組建設的若干意見》,明確支持民生采暖背壓機,對土地、規(guī)劃、環(huán)保、熱網等給予政策支持,對其他區(qū)域有一定示范引導作用。
四是分布式技術各具特色,但都有局限性,在推進新能源發(fā)展過程中,需結合區(qū)域及自身特點,堅持“不唯容量、不唯規(guī)模、因地制宜、滾動發(fā)展”,選擇合理的技術方案和商業(yè)模式。