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另辟蹊徑!燃煤電廠或可借儲熱型光熱發電技術“延年益壽”

作者:admin     閱覽次數:1172      發布時間:2020-04-22     [返回上一頁]

  按照德國政府與該國煤炭開采州和幾家主要公用事業公司今年初所達成的協議,最遲在2038年完成關閉德國燃煤電廠的計劃。

  同時德國政府表示,燃煤電廠的運營商將因其電廠的提前關閉而獲得補償。為此,德國政府共劃撥了43.5億歐元(48.5億美元)用于補償煤電站的關閉。

  事實上,雖然以美國為代表的多個國家政府出于財政或政治原因已將日益增長的氣候變化擔憂置之不理,并開始重新支持燃煤發電。但是,全球燃煤電廠正加快退役的趨勢并未改變。

  那么,淘汰關閉是否是化石燃料的唯一選擇呢?目前來看,儲熱型光熱發電技術或許可以使這些燃煤發電設施“延年益壽”。

  ISCoal方案:助力燃煤電站實現清潔化改造

  目前,全球領先的光熱發電技術供應商西班牙Abengoa公司和德國工程咨詢公司SolEngCo等相關光熱企業正在密切關注儲熱型光熱發電技術在落后燃煤電廠改造中的應用潛力和市場機遇。

  據相關專家介紹,光熱發電和熔鹽儲熱技術可以幫助燃煤電站在不被淘汰關閉的情況下完成清潔化改造,但前提是要在電價方面獲得一些支持。

  對于現有的燃煤電廠來說,通過集成光熱發電+熔鹽儲熱系統(TES)可以為他們提供一種減少煤炭用量、并保持供應可調度電能能力的新思路。

  因為后端發電原理與燃煤電廠接近,所以光熱發電系統可以共享燃煤電廠的基礎設施,從而幫助運營商減少碳排放。

  采用光熱發電技術改造的燃煤電站也被業界成為ISCoal(Integrated solar coal,即太陽能燃煤集成)項目,這種集成項目可以幫助燃煤發電機組達到排放標準并降低燃料成本。

  Abengoa太陽能技術主管Miguel Mendez Trigo(簡稱Mendez)告訴媒體,ISCoal項目有助于延長燃煤設施的使用壽命。

  Mendez表示,通過將設計與市場需求相匹配,熔鹽儲存技術“可以給化石燃料發電廠帶來新的活力,否則,這些發電廠肯定會被拆除。”

  兩種不同應用場景的運營模式

  根據市場需求不同,從運行模式來看,ISCoal可以分為兩種,一種是運營商在使用具有成本競爭力的光伏或風能時,使用儲熱型光熱發電系統進行儲存能量,并在晚上的用電高峰期或夜間利用所儲能量進行供電。

  Mendez表示,這種思路使發電站整體更加靈活,可以將發電能力與實際的能源需求更加匹配,進而降低電站運營成本。

  Mendez補充道,另一種模式則適用于那些直接輻照值(DNI)較低的市場,在這些地區更具經濟效益的設計思路是使用來自電網的電力來為TES(儲熱系統)提供能量。

  他說:“從工程角度來說,用電熱轉化實現儲熱可能沒有那么理想,但它能夠為市場需求提供最雙贏的解決方案。”

  Abengoa方面認為,這種解決方案在任何依賴煤炭的電力市場都可能具有吸引力。

  德國可能是此類項目的一個可行市場,因為該國長期以來燃煤電站作為能源主要供應來源的電力體系正面臨氣候變化等問題所帶來的巨大壓力。

  德國工程咨詢公司SolEngCo(該公司已與一些公共事業公司制定了ISCoal發展規劃)董事總經理喬治布拉克曼George Brakmann介紹:“我們已經聯系了所有的德國燃煤電廠運營商,并告知他們ISCoal改造思路的好處。”

  已建成的典型案例

  事實上,早在2010年 Abengoa就已經在美國科羅拉多州的Xcel電站建成了世界上第一座ISCoal電站廠。

  該項目與兩個49MW燃煤機組的其中一個進行配套,由科羅拉多州創新清潔技術計劃資助,投資了450萬美元,建設了一個8列150米的拋物線槽式集熱系統。

  經過幾個月的運行,該系統保持了基本負荷的調度能力,在提高電廠整體效率的同時也大大減少了碳排放。

  2019年7月,印度國家電力公司(NTPC)在其位于北方邦(Uttar Pradesh state)的達德里發電廠(Dadri power generation complex)配套建設了全球首個商業ISCoal項目。

  該項目共耗資6.9億盧比(1020萬美元),采用菲涅爾式技術路線,總采光面積達33000㎡。該項目每年可生產14GWth的太陽熱能,這些熱能被輸入一個210兆瓦的朗肯循環系統進行混合發電。

  美國國家可再生能源實驗室(NREL)在其2019年發布的一份報告中表示,該設施有助于加快汽輪機啟動,而占地相對較小的菲涅爾技術也更匹配當地對于土地的限制。

  澳大利亞——ISCoal電廠改造的另一藍海市場

  除了德國,澳大利亞也是相關光熱企業正在聚焦的重要市場。

  據悉,Abengoa目前正與其他利益相關方合作,以便為現階段仍對國內煤炭開采和建設燃煤電站大力支持的澳大利亞提供一條ISCoal電廠改造的長期發展之路。

  據了解,目前澳大利亞75%的電力供應來自煤電廠,但許多發電廠正在不斷老化。同時,間歇性的風能和光伏發電能力將在未來幾年大幅上升。

  近年來,由于空調耗電量激增和電力供應短缺,經常夏季停電的南澳大利亞州等地區迫切需要新的電力容量。

  Mendez表示,Abengoa的目標是展示ISCoal項目可以幫助燃煤發電機組在可再生能源產能大幅增長的同時依舊保持競爭力。

  圖:2019年澳大利亞不同發電形式的電力裝機統計(按燃料來源劃分)

  George Brakmann 在接受海外媒體采訪時則表示,采用ISCoal調整思路可以讓澳大利亞更加溫和的實現完全脫碳的最終目標,并有助于保護該國以煤炭為中心的現有電力系統,其主要社會效益是可以維持現有燃煤電站所在地的工作崗位和投資。

  經濟性仍是制約大規模推廣存在的主要瓶頸

  盡管ISCoal系統概念已經得到了驗證,但截至目前采用該技術所開發的商業化項目卻少之又少。

  雖然已建成了上述印度和美國項目案例,但另一個為位于智利北部320兆瓦的Mejillones電廠的150兆瓦燃煤機組中集成5兆瓦菲涅爾系統的ISCoal項目則已被暫時擱置。

  此外,到目前為止,還沒有配置儲熱系統(TES)的ISCoal商業化項目部署案例。

  雖然配置儲熱系統(TES)可以大大增加電站的發電能力,但因此增加的成本目前來看要明顯大于效益。

  來自國際能源機構(IEA)潔凈煤中心的Stephen Mills在2017年發布的一份報告中表示,因為光熱系統和燃煤電廠可以共享常規島(也稱發電島)部分,因此如果將光熱發電系統集成至現有的燃煤電廠時,意味著儲熱系統(TES)的投資相比單一配套光熱發電系統要更大。

  George Brakmann警告,光熱發電與熔鹽儲存成本的不斷下降可以提升此類項目經濟效益,但需要獲得監管部門的支持。

  George Brakmann補充說明:“對于燃煤電廠的投資者或運營商來說,這種改造在經濟性方面并不可行。”他進一步指出,如果政府針對這種改造項目制定獎勵性法規可能將使推進類似項目成為可能,比如政府可以為可再生能源儲能容量提供付款擔保來進行激勵。

  如何解決此瓶頸問題?George Brakmann表示:“這是ISCoal與儲熱系統(TES)集成項目推進的一塊短板,目前只能通過政府手段來解決。我們的目標是與所有利益相關者密切合作,并為此類政治立法進行游說。”

  來源:CSPPLAZA光熱發電平臺





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