中國航發(fā)燃機：零碳能源解決方案

譯者按：目前我國正在建設以大規(guī)淖镄唬可再生能源發(fā)電為主體缨叫，安全高效的新型電力系統(tǒng)，但由于可再生能源自身具有隨機性荔燎、波動性和間歇性等特點耻姥，需要平衡電源來維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性。燃氣輪機是大規(guī)模能源轉換效率最高的成熟裝置有咨，是實現(xiàn)化石能源清潔高效利用和促進“風光氣儲”一體化的最佳選擇琐簇。從長遠來看，燃氣輪機的應用可以確弊恚可再生能源的高利用率婉商，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(tǒng)的脫碳和可再生能源在電網(wǎng)中的全面部署做出重大貢獻征讲。中國航發(fā)燃機正在大力研究燃氣輪機與可再生能源的結合與應用据某，并編譯了本文，以期引發(fā)行業(yè)更多有益的思考诗箍。

支持未來零碳能源的整體解決方案

ETN（European TurbineNetwork）對歐盟委員會（European Commission）的倡議表示支持癣籽，在更新后的戰(zhàn)略能源技術規(guī)劃（SET-Plan）中，明確行動和研究需求滤祖，確定其優(yōu)先級筷狼，并將其與能源聯(lián)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(tǒng)（提高能源系統(tǒng)的適應性蛛惜、安全性及智能性）肿兴。會上，我們強調了在未來能源系統(tǒng)中采取整體解決方案的重要性赞钧。

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湖诅，隨著其在能源系統(tǒng)中的份額不斷增加，能源生產(chǎn)模式正在發(fā)生改變凌蝎，需要平衡電源來維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及新的創(chuàng)新性解決方案匕伶。目前，燃氣發(fā)電廠的角色也正在發(fā)生改變舰缠，由基荷發(fā)電轉為備用電源以控制并保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性括樟。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蚣凰，具備比當前發(fā)電廠更快的穩(wěn)定執(zhí)行加載和減載手浙。燃氣輪機還需要在其最低的環(huán)境負荷（發(fā)電廠仍可在NOx排放限制值內連續(xù)運行的負荷）下“停放”，甚至在電網(wǎng)不需要其電力時關停坦辟。

為了使燃氣輪機能夠在前文所述的環(huán)境下以經(jīng)濟高效和最優(yōu)化的方式運行刊侯，并在長期內發(fā)展低排放或零排放混合動力系統(tǒng)，ETN預計許多技術領域需要進一步地研發(fā)和優(yōu)化长窄。從短期來看滔吠，燃氣輪機可以通過平抑電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電帶來的波動，以及燃用如天然氣挠日、沼氣疮绷、工業(yè)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(tǒng)嚣潜。從長遠來看冬骚，燃氣輪機的應用可以確保可再生能源的高利用率懂算，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只冻。這將為能源系統(tǒng)的脫碳和可再生能源在電網(wǎng)中的全面部署做出重大貢獻。根據(jù)議題文件4提及的燃料靈活性選項计技，ETN已經(jīng)確定了將現(xiàn)有技術及其與可再生能源耦合技術作為優(yōu)先選項進行研發(fā)喜德。

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综非，IEA）所預見的那樣沪择，在未來幾十年內，傳統(tǒng)發(fā)電作為可再生能源系統(tǒng)的備用電源仍將長期存在琴偿。ETN認為羞烘，應提出到2050年的能源系統(tǒng)路線圖伴乐，以激勵所需的長期投資。

能源網(wǎng)絡蝉陕、系統(tǒng)和集成

ETN同意該主題的描述擒抠，但認為有必要在能源系統(tǒng)的所有參與者之間明確規(guī)定共同的戰(zhàn)略和要求。目前拂极，為實現(xiàn)可再生能源的集成并滿足客戶的需求瑰跳，電網(wǎng)改造得到了高度重視。然而妒穷，這種方法不能確保發(fā)電技術能夠滿足這些要求瓦统。考慮到集中發(fā)電運營商橡舟、可再生能源運營商、輸電系統(tǒng)運營商芯急、數(shù)字系統(tǒng)運營商勺届、付費托管方等的要求，待開發(fā)的新技術娶耍、系統(tǒng)和服務應能夠支撐綜合能源系統(tǒng)免姿，目的是根據(jù)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榕酒。應考慮開展狀態(tài)監(jiān)測技術和預測工具方面的研發(fā)工作胚膊，因為這將優(yōu)化整個歐洲能源系統(tǒng)。

“實時”監(jiān)控設備的存在允許測量和評估電網(wǎng)內的所有主要能源消耗條目想鹰。這就允許采取相應的戰(zhàn)略決策來提高能源系統(tǒng)的效率紊婉。大數(shù)據(jù)分析和云計算等IT解決方案可以實現(xiàn)智能負載分配，減少峰谷負載需求之間的差異辑舷。目前的網(wǎng)絡已經(jīng)能夠管理生產(chǎn)最佳點喻犁，但它無法控制和影響需求。還應特別關注集中和分散式發(fā)電混合技術的優(yōu)化集成何缓。

靈活的備份和生成

電網(wǎng)肢础、系統(tǒng)和集成應基于瞬態(tài)運行期間的系統(tǒng)穩(wěn)定性，即頻率控制黑声。頻率下降或增長的原因是電網(wǎng)中間歇性發(fā)電的份額不同埂体。由于一些常規(guī)發(fā)電廠的關閉，電網(wǎng)中現(xiàn)有慣性質量的時間常數(shù)減小失能，導致初始頻率的更大增長洛续。因此，預計會出現(xiàn)頻率偏差和振蕩：到2050年姓纲，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盗晓，3GW擾動造成的頻率偏差將從390MHz增加到900MHz徊疆，而根據(jù)仿真結果，振蕩頻率將增加兩倍以上津霜。燃氣輪機發(fā)電廠的不同組合可能會導致控制和平衡問題棉莹。

為此，可以通過歐洲電力系統(tǒng)的詳細模型來計算負載流量以及分析電壓和傳輸極限曹撩。需考慮以下因素：

1梢拜、到目前為止，間歇性可再生能源無法提供電網(wǎng)服務牡鸥；

2叁巨、頻率控制（一次和二次控制）、因電廠減少而產(chǎn)生的電壓控制以及由此產(chǎn)生的電網(wǎng)慣性呐籽；

3锋勺、負載流量增加可能導致電壓不穩(wěn)定性增加（失去無功功率）。傳統(tǒng)電廠對電網(wǎng)的作用之一是電壓控制狡蝶，但其數(shù)量正在不斷減少庶橱，導致電網(wǎng)不穩(wěn)定性增加。

通過現(xiàn)有電廠改造以及采用創(chuàng)新性解決方案贪惹，預期將對提高發(fā)電靈活性起主要作用苏章。

創(chuàng)新性解決方案

帶有聚光太陽能發(fā)電（CSP）的燃氣輪機混動系統(tǒng)：由于CSP的可調度性（與蓄熱系統(tǒng)結合），這是可再生能源技術中的獨特屬性奏瞬，因此可以將其視為最可行的可再生能源之一枫绅。然而，盡管經(jīng)過幾十年的發(fā)展硼端，現(xiàn)代CSP電廠的電力成本仍然很高并淋。為了降低成本，需要對技術進行逐步的改進显蝌≡に牛混合太陽能燃氣輪機電廠已被證明是傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)聚光太陽能電廠的一種有前途的替代方案〔液疲基于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的燃氣輪機未來發(fā)展關鍵問題已被確定早斯，具體如下。

首先赫窄，為了最大限度地提高燃氣輪機與CSP電廠的太陽能集成度阶桦，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臭脯。因此铜朗，混合聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是一種可行的解決方案，這是因為與簡單循環(huán)相比谒娩，高太陽能份額和高效率之間的權衡并不明顯嗅桑。這使得燃燒溫度降低庶鸡，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(xiàn)更經(jīng)濟的運行放余。

其次沈宛，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(fā)電循環(huán)整合到混合太陽能燃氣輪機發(fā)電廠中征炼。針對該應用場景優(yōu)化設計的燃氣輪機電廠的性能與傳統(tǒng)電廠的任意組合相比析既，無論從低排放還是從低發(fā)電成本的角度，均具有顯著優(yōu)勢谆奥。

現(xiàn)有電廠改造

ETN同意擬議的系統(tǒng)方法眼坏，該方法旨在提高電力系統(tǒng)的靈活性和有效容量以消納可再生能源發(fā)電的份額增長。不過酸些，ETN認為現(xiàn)有技術宰译，尤其是用于RES的備用電源技術，還需要升級擂仍，以加快向低碳經(jīng)濟轉型囤屹。根據(jù)議題文件中的目標和發(fā)電靈活性的需求，應以優(yōu)化現(xiàn)有發(fā)電廠的靈活性為目標進行研究逢渔。

可以預見的是，后發(fā)電循環(huán)方面對于提高現(xiàn)有聯(lián)合循環(huán)電廠的靈活性做出最有價值的貢獻乡括。鑒于聯(lián)合循環(huán)電廠的燃氣輪機模塊是針對特定運行工況開發(fā)的肃廓，現(xiàn)有電廠的靈活性來源于后發(fā)電循環(huán)，這需要很長時間才能達到蒸汽輪機運行所需的蒸汽品質诲泌。余熱鍋爐的變化有助于更快地啟動官澳。

結尾語

ETN想強調的是，議題文件4中未提及分布式發(fā)電予裳。ETN認為澈渠，對于分布式發(fā)電，需要就現(xiàn)有技術與可再生能源的融合提出創(chuàng)新性解決方案芙继，以便于消費者使用坞鲁，從而實現(xiàn)冷熱電聯(lián)產(chǎn)，并提高建筑物的能源綜合利用效率锻碎。燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)可以在支撐可再生能源和應對現(xiàn)代電網(wǎng)挑戰(zhàn)方面發(fā)揮重要作用萄撇。在歐洲，燃氣輪機技術能夠在系統(tǒng)層面上支撐可再生能源竖拢，并作為一種需求響應形式實現(xiàn)多重效益该眨。

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莫切。我們也愿意回答任何進一步的問題兢糯，期望能夠受邀參加SET-Plan指導小組會議心唆，討論本議題文件，以便密切關注討論情況勘天。

（來源：航發(fā)燃機）

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