光伏电站与火力发电的融合发展分析.pdf

Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月 347坛，甚至对光伏发电项目的建设出现排斥现象。各级地方国土、林业部门对土地的使用严管，土地性质调规指标有限，建设光伏发电用地审批越来越难，农-光互补、林-光互补、鱼-光互补模式已成为过去式，能够用于建设光伏的用地只有设施农用地，然而设施农用地经过前期开发，现存可用之地已少之又少。光伏发电项目建设审批难的主要原因有三个方面，（1）光伏发电处于电网供电侧最前端，由于光伏发电受时间、季节、气候影响，发电量波动大，给予电网调峰压力大，经常引起地方变电站开关跳闸，造成局域网停电给用户带来损失，引起客户投诉，光伏发电接入点问题首当其冲受到变电站管理人员抵制。（2）光伏发电建设技术含量低，大部分设备都是半成品只需要组装，具备相关建设资质建设单位都可以开展此项业务，并且对人员技术要求不高，光伏建设资源竞争激烈造成地方职能部门举棋不定。（3）对于地方政府来说一片光伏电站用地几十年时间，除了土地租金之外没有其他收入，没有带来其他产业，不能解决当地就业，土地利用价值太低。光伏发电利润也是逐年下降，主要原因有：土地租金、人工成本逐年上涨，加上国家电网对现有光伏发电“两个细则”考核越0 引言随着国家战略“双碳”目标推进，将加速我国能源结构转型，传统化石能源占比将快速下降，低碳、零碳排放的清洁能源大幅增容。1 研究背景20212030年煤电装机增加约1.5亿kW，火电机组容量将在“十五五”期间达到顶峰。2030年后存量火电，尤其是经过灵活性改造、可以提升电网消纳可再生能源能力的60万kW以下煤电机组进入退役高峰期，而留存在电力系统中的煤电机组更多是灵活性能力较弱的高参数、低排放百万千瓦机组，以及以热定电、灵活调节空间有限的热电联供机组，火电利用小时数继续压缩，火电运营成本逐年攀升，特别是60万kW以下机组想生存，多种经营成为必选之路，火电+光伏组合模式成为必选项，随着光伏制造成本逐年下降，光伏产品种类多样性使光伏发电进入广谱化时代，也将走向工业生产方方面面，火电稳定调峰作用作为光伏发电的“稳定剂”，光伏发电存在缺点逐渐应用过程中不断进行弥补，火电+光伏组合也迎来新的发展。2 光伏发电现状随着光伏发电普及应用，光伏发电已跌落神作者简介：杨吉洲，徐闻县粤水电能源有限公司；研究方向：新型电力技术。收稿日期：2023-01-31；修回日期：2023-09-22。摘要：阐述光伏发电特点，探讨火电+光伏发电的并网融合之路，包括光伏发电直接并厂用电系统、通过厂内110KV变电站上网、相邻企业供给、火电+光+风的新型电力系统的模式策略。关键词：光伏发电，并网融合，新型电力系统。中图分类号：F426.61 文章编号：1674-2583(2023)10-0347-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.10.158文献引用格式：杨吉洲，李新军，齐欢.光伏电站与火力发电的融合发展分析J.集成电路应用,2023,40(10):347-349.光伏电站与火力发电的融合发展分析杨吉洲，李新军，齐欢（徐闻县粤水电能源有限公司，广东 524100）Abstract This paper describes the characteristics of photovoltaic power generation and explores the path of grid integration of thermal power and photovoltaic power generation,including the direct integration of photovoltaic power generation with the plant power system,grid connection through the 110KV substation in the plant,supply from adjacent enterprises,and the mode and strategy of a new power system of thermal power,light,and wind.Index Terms photovoltaic power generation,grid integration,new power systems.Analysis on the Integration and Development of Photovoltaic Power Plants and Thermal Power GenerationYANG Jizhou,LI Xinjun,QI Huan(Xuwen County Yue Hydropower Energy Co.,Ltd.,Guangdong 524100,China.)Applications创新应用348 集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月来越高（2021年广东平均考核0.02元/kWh），有的地区甚至在电网谷底时限制光伏并网。火电+光伏组合将成为光伏发电发展必然趋势，“以火补光，以光扩商”模式显现。3 光伏政策解读表1表明，光伏发电政策解析可以了解三点重要内容，（1）分布式光伏不需要办理电力业务许可，说明国家对电力销售政策放开，光伏发电采取就地消纳，然而确保光伏供电稳定可靠最好方式就是与电网互补，其次是与调峰灵活电力互补；（2）光伏发电鼓励隔墙售电，这为灵活组建局域微电网提供可能性，火电+光伏供电方式组建局域微电网是最佳选择，微电网中把火电灵活调峰作为保障，光伏发电灵活议价作为增加营收；（3）光伏发电已取消电价补贴，光伏项目投资回收期延长，如果想缩短投资回收期必须采用多种经营模式。通过对这三项政策解析，火电+光伏组合为火电企业寻求多种经营迎来新的机遇。4 火电+光伏共生之路（）光伏发电直接并厂用电系统。大型火电厂的厂用电率一般在3%6%左右，可直接利用火电厂内的建、构物（包括办公楼、职工宿舍楼、餐厅、化水楼、锅炉顶、汽机房顶、工业废水楼、中水楼、循环水泵房、生活消防水泵房、输煤栈桥沿线、挡煤墙、储煤场等屋顶及墙面设施）敷设光伏板，通过逆变直接并入厂内10kV系统中，可直接降低火电厂的厂用电率，起到节能降耗作用，由于火电厂粉尘污染造成光伏效率降低，可同时建设喷淋系统进行定期清洗，不但减少维护量，起到降低人工成本。目前华能集团、国电集团等多家火电企业已经实施。（2）通过厂内110kV变电站上网。有的火电厂周边有大量滩涂空地，利用这些土地敷设大面积光伏，光伏发电余量可以通过厂内110kV变电站（电网至厂用电系统）倒送电方式接入电网，这样可以解决光伏接入点问题，下图为某电厂3.8MW光伏发电向电网倒送电示意图,根据光伏子方针的布局，设计10kV集电线路采用直埋的形式输送至开关站。光伏场区共装设5个光伏子方阵，通过一回线路汇集到开关站后，后以1回集电线路至已建成110kV开关站10kV高压开关柜。详见图1所示的某电厂电网倒送电接线图。图1 某电厂电网倒送电接线图表1 光伏政策解读Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月 349（3）相邻企业供给。地处工业园区的热电厂利用周边用电企业实现火电+光伏互补模式。电网不允许电力企业直供，依据发改能源【2017】1901号文规定允许光伏“隔墙供电”，浙江、上海等企业已经实施，热电联产企业已在周边工厂投资敷设光伏，通过逆变并入厂用电系统，再将多余光伏电量供给周边企业用电，形成局域微电网，实现互利互惠。电力行业碳排放核查过程中光伏发电不计算在企业碳排放总量，国家环保部发放的碳配额=供电配额总量+供热配额总量，实际计算碳排量计算公式是：企业碳排总量=化石燃料燃烧碳排量+购入电力碳排放量+供热产生碳排量，光伏发电不计算碳排量，对于发电方还是用户方都是双赢。（4）火电+光+风。很多火电机组地处风资源丰富地区，特别是前些年上大压小火电厂，拆除机组留下大片空地，有的沿海地区火电厂，开山填海留下裸露山石区域需要复绿，在需要复绿区域建设光伏，同时在光伏发电基础上，增加风力发电，与光伏一起接入厂用电系统，形成风、光、火一体化电厂，火电机组的大体量淹没了这些小容量扰动负荷，对电网贡献出稳定电量，这也调峰前置手段之一，如华润海丰电厂就是风、光、火一体化火电厂典范。（5）火电+光+藻+CCS。随着“双碳”目标推进，国家环保部以每年通过发放碳配额方式征收碳税，碳捕集（CCS）将成为大势所趋，所谓碳捕集即：把火电厂烟囱中烟气经风机吸入碳捕集系统，捕集系统中把烟气经过二次清洗去掉烟尘、硫以及氮氧化物，经过胺溶剂把气态二氧化碳溶解后再送到解析塔加热分解出95%二氧化碳，最后经过压缩提纯得到纯度为99.99%液态二氧化碳，可以作为食品级二氧化碳应用，这样的二氧化碳生产成本在400元/t左右，目前市场价格在8001 500元/t不等。其中，用于养殖微藻就是二氧化就地消纳的一种方式，微藻是地球上最古老生物之一，在地球上已存在35亿年，藻类固定二氧化碳能力是树木1050倍，藻类含有很高蛋白质，特别是螺旋藻、小球藻、微拟球藻、盐藻等具有高附加值藻类，这些藻类提取的虾青素、藻蓝蛋白、胡萝卜素、EPA油等目前市场销售价格也是一路攀升，高品质医用价值销售价格每吨高达800万元，当下最为吹捧就是藻-光结合，而藻-光项目采用光伏板为柔性支架即：光伏板距离地面810m，跨度可达60m，在光伏板下形成广阔利用空间，通过牺牲一部分光伏资源，用来养藻类生物，光伏不仅充当了降本增效角色，而且避免阳光暴晒造成藻类死亡，实现了两全其美，其次，这些产品如果出口到欧洲及西方发达国家，产品生产过程是由绿电生产的，只要通过碳足迹认证产品价值会更高。藻-光项目优于渔-光项目就是水产养殖尾水处理问题，大量鱼类粪便以及抗生素等药品污水排如江河胡泊，造成水体富养COD超标，而藻类是对环境友好的生物，本身具有分解水体中COD及氮、磷元素，目前国内很多火电厂建设光伏+微藻方式运营，其中较为有影响就是蓬莱电厂开创了典范。（6）火电+光+氢+CCS。随着清洁能源应用不断拔高，制氢业也进入商业化、产业化模式，由于大部分火电厂发电机采用氢冷，很早拥有一整套制氢技术及管理经验，目前制氢成本达高达到4万元/吨，光伏制氢已是首选，火电厂在峰谷电价过程中与光伏发电相结合，生产出低成本的氢气，在市场中有很强竞争力，随着氢能大面积推广，应用前景广阔。另外，利用氢细菌生产可降解塑料，主要应用场景：氢细菌是一类以氢气为能量、以氧气为最终电子受体、通过卡尔文循环（Calvin cycle）暗固定大气中的二氧化碳，并同化为自身有机物的无机自养微生物，同时利用能量和CO2合成聚-3-羟基丁酸酯（Poly-3-hydroxybutyrate,PHB），该酯类化合物具有生物可降解性、无刺激性、无免疫原性和组织相容性等多种特殊性能，广泛应用于医疗、食品和环保领域。光伏制氢+二氧化碳生产可降解塑料工艺流程。可降解塑料成本在4.5万元/t，市场价格售价在6万元/t，且该产品也是固碳产品，不但可以进行碳交易，而且产品的销售给企业带来巨大收益。5 结语光伏发电发展过程中，从第一块光伏板的诞生，现如今大规模集中光伏电站到分布式光伏电站，每一步都十分艰辛，光伏发电电价从有补贴到考核，投资回收期也越来越长，光伏发电似乎走到了瓶颈，但是通过工业生产过程中不断优化工艺流程，生产中各个环节生产成本降低，同时应用过程中充分发挥光伏灵活性以及低运维的特性，使用低成本绿电生产高价值副产品，从中获得更多收益。光伏电站也不再单纯是发电，火电也将从单一经营模式中走出来，逐步形成以火电为中心综合能源服务商，敷设周边产业园区，带动一二三产业发展，火电+光伏生产模式将成为这股洪流中主力军。参考文献1 周鹏程,叶嘉雯.火力发电与新能源发电协同发展模型研究J.山东电力技术,2020,47(09):14-19.2 任东方.多种能源发电协同发展管控模型及大数据分析研究D.北京：华北电力大学(北京),2021.3 王思佳,吴夙莹.新能源发电调控及结构优化策略J.光源与照明,2022(03):186-188.