近日，落基山研究所發(fā)布了《西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索——打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣本》（下稱報(bào)告），本報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注西北地區(qū)乃至全國范圍內(nèi)清潔能源發(fā)展水平最高的省份——青海省，探索高比例可再生能源電力系統(tǒng)向零碳電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的挑戰(zhàn)與解決方案。
雖然青海省清潔電力裝機(jī)與發(fā)電量占比均已達(dá)到九成左右，但在實(shí)現(xiàn)完全脫碳的道路上仍需應(yīng)對諸多更具挑戰(zhàn)性的難題。事實(shí)上，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是技術(shù)角度，未來十年打造零碳電力系統(tǒng)的過程都將比既往高比例可再生能源發(fā)展過程更具復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，這也凸顯了青海打造零碳電力系統(tǒng)樣本對全國乃至全球的意義。
報(bào)告指出，零碳電力系統(tǒng)的建設(shè)意味著大量間歇性新能源的接入，其必須和零碳靈活性資源相輔相成才能滿足不同時(shí)間維度的電力平衡。目前青海電力系統(tǒng)可再生能源發(fā)電總量充足，但日內(nèi)和季節(jié)性波動(dòng)均較大，系統(tǒng)靈活性缺乏。
針對上述挑戰(zhàn)，報(bào)告結(jié)合青海實(shí)際，提出了建成零碳電力系統(tǒng)的技術(shù)路徑，并充分考慮青海可再生能源的資源優(yōu)勢，依托年度8760小時(shí)仿真運(yùn)行模擬，對光熱發(fā)電、氫電耦合和大規(guī)模儲能等具有地方發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案進(jìn)行了前瞻性分析【詳見報(bào)告全文】，下文重點(diǎn)提取光熱部分：
1、光熱將是青海增長最快的可調(diào)節(jié)可再生電源
報(bào)告指出，儲熱型光熱發(fā)電機(jī)組具備良好的調(diào)節(jié)性能，可以迅速響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)需求，快速調(diào)節(jié)機(jī)組出力，具備參與調(diào)峰、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻的能力。值得一提的是，與燃煤發(fā)電相比，儲熱型光熱電機(jī)組具有負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍更大（穩(wěn)態(tài)最低出力更低）、負(fù)荷調(diào)節(jié)速率更快、熱態(tài)或冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間更短等優(yōu)勢。
表：不同電力系統(tǒng)靈活性資源對比
國務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》和青海省發(fā)布的“2030行動(dòng)方案”中都明確表示光熱發(fā)電是可充分利用青海地域特色且穩(wěn)定可控的零碳電源技術(shù)，其在青海具有多種優(yōu)勢。在“2030行動(dòng)方案”中，更是明確了到“十四五”末期光熱電站裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.2GW以上，到“十五五”末達(dá)到3.2GW以上的政策目標(biāo)。光熱將是青海增長最快的可調(diào)節(jié)可再生電源。
《報(bào)告》建議青海應(yīng)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，均衡發(fā)展波動(dòng)型與調(diào)節(jié)型新能源。在既有風(fēng)電、光伏波動(dòng)性電源發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身氣候和土地優(yōu)勢，推進(jìn)包括光熱在內(nèi)的調(diào)節(jié)型新能源電源建設(shè)，依托地方補(bǔ)貼、優(yōu)惠或試點(diǎn)激勵(lì)等措施，引導(dǎo)調(diào)節(jié)型新能源電源的投資，促進(jìn)其規(guī)?；瘧?yīng)用，提升系統(tǒng)靈活性。
2、光熱發(fā)電成本下降趨勢明朗
報(bào)告指出，在成本方面，伴隨著國家級和青海省級的政策推動(dòng)、優(yōu)渥的光資源稟賦和領(lǐng)先的光熱電站運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，未來塔式光熱發(fā)電的成本下降趨勢明朗，在不久的將來會(huì)是有競爭力的零碳發(fā)電技術(shù)。塔式光熱系統(tǒng)的聚光集熱和儲熱系統(tǒng)占到總造價(jià)的77%左右，是推動(dòng)塔式光熱系統(tǒng)成本下降的關(guān)鍵所在。
如下圖展示的塔式光熱到2030年的造價(jià)成本下降趨勢。與成本下降同步進(jìn)行的還有光熱電站運(yùn)行效率的提升，到2030年前塔式光熱的定日鏡鏡面工藝迭代、吸熱器涂層的技術(shù)進(jìn)步、鏡場排布優(yōu)化等帶來的效率提升預(yù)計(jì)將讓光電轉(zhuǎn)換效率提升12%。在塔式光熱成本下降和光電轉(zhuǎn)換效率提升雙管齊下的預(yù)期下，塔式光熱電站的度電成本將從目前的1.15元/kWh下降至0.75元/kWh。青海自身豐富的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)還有望為光熱電站的度電成本帶來更多的下降空間。
3、光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展可顯著減少對火電依賴
報(bào)告介紹了4種光熱裝機(jī)規(guī)模情景下的電力系統(tǒng)仿真結(jié)果，并與基準(zhǔn)政策情景相比較。
注：基準(zhǔn)政策情景（即“十四五”年均新增0.25GW，“十五五”年均新增0.4GW，蓄熱能力均為9小時(shí)）；規(guī)模化開發(fā)情景(即1.5/2.0/2.5/3.0CSP，相比基準(zhǔn)政策情景，每年新增裝機(jī)為其1.5到3.0倍)
仿真結(jié)果顯示，在節(jié)能減排方面，光熱裝機(jī)規(guī)模的不斷提高顯著減少了火電的出力和外購依賴，通過下圖對比可知，僅增加3.0GW光熱裝機(jī)（2.0CSP情景）就起到了增加7.0GW電化學(xué)儲能（25%BESS情景）所對應(yīng)的火電及外購電量減少效果，而且減排效果伴隨光熱裝機(jī)增加呈現(xiàn)線性下降的趨勢。
從系統(tǒng)成本的角度看，光熱裝機(jī)的增加節(jié)約了大量燃料、外購等可變成本和火電啟停成本，2倍光熱裝機(jī)情景所增加的系統(tǒng)成本（約128億人民幣）僅為25%儲能配比情景對應(yīng)的系統(tǒng)成本增加的68%，此時(shí)新增光伏與光熱裝機(jī)比約為8:1。這體現(xiàn)出光熱在青海既可以滿足波動(dòng)性可再生出力不足時(shí)的電力缺口，提供日內(nèi)靈活性并加速火電電量退出、減少外購依賴，又具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。
同時(shí)光熱作為可調(diào)節(jié)性新能源，提高光熱在新能源中的裝機(jī)占比可有效緩解棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象，同時(shí)減少枯水期對外購電量的依賴度（如下圖所示）。在近零碳電力系統(tǒng)的2030年，對比基準(zhǔn)政策情景和2倍光熱裝機(jī)情景（新增光伏光熱裝機(jī)比分別約為18:1和8:1），全年棄風(fēng)率從6.8%下降到6.2%，棄光率從9.2%下降到8.8%；同時(shí)氣電的利用小時(shí)數(shù)從3,140小時(shí)下降到2,997小時(shí)，外購電量占比從5.4%下降到4.9%。
4、光熱發(fā)電和水電具備季節(jié)互補(bǔ)性
在保障電力系統(tǒng)靈活性方面，青海應(yīng)統(tǒng)籌發(fā)展電化學(xué)儲能、光熱發(fā)電、氫能發(fā)電等零碳電源以提供不同時(shí)間尺度上的靈活調(diào)節(jié)能力。三種零碳調(diào)節(jié)電源的引入均不同程度緩解了枯水期晚間對火電和外購的依賴（圖下圖所示）。電化學(xué)儲能和氫儲能均提高了午間對新能源的消納能力，減少了棄風(fēng)棄光，配套蓄熱能力的光熱明顯在晚間提高了出力水平。
但是由于電化學(xué)儲能和光熱發(fā)電儲熱時(shí)長的限制，系統(tǒng)仍缺乏更長時(shí)儲能的支撐。電化學(xué)儲能和光熱發(fā)電的調(diào)節(jié)效果均在前半夜（17時(shí)到24時(shí)）比較顯著，而在后半夜（24時(shí)到9時(shí)），25%儲能配比和2倍光熱裝機(jī)情景仍依賴火電和外購電來彌補(bǔ)電力缺口。
同時(shí)由于光資源季節(jié)分布較為平均，光熱發(fā)電全年出力也相對較為平穩(wěn)，其中出力峰值出現(xiàn)在枯水期的4月和豐水期初期5月，出力低谷出現(xiàn)在豐水期8-9月，一定程度上體現(xiàn)了光熱發(fā)電和水電的季節(jié)互補(bǔ)性、緩解了青?？菟诘碾娏o張現(xiàn)象。
綜上，報(bào)告指出青海省政府應(yīng)盡快推出省級補(bǔ)貼、投資優(yōu)惠、專項(xiàng)試點(diǎn)等措施以統(tǒng)籌發(fā)展新型零碳靈活性資源，同時(shí)充分給予其參與電能量和輔助服務(wù)市場的主體地位，為零碳電力系統(tǒng)提供不同時(shí)間尺度的靈活性，進(jìn)一步促進(jìn)光熱發(fā)電和氫能發(fā)電等新型靈活性資源的投資。（來源：落基山研究所）
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