回顧我國(guó)的光熱發(fā)電歷程，從2006年到2023年，從科學(xué)探索和試點(diǎn)階段到規(guī)模化示范階段再到推動(dòng)規(guī)模化發(fā)展階段。隨著時(shí)間的不斷推移，2024年，光熱打捆項(xiàng)目的開發(fā)模式將向什么方向發(fā)展？

4月25日，2024第十一屆中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)在內(nèi)蒙古呼和浩特盛大召開，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院（以下簡(jiǎn)稱水規(guī)總院）新能源研究院陸上能源部主任王昊軼出席會(huì)議并作主題報(bào)告《光熱發(fā)電與風(fēng)電光伏聯(lián)營(yíng)提升保供支撐調(diào)節(jié)能力》。

圖：王昊軼

面對(duì)上述問題，王昊軼給出了水規(guī)總院的觀點(diǎn)：光熱打捆項(xiàng)目的開發(fā)模式將隨著風(fēng)光成本的進(jìn)一步下降和電力市場(chǎng)機(jī)制的完善，逐步由經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)聯(lián)營(yíng)進(jìn)入物理實(shí)質(zhì)性聯(lián)營(yíng)，提升光熱發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的支撐調(diào)節(jié)能力。

他解釋道：“這里提到了兩個(gè)聯(lián)營(yíng)，經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)聯(lián)營(yíng)是指目前普遍開展的打捆項(xiàng)目的模式，物理實(shí)質(zhì)性聯(lián)營(yíng)則更強(qiáng)調(diào)的是光熱與風(fēng)電光伏的單點(diǎn)接入，一體化調(diào)度和協(xié)同運(yùn)行。通過虛擬電廠的模式來提升整個(gè)光熱對(duì)打捆項(xiàng)目對(duì)風(fēng)電、光伏的調(diào)節(jié)能力，真正的實(shí)現(xiàn)以新能源調(diào)節(jié)支撐新能源。”

基于上述觀點(diǎn)，王昊軼從光熱的特點(diǎn)、定位與面臨的形勢(shì)，光熱與風(fēng)光聯(lián)營(yíng)總體思路，多能互補(bǔ)提升保供能力方案三方面展開了論述。

光熱的特點(diǎn)、定位與面臨的形勢(shì)

眾所周知，光熱具備頂峰、調(diào)頻調(diào)壓、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、黑啟動(dòng)等技術(shù)特性，是綠色低碳電網(wǎng)友好型電源。

基于仿真工具，水規(guī)總院結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)模型開展了相應(yīng)的研究工作。

王昊軼介紹，在電網(wǎng)支撐能力方面，水規(guī)總院結(jié)合西部某省區(qū)實(shí)際的電網(wǎng)模型，在BPA項(xiàng)目搭建了相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，分別研究了當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)電壓配置光熱系統(tǒng)和不配置光熱系統(tǒng)的響應(yīng)能力。由此得出的結(jié)論是：配置光熱的系統(tǒng)，其整個(gè)光熱集群起到了相應(yīng)的調(diào)頻調(diào)壓作用。

同時(shí)，水規(guī)總院采用生產(chǎn)模擬軟件，重構(gòu)了某省區(qū)8760小時(shí)的電力負(fù)荷供需平衡圖，可以看到，在一些關(guān)鍵時(shí)段，當(dāng)供需出現(xiàn)不平衡問題時(shí)，光熱起到了頂峰調(diào)節(jié)作用。

另一方面，水規(guī)總院還將光熱發(fā)電與火電的出力特性進(jìn)行了比較。

比較發(fā)現(xiàn)，光熱發(fā)電與火電機(jī)組在調(diào)頻調(diào)峰、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及黑啟動(dòng)上擁有共同特性。同時(shí)，光熱系統(tǒng)也有一些優(yōu)于火電機(jī)組的特性：出力方面，光熱機(jī)組調(diào)峰深度最大可達(dá)80%；爬坡速度快，升降負(fù)荷速率可達(dá)每分鐘3%～6%額定功率，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間1小時(shí)左右、熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間約25分鐘，調(diào)節(jié)性能優(yōu)于煤電；減排方面，2022年全國(guó)單位火電發(fā)電量二氧化碳排放約824克/千瓦時(shí)，與之相比，光熱發(fā)電有效降低了碳排放。

王昊軼指出，光熱系統(tǒng)也存在很多不足。首先，由于光熱發(fā)電本質(zhì)上還屬于太陽能發(fā)電，因此受連續(xù)陰雨天影響較大，但是其較風(fēng)電和光伏要具備可調(diào)可控能力。除此之外，雖然經(jīng)過首批示范項(xiàng)目的帶動(dòng)，光熱發(fā)電技術(shù)水平顯著提升，但其仍不具備獨(dú)立、平價(jià)上網(wǎng)能力。

王昊軼認(rèn)為，光熱發(fā)電目前面臨的形勢(shì)主要有兩方面。

一是碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)對(duì)光熱發(fā)電提出較大發(fā)展需求。根據(jù)未來我國(guó)能源電力發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2030年碳達(dá)峰，按照2030年碳達(dá)峰后全國(guó)不再新增煤電裝機(jī)考慮，碳達(dá)峰后全國(guó)新增支撐電源需求，需要由抽水蓄能、新型儲(chǔ)能、光熱發(fā)電、綠氫發(fā)電等共同滿足。從光熱資源豐富的內(nèi)蒙古、青海、甘肅、新疆、西藏五省區(qū)看，考慮光熱逐步成為西北補(bǔ)充支撐調(diào)節(jié)電源，光熱發(fā)電發(fā)展空間巨大。

二是光熱發(fā)電在各類零碳低碳保供電源中具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰后的電力安全保供，煤電摻氨、CCUS、氣電摻氫、光熱發(fā)電都是當(dāng)前正在探索的技術(shù)路線。在這些技術(shù)路線中，光熱發(fā)電技術(shù)最成熟、成本最低、應(yīng)用規(guī)模最大，當(dāng)前具有較明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，與市場(chǎng)化大規(guī)模應(yīng)用的差距最小。但是，與目前電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)承受能力相比，光熱發(fā)電成本仍亟需下降。

光熱與風(fēng)光聯(lián)營(yíng)總體思路

王昊軼指出，光熱與風(fēng)光聯(lián)營(yíng)需要經(jīng)過兩個(gè)階段，兩類場(chǎng)景，兩種應(yīng)用和多條路徑。

第一階段指目前開展的經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)聯(lián)營(yíng)推動(dòng)規(guī)模化發(fā)展，第二階段指多能互補(bǔ)物理實(shí)質(zhì)性聯(lián)營(yíng)提供系統(tǒng)調(diào)節(jié)與支撐。

兩類場(chǎng)景包括本地自用和跨省區(qū)外送。

本地自用方面包括采用光熱集群——提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性;光熱+新能源——跟隨地區(qū)/園區(qū)負(fù)荷曲線，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立穩(wěn)定供電;光熱+新能源——與制氫等柔性負(fù)荷互調(diào)。

跨省區(qū)外送首先是補(bǔ)充調(diào)節(jié)，在目前的外送基地中，新增相應(yīng)的光熱作為補(bǔ)充調(diào)節(jié)電源，提高外送基地的可再生能源占比；其次是部分替代，指在外送支撐火電中，可以嘗試采用一部分光熱作為調(diào)峰支撐電源進(jìn)行部分替代；最后是支撐調(diào)節(jié)，考慮全部替代煤電，以光熱作為外送基地的調(diào)峰支撐電源，王昊軼指出，這一階段還需要進(jìn)一步的深化研究。

除此之外，兩種應(yīng)用首先是指光熱集群，通過技術(shù)組合提升系統(tǒng)的支撐能力；再一個(gè)是多能互補(bǔ)跟隨負(fù)荷特性。

王昊軼表示，目前國(guó)家和相關(guān)省區(qū)已經(jīng)出臺(tái)的實(shí)施路徑包括綠電多能互補(bǔ)、工業(yè)園區(qū)綠色供電、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化熱電聯(lián)產(chǎn)、風(fēng)光制氫一體化、沙戈荒大基地。“結(jié)合實(shí)施路徑，我們提出合理的聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)電源配比、電價(jià)政策、電力市場(chǎng)機(jī)制，明確一體化計(jì)量、協(xié)同運(yùn)行、統(tǒng)一調(diào)度模式，推動(dòng)聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)。”

王昊軼指出，從光熱集群來提升系統(tǒng)支撐能力方面來看，目前主要考慮根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和需求，結(jié)合場(chǎng)址建設(shè)條件，分散部署光熱電站，通過集群調(diào)度提升電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)支撐能力，以經(jīng)濟(jì)可行為邊界條件，合理計(jì)算聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)風(fēng)電、光伏配比。光熱和風(fēng)光場(chǎng)址結(jié)合系統(tǒng)需求和建設(shè)條件，可以集中選址，也可以分散選址。

下圖展示了基于西部某省區(qū)的實(shí)際電網(wǎng)模型開展的基礎(chǔ)調(diào)度控制進(jìn)行的電網(wǎng)嚴(yán)重故障后的電壓和頻率響應(yīng)的仿真結(jié)果。

多能互補(bǔ)跟隨負(fù)荷特性方面，負(fù)荷特性既可以是區(qū)域、園區(qū)，也可以是特高壓的。

主要考慮通過“長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能光熱+風(fēng)電+光伏+（電加熱器）+（補(bǔ)燃）”的一體化設(shè)計(jì)、一體化開發(fā)，集群接入同一并網(wǎng)點(diǎn)或就近分散接入，光熱電站本體可考慮補(bǔ)燃或電加熱，通過光熱調(diào)節(jié)自身的風(fēng)光，實(shí)現(xiàn)光熱與風(fēng)光的電力、電量互補(bǔ)，使聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)通過統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)同運(yùn)行、一體化計(jì)量，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合出力能夠跟隨電網(wǎng)負(fù)荷特性，發(fā)揮傳統(tǒng)電源跟隨負(fù)荷，滿足保供需求的能力。該模式強(qiáng)調(diào)光熱與風(fēng)光集群接入同一并網(wǎng)點(diǎn)或就近接入，光熱在聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)以新能源調(diào)節(jié)支撐新能源。

多能互補(bǔ)提升保供能力方案

王昊軼表示，在光熱聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)提升能力方面，應(yīng)重點(diǎn)考慮兩方面的因素，一是聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)的電源組織，再一個(gè)是光熱本體的配置。

“首批光熱示范項(xiàng)目主要考慮按照應(yīng)發(fā)盡發(fā)開展的電站設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則是最大化的獲取能量，使光熱電站盡可能的發(fā)電。而在聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)當(dāng)中，光熱電站從結(jié)構(gòu)電源變?yōu)檎{(diào)節(jié)型電源，因此我們更關(guān)心的是，我們是否能夠通過容量來滿足電力系統(tǒng)對(duì)我們能源系統(tǒng)提出的調(diào)節(jié)能力需求，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在詳細(xì)分析系統(tǒng)需求和負(fù)荷特性的前提下，明確儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，結(jié)合聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的協(xié)同運(yùn)行策略進(jìn)一步優(yōu)化儲(chǔ)能，再明確鏡廠面積。可以保證鏡廠和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同和優(yōu)化。”

水規(guī)總院在生產(chǎn)模擬系統(tǒng)中開展了多能互補(bǔ)仿真研究。

王昊軼表示，該系統(tǒng)是按照“長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能光熱+風(fēng)電+光伏+電加熱+補(bǔ)燃”的結(jié)構(gòu)開展的研究工作，系統(tǒng)仿真核算結(jié)果補(bǔ)燃發(fā)電量占比小于10%，風(fēng)光棄電率小于5%，負(fù)荷保障率100%。

極端天氣下，這樣的一個(gè)系統(tǒng)到底能不能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷保障？基于該系統(tǒng)，王昊軼截取了相應(yīng)的時(shí)間片斷。

圖：連續(xù)大風(fēng)日

如圖，4月20日至24日（圖中2617時(shí)至2736時(shí)）為連續(xù)大風(fēng)日，新能源大發(fā)時(shí)光熱降低出力讓路，新能源出力不足時(shí)光熱支撐。

圖:連續(xù)小風(fēng)日

1月3日至23日（圖中49時(shí)至144時(shí)）為連續(xù)小風(fēng)小光日，風(fēng)電出力不足，光熱白天發(fā)電后熱量不足以存儲(chǔ)，夜間主要通過補(bǔ)燃和部分網(wǎng)匯實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷曲線的跟隨。

最后,結(jié)合水規(guī)總院的相關(guān)研究結(jié)果，王昊軼針對(duì)光熱行業(yè)后續(xù)發(fā)展提出如下建議：“一是加強(qiáng)物理實(shí)質(zhì)性聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)中光熱、風(fēng)電、光伏協(xié)同運(yùn)行、統(tǒng)一調(diào)度研究，提升聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)調(diào)度響應(yīng)和電網(wǎng)支撐能力；二是研究探索物理實(shí)質(zhì)性聯(lián)營(yíng)系統(tǒng)作為獨(dú)立市場(chǎng)主體，參照煤電功能參與電力市場(chǎng)，推動(dòng)光熱具備市場(chǎng)化開發(fā)建設(shè)條件。”