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能源转型:太阳能和风能决定一切?

2014-09-22 11:00
吃瓜天狼
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  近日,德国国际合作机构(GIZ)发布了《关于德国能源转型的十二个见解(中文版报告)》(以下简称《报告》)。该报告第一个见解的大标题,就是“太阳能和风能决定一切”。纵观德国可再生能源,风能和太阳能是“能源转型”的两大关键支柱。德国有关部门测算,到2022年,该国风能和太阳能发电量将占可再生能源总发电量的70%,随后,其占比将持续上升达到80-90%。

  德国“能源转型计划”的主要设计者RainerBaake表示,德国希望在接下来的40年内将其电力行业从依赖核能和煤炭全面转向可再生能源,德国能源系统的这一转变被称为“能源转型(Energiewende)”。

  “当然这些见解不仅适用于德国,这是因为风能和太阳能在世界大多数地区都能大量获取,生产成本也正在迅速下降。风能和太阳能光伏将成为许多国家未来低碳能源系统的基础,也会给这些国家带来类似德国目前面临的挑战。”RainerBaake说。

  风光是未来潜力最大的技术

  德国历来比欧洲其他国家更青睐绿色能源,对核能也有种天生的恐惧。有人将这归结为浪漫主义情怀,又或是因为他们生活在一个人口稠密、自然资源稀缺的国家。

  《报告》也指出,由德国《可再生能源法》引发的技术竞赛中已出现了两个胜者———风能和太阳能光伏———可预见的未来中潜力最大、最经济的技术。

  《报告》显示,随着德国《可再生能源法》制定的上网电价下降以及风电和光伏技术成本的进一步削减,到2015年,新建风能和太阳能光伏发电厂发电成本将可能维持在7~10欧分/千瓦时范围内。

  “由于风能和太阳能都不是随时能获取的,因此依赖这两种能源的任何电力系统也都必须备有后备电厂,而目前这些发电厂将持续主要依赖化石燃料。

  短期来看,现有发电厂将承担起这一后备功能(目前交易电价约5欧分/千瓦时)。中期来看,将需要投资建设新型火力发电厂,以便甚至在可再生能源完全不能发电时满足需求。”RainerBaake表示,由于新型燃气和燃煤电厂的发电成本约7~10欧分/千瓦时,并且峰值电能需求同样相对便宜,因此预计到2015年,基于新的风能、太阳能光伏发电厂和灵活的火力发电厂的系统发电成本,将与使用传统煤炭或燃气的电力系统的成本相当。

  德国“能源转型”正式起步才两年,它的一举一动却受到欧洲乃至全世界的关注。一直以“谨慎”著称的德国人因此更加小心翼翼。相比官方的说辞,《报告》似乎更实际,从技术与政策两方面对“能源转型”提出了改进建议。报告指出,“能源转型”所面临的核心挑战将是如何实现波动中的风能和太阳能发电厂电力生产与消费者需求的持续平衡。这将需要展现电力系统的灵活度———在供应侧和需求侧均是如此。

  基本负荷”发电厂将全部消失

  在《报告》描绘的未来情景中,为建立风能和太阳能光伏为基础的电力供应体系,必须彻底改变未来电力系统结构,使电力系统中其他部分都围绕风能和太阳能进行优化,淘汰后剩余的传统化石燃料电厂将主要作为备用容量存在,只在几乎没有阳光和风时才需要发电,所谓的“基本负荷”电厂将成为历史。

  “当然,这一情景也面临着全新的挑战,即系统如何增加足够的灵活性以适应可再生能源发电出力的波动特性?”中国可再生能源学会风能专委会秘书长秦海岩提出。

  针对这一点,《报告》指出,当前提供足够灵活性的技术解决方案已经具备,问题的关键不是技术问题,而在于用合适的激励机制创造公平的竞争环境,确保成本效益最佳的技术方案得到优先使用。系统的灵活性,可通过供应侧和需求侧双方向的各种灵活性方案以及电网扩容和储能来实现,而目前来看,提高火电厂的灵活性是除电网扩容之外最有效的方式之一。

  秦海岩告诉记者,火力发电机组具有提升灵活性的巨大潜力。通过技术改造和优化组织结构,白煤和褐煤发电厂的最小负荷可以分别从目前占装机容量的40%和60%,降到20%和40%。一个百万千瓦规模的火电厂,5分钟内的最大负荷变化可以从目前的几万千瓦提升到20万~30万千瓦,冷启动的时间可以从目前的10分钟降低到4分钟至6分钟。

  电网比储能系统成本低

  在增加系统灵活性的方式选择上,《报告》认为,在未来相当长一段时间内,与新的储能技术相比,通过扩容电网将可再生能源电力并入电力系统的成本更低。

  “目前新的储能技术造价高昂,且在中期内将居高不下,加之利用率偏低,从系统成本控制的角度看,其经济性较差,所以应该优先使用其他经济性更好的办法。”按照《报告》的测算,只有当可再生能源电力占比超过70%时,新的储能技术才会对德国电力系统的成本控制起到正向作用。

  德国国际合作机构(GIZ)能源领域负责人穆思文也指出,储能技术可以是研发的重要领域,但并不一定是当务之急。扩大电网的连接和调度范围,不仅可以充分利用可再生能源的区域资源差异,缓释可再生能源电力的波动性,也能将电网作为“间接储能系统”,通过市场调节使电力在发电成本高低不同的区域之间自由买卖。

  此外,该报告还提出,将电力与供热相结合,将大幅提升系统的灵活性。与电能相比,热能更易于存储,损耗也更低。在冬季风电大发的季节,也是热能需求的高峰,这是两者天然有利的联系。而根据电能和热能两方面的需求,对现有发电设施进行升级改造并不是什么难题,德国很多电力公司已经在安装“电转热”和储热系统。

 

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