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| 中國航發燃機：零碳能源解決方案 |
| 來源：中國航發燃機 時間：2021/10/27 |
譯者按：目前我國正在建設以大規模可再生能源發電為主體，安全高效的新型電力系統，但由于可再生能源自身具有隨機性、波動性和間歇性等特點，需要平衡電源來維持電網的穩定性。燃氣輪機是大規模能源轉換效率最高的成熟裝置，是實現化石能源清潔高效利用和促進“風光氣儲”一體化的最佳選擇。從長遠來看，燃氣輪機的應用可以確保可再生能源的高利用率，并在需要時通過燃料靈活性保障能源的供應安全，這將為能源系統的脫碳和可再生能源在電網中的全面部署做出重大貢獻。中國航發燃機正在大力研究燃氣輪機與可再生能源的結合與應用，并編譯了本文，以期引發行業更多有益的思考。
以下為正文:
支持未來零碳能源的整體解決方案
ETN（European Turbine Network）對歐盟委員會（European Commission）的倡議表示支持，在更新后的戰略能源技術規劃（SET-Plan）中，明確行動和研究需求，確定其優先級，并將其與能源聯盟（Energy Union）的支柱相匹配。我們很高興有機會參加本次利益攸關者的閉門研討會，本次研討會的主題是關于議題文件4：能源系統（提高能源系統的適應性、安全性及智能性）。會上，我們強調了在未來能源系統中采取整體解決方案的重要性。
風能和太陽能等可再生能源（RES）具有隨機性和無慣性的特點，隨著其在能源系統中的份額不斷增加，能源生產模式正在發生改變，需要平衡電源來維持電網的穩定性以及新的創新性解決方案。目前，燃氣發電廠的角色也正在發生改變，由基荷發電轉為備用電源以控制并保持電力系統的穩定性。在這種情況下，燃氣輪機備用電廠需要在保持低排放的同時，具備比當前發電廠更快的穩定執行加載和減載。燃氣輪機還需要在其最低的環境負荷（發電廠仍可在NOx排放限制值內連續運行的負荷）下“停放”，甚至在電網不需要其電力時關停。
為了使燃氣輪機能夠在前文所述的環境下以經濟高效和最優化的方式運行，并在長期內發展低排放或零排放混合動力系統，ETN預計許多技術領域需要進一步地研發和優化。從短期來看，燃氣輪機可以通過平抑電網中可再生能源發電帶來的波動，以及燃用如天然氣、沼氣、工業廢氣或垃圾填埋氣等低碳燃料，幫助可再生能源融入能源效系統。從長遠來看，燃氣輪機的應用可以確保可再生能源的高利用率，并在需要時通過燃氣輪機的燃料靈活性保障能源供應安全。這將為能源系統的脫碳和可再生能源在電網中的全面部署做出重大貢獻。根據議題文件4提及的燃料靈活性選項，ETN已經確定了將現有技術及其與可再生能源耦合技術作為優先選項進行研發。
目標
ETN同意議題文件4中提出的總體目標。正如國際能源署（International Energy Agency，IEA）所預見的那樣，在未來幾十年內，傳統發電作為可再生能源系統的備用電源仍將長期存在。ETN認為，應提出到2050年的能源系統路線圖，以激勵所需的長期投資。
能源網絡、系統和集成
ETN同意該主題的描述，但認為有必要在能源系統的所有參與者之間明確規定共同的戰略和要求。目前，為實現可再生能源的集成并滿足客戶的需求，電網改造得到了高度重視。然而，這種方法不能確保發電技術能夠滿足這些要求。考慮到集中發電運營商、可再生能源運營商、輸電系統運營商、數字系統運營商、付費托管方等的要求，待開發的新技術、系統和服務應能夠支撐綜合能源系統，目的是根據影響利益相關者的資本支出和運營支出，將電力成本降至最低。應考慮開展狀態監測技術和預測工具方面的研發工作，因為這將優化整個歐洲能源系統。
“實時”監控設備的存在允許測量和評估電網內的所有主要能源消耗條目。這就允許采取相應的戰略決策來提高能源系統的效率。大數據分析和云計算等IT解決方案可以實現智能負載分配，減少峰谷負載需求之間的差異。目前的網絡已經能夠管理生產最佳點，但它無法控制和影響需求。還應特別關注集中和分散式發電混合技術的優化集成。
靈活的備份和生成
電網、系統和集成應基于瞬態運行期間的系統穩定性，即頻率控制。頻率下降或增長的原因是電網中間歇性發電的份額不同。由于一些常規發電廠的關閉，電網中現有慣性質量的時間常數減小，導致初始頻率的更大增長。因此，預計會出現頻率偏差和振蕩：到2050年，德國80%的可再生能源和其他歐洲國家60%的可再生能源中的一小部分，3GW擾動造成的頻率偏差將從390MHz增加到900MHz，而根據仿真結果，振蕩頻率將增加兩倍以上。燃氣輪機發電廠的不同組合可能會導致控制和平衡問題。
為此，可以通過歐洲電力系統的詳細模型來計算負載流量以及分析電壓和傳輸極限。需考慮以下因素：
·到目前為止，間歇性可再生能源無法提供電網服務；
·頻率控制（一次和二次控制）、因電廠減少而產生的電壓控制以及由此產生的電網慣性；
·負載流量增加可能導致電壓不穩定性增加（失去無功功率）。傳統電廠對電網的作用之一是電壓控制，但其數量正在不斷減少，導致電網不穩定性增加。
通過現有電廠改造以及采用創新性解決方案，預期將對提高發電靈活性起主要作用。
創新性解決方案
帶有聚光太陽能發電（CSP）的燃氣輪機混動系統：由于CSP的可調度性（與蓄熱系統結合），這是可再生能源技術中的獨特屬性，因此可以將其視為最可行的可再生能源之一。然而，盡管經過幾十年的發展，現代CSP電廠的電力成本仍然很高。為了降低成本，需要對技術進行逐步的改進。混合太陽能燃氣輪機電廠已被證明是傳統蒸汽循環聚光太陽能電廠的一種有前途的替代方案。基于太陽能發電系統的燃氣輪機未來發展關鍵問題已被確定，具體如下。
首先，為了最大限度地提高燃氣輪機與CSP電廠的太陽能集成度，燃氣輪機的燃燒溫度應保持與太陽能接收器溫度相近，導致低溫和低熱效率。因此，混合聯合循環系統是一種可行的解決方案，這是因為與簡單循環相比，高太陽能份額和高效率之間的權衡并不明顯。這使得燃燒溫度降低，而對電廠總熱耗率的影響較小，從而在更高的名義太陽能份額下實現更經濟的運行。
其次，為了兼顧碳減排和保持電力低成本，有必要將蓄熱裝置和后發電循環整合到混合太陽能燃氣輪機發電廠中。針對該應用場景優化設計的燃氣輪機電廠的性能與傳統電廠的任意組合相比，無論從低排放還是從低發電成本的角度，均具有顯著優勢。
創新性解決方案
現有電廠改造
ETN同意擬議的系統方法，該方法旨在提高電力系統的靈活性和有效容量以消納可再生能源發電的份額增長。不過，ETN認為現有技術，尤其是用于RES的備用電源技術，還需要升級，以加快向低碳經濟轉型。根據議題文件中的目標和發電靈活性的需求，應以優化現有發電廠的靈活性為目標進行研究。
可以預見的是，后發電循環方面對于提高現有聯合循環電廠的靈活性做出最有價值的貢獻。鑒于聯合循環電廠的燃氣輪機模塊是針對特定運行工況開發的，現有電廠的靈活性來源于后發電循環，這需要很長時間才能達到蒸汽輪機運行所需的蒸汽品質。余熱鍋爐的變化有助于更快地啟動。
其他
ETN想強調的是，議題文件4中未提及分布式發電。ETN認為，對于分布式發電，需要就現有技術與可再生能源的融合提出創新性解決方案，以便于消費者使用，從而實現冷熱電聯產，并提高建筑物的能源綜合利用效率。燃氣輪機熱電聯產可以在支撐可再生能源和應對現代電網挑戰方面發揮重要作用。在歐洲，燃氣輪機技術能夠在系統層面上支撐可再生能源，并作為一種需求響應形式實現多重效益。
ETN完全支持SET Plan提出的方法，并愿意為您隨時澄清和闡述這些意見。我們也愿意回答任何進一步的問題，期望能夠受邀參加SET-Plan指導小組會議，討論本議題文件，以便密切關注討論情況。 |
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