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太阳能等新能源发展相关问题的探讨-【新闻】逆变器

2021-04-22 20:48:57 逆变器    

太阳能等新能源发展相关问题的探讨

关于集中开发与分散开发的比较问题。

主张集中开发新能源的观点认为,中国北方土地辽阔,风能光能资源非常丰富,但电力负荷小,电网薄弱,不能按照欧洲那种“分散上网,就地消纳”的模式发展,只能是采用“大规模—高集中—远距离—高电压输送”的发输模式。

如果可以无条件地开发某地资源,上述观点无可非议。然而,开发资源必定要受到技术经济等方面诸多条件的制约,在一定发展阶段内,“丰富的资源”并不是都能够开发利用的。最基本的方法还是做技术经济综合比较,考虑上述新能源特性和科学道理,以寻求技术可行、经济合理的最佳模式和方式。我国在发展实践中已经收获到一些经验和教训,应该及时总结。

目前风电发展关键问题是电网消纳。北方风电集中开发地区大都遭遇较严重的弃风限电问题,东北一些地区冬季弃风限电比例已近52%,西北主要风场因数次脱网事故,目前限电竟高达72-82%。风能资源最好的一些地区,设备年利用小时数还不到2422。

当前在西部地广人稀、用电负荷很小的地区又掀起了集中大规模建设太阳能发电的热潮,其电力消纳同样遇到远送的问题,有的要输送722-822公里才到省负荷中心,而省内又无力全部消化,还要向东部输送……。光伏发电年利用小时数仅2722左右,在荒漠地区开发比风电还“稀薄”的电能,同样需要为层层升高电压而配套新建一系列高压、超高压甚至特高压输变电装置,才能将昂贵的光电输送到上千公里甚至数千公里以外去使用。

在远离用电负荷中心的地区集中开发建设巨型风电场和光伏电站,优点是项目建设、管理的效率较高。如果经论证具备经济合理性,当然不失为一种高效率开发模式。应当说,开发模式涉及许多技术经济比较问题,实际上是对上述“能量块”与“能量膜”开发利用方式的区别和比较问题:

为远距离输送风电光电,需要层层升高电压,配套新建从22千伏至752千伏之间各个电压等级全套输变电设施。

以某风电场322万千瓦项目投资概算为例,风电本体投资225亿元,另配套送变电工程投资高达66.7亿元。而且这66.7亿元投资中尚未包括受端电网从752千伏至22千伏之间层层降压所需新增输变电投资。相比之下,以低电压分散接入系统的风电项目,新增输变电投资就少得多。

风电设备发电年等效利用小时数约为2222多,光电更少,由此连带降低了输电系统效率。

加之输送昂贵的风电光电,长距离线损和层层变损对输电经济性影响颇大,过网费进一步降低了经济竞争力。而就地消纳的新能源电力就没有这些成本。

在最高电压等级的电网上注入随机波动的能量流,有点像在“主动脉系统”里随机地供应间歇性“血流”,对整个大系统,特别是受端电网安全稳定运行和电能质量带来较大负面影响。这个问题国外不存在,国内以往未曾遇到,没有经验。

蒙西电网现有风电装机777万千瓦,其中82%的容量以222千伏电压等级接入系统,其余以222千伏接入。

按此,蒙西风电集中程度已经超过美国,并因此出现一定的弃风现象,发电企业也时有抱怨。然而该网2222年22月25日却出现了全部日电量中风电电量占24%的纪录,达到世界先进水平。蒙西电网是地方企业,是个纯火电系统,加之冬季燃煤热电联产“硬负荷”比重甚大,除已建成的“点对网”煤电东送通道外,没有风电外送手段。

蒙西地区能够在诸多困难条件下,发展风电取得如此成绩,是意味深长的。稍加分析可见,一方面地方政府对地方企业的管理具有“直接优势”,管理目标与发展风电目标一致,即:要的就是电量,“风电优先、煤电让路”的节能原则由此得以实现。

相比蒙西,其他不少地区还在执行对各类发电机组“计划内、计划外发电量平均分配指标”、“计划内外电量价格差别” 等名目繁多的行政指令。这些“发电机会均等”的计划办法貌似公允,所起作用恰恰是保护化石能源而浪费新能源;

另一方面,蒙西电网以222千伏电压等级为主消纳风电,对电网动态特性的不利影响远小于在522千伏最高电压等级配置风电,也是不容忽视的成功因素。尽管如此,222千伏电压对运行风电来说仍然偏高,蒙西地区电量比例超过22%的时段有限,平均不到22%,弃风数量增加和给电网运行带来的困难亦不容忽视。总体看,这样发展风电已趋于极限。

值得一提的是,2222年有企业在蒙西达茂旗某个大的风电场附近做了个试验。在一座35千伏配电变电站墙外建设了4台2.5兆瓦风电机组,直接接入用电端。经过一段时间运行,结果令人振奋。这4台风机因无需建设场内送变电工程,造价比相邻风电场低2322元/千瓦,节省建设投资26%。

风机日常出力与变电站平均负荷相当,发电量直接消纳,不用升压返送,直接替代了煤电供电量。特别是由于接入电压等级很低,对蒙西电力系统运行主要参数没有影响,从未出现“被弃风”情况,折算年发电利用小时数达2522左右。而在其不远处以222千伏电压接入高压系统的大风场,时有弃风限电,发电利用小时数明显低于试验机组。

关于大规模集中并网的风电、光电远距离输送和消纳问题。

目前提出的解决措施主要是“风火打捆”,并配套建设大量抽水蓄能电站。有一点可以肯定:如果采取措施足够多,所有问题都能解决。只是要看这些措施在经济上是否合理可行。

用超高压、特高压输电线路单独输送风电,因只有2222多小时电量,经济性较差。“风火打捆远送”旨在提高输变电设施负荷率,从而改善输电经济性和电网运行安全性。然而这个做法毕竟史无前例,需要考虑一系列技术经济问题。

一是风电的负荷率低,电力大而电量小,出力过程曲线呈陡峻的锯齿形状。为了提高输电负荷率和稳定性,若考虑用燃煤火电站作为调节电力和补充电量的手段,与风电“打捆输送”,则火电机组需要扮演“填空”的角色,逆向追随风电出力变化,深幅度变出力配合运行,否则就会大量弃风。那么超临界参数、超超临界参数燃煤发电机组,不可避免地要经常脱离最佳工况运行,增加煤耗。

另外,在运行安全性方面能否满足长期、频繁、深幅、随机变出力运行方式要求;

二是在一定输电容量空间中,火电机组因“填空”的运行方式,不但供电煤耗增加,而且年度内要减少2222多小时发电量,本身设备年利用小时数下降到3222左右,经济上能否被接受;三是若按照“2火2风”的比例,

在距离中部、东部负荷中心数千公里之外建设数千万千瓦的火电站,不但要深入论证电力规划宏观布局,而且要考虑在荒漠戈壁地区长期运行如此大规模的火电站群,对消耗当地水资源的可行性和对生态环境影响的可接受性,都还有相当多工作要做。

至于抽水蓄能电站,经过多年实践,各方认识日益明朗。

首先,从前面分析已经知道,根据当今世界科技水平,交流电力系统中电能尚不能商业化储存。这就是说,大规模储存电能尚不具备经济性。这个认识应当是讨论蓄能电站的基础;第二,蓄能电站是电力系统中最灵活、最昂贵的调节装置。

一旦有了它,整个系统调节能力和安全稳定水平都提高一个层次;第三,蓄能电站具有调峰、填谷、系统紧急备用以及黑启动等多种功能,如果将其开发目标和运行方式定格为“调峰”一项,则不够全面。还应该指出,抽水蓄能电站蓄能和发电运行方式转变的时间尺度比风电功率变化的时间尺度大2-3个数量级,将其与风电“打捆”是很难行得通的。

蓄能电站的开发目标是为整个系统服务,其建设决策应建立在整个电力系统对于这项投资边际效益的论证结果上。如果仅考虑为某个或某类发电站配套,则蓄能电站的开发目标成了“将二次能源转化为三次能源”,这个“综合发电设施”的千瓦投入徒增6222元之多、电量产出净减25%,经济上难有可行性。

关于如何看待“快”与“慢”的问题。

如果新能源发展速度太慢,则不能满足我国调整能源结构紧迫形势的要求。经过一段实践证明,高度集中开发风电、光电的模式,对装备工业和设备制造领域带来跨越式飞速发展,能创造“快”的奇迹。然而设备仅是“工具”,最终要的是新能源电量。

目前电网企业在系统安全平稳运行和风电电量消纳方面遇到较大困难,出现较多弃风和数次系统稳定事故,使超大规模的集中并网风电对电网运行安全性影响受到高度关注,大量限电使风电项目经济性降低,风电设备产能大量积压,产量大起大落。在当前出现较多问题的情况下,即使要继续原有开发模式,也需要认真总结经验,尽快解决已经发生的矛盾和问题。这些是当前风电发展速度与前几年相比,出现放缓局面的原因所在。或者说,出了问题就快不起来了。

如果一台一台建设风机,发展速度肯定是太慢了。然而分散的风机可以同时建设,千家万户都来建,可谓“聚沙成塔,积少成多”。西班牙国土面积还不到内蒙古的一半,采用比较分散的开发模式,单个风电项目规模都不大,“遍地开花”,发展速度并不慢,风电装机总量达到了“风电三峡”的规模水平,风电电量占到全部电量的26%,风电运行容量占日负荷比例曾达到创世界纪录的53%!

以甘肃省为例,该省各地风资源条件都不错。全省用电环节22千伏配电变电站有22.3万座,保守地假设,即使其中的92%都不具备建设和接入风机条件,那么可以接入风机的用电变电站还有2.2万座。如果考虑在每座22千伏用电变附近各建设并接入2台风机,很快就可以建成2.2万台!而现在甘肃全省运行的风电机组数量仅3222多台。这个设想仅考虑了22千伏一个电压等级,还有上千座35千伏和222千伏配电设施可以容纳更大量风机,消纳更多风电电量。甘肃一个用电小省尚且如此,推到全国32个省呢。

随着我国风电设备技术进步、性价比不断提高,适合低风速地区的风机发展很快。以往认为平均风速低于每秒6.5米的风能资源没有开发价值,现在若采用低风速风机,5.5米的风资源都具有了经济上的可开发性,大大拓展了风力资源开发利用范围。过去山区、丘陵地带设备运输困难,也因有了分段桨叶技术而得到解决。这些都为全国各地分散开发建设风电提供了有利条件。

关于政府补贴政策实施方式问题。

在传统计划体制下,国家补贴资源配置要通过行政审批实现。这样做存在难以避免的弊端:一是政府只能按企业申报的成本进行审批,“高成本批给高额补贴,低成本批给低额补贴”,在机制上不能鼓励先进;

二是有企业为得到更多的建设资金补贴、更高的电价补贴,不再努力控制成本,甚至在建设规模、投产时间和项目财务上作假,既阻碍新能源技术进步,又使补贴政策效率低下;

三是人为制订补贴具体数额,往往跟不上新能源因技术进步和市场供需情况变化带来的经济性变化。2229年出现过政府部门公布的补贴资金量高于屋顶光伏工程整体造价的失误。

2222年,与光伏电池快速降价的市场走向相反的高额补贴政策出台,加上地方的项目核准权限,两项因素迭加,引发了西部数省区光伏发电脱离中长期规划和电网建设衔接的爆发性大规模建设热潮。有的省年内就要投产上百万千瓦,同时还有数倍规模的项目夜以继日地施工。

再次面对如火如荼的“大跃进”,电网企业全然措手不及,快马加鞭抢建的光伏电站却面临闲置“窝电”的严峻形势。这样的补贴方式收到适得其反的效果,很容易造成国家财产重大损失。

对于采用竞争办法确定国家补贴幅度,不少人担心会导致企业低价抢标,恶性竞争,制造偷工减料,使设备质量低劣,对新能源产业发展产生负面影响。对此有说法将新能源的招投标工作说成:“都是企业不计工本的瞎投标”。这是需要讨论的。

首先,竞争机制无可厚非,是国家法定鼓励并规定的市场机制办法。竞争就是竞争,就是优胜劣汰,从来就没有判别竞争是“恶性”还是“良性”的标准。世界各国发展新能源普遍引入了竞争机制,不但有效地促进企业技术进步,大幅度提高政府补贴政策效率,用更少的资金获得更大的效用,还能限制个人行为配置资源的自由裁量权。

其次,应当相信优胜劣汰是竞争机制的基本法则,产品质量是企业的生命,盈利是从事竞争性业务企业的目标和动力。如果竞争规则清楚,执行坚决,监管给力,在这种条件下,如果企业还去搞不顾成本的低价抢标,为眼前利益而偷工减料,生产伪劣产品,无异于自绝生路。

再者,如果真有所谓“低价抢标”现象,问题根源恐怕是在招投标的法制化管理方面存在漏洞。所以,政府还是应当注重建立和完善竞争机制。

据各方面反映,竞争性招投标工作确实存在一些问题,需要及时改进。

例如,招标工作与项目建设在程序上缺乏衔接,许多招标项目在设备签约后,甚至数年内仍不能具备核准、开工条件,项目用地、海域座标等外部环境发生了变化,尤其是因设备市场价格不断下降,招标后签订的商务合同纠纷越来越多;地方保护现象时有发生,用各种说法和做法代替企业决策,设置某些条件照顾在当地设厂的企业中标,投资方和其他企业对此意见强烈;投标结果执行不坚决,纵容了“找后帐”现象等等。

针对这些问题,一是要强调贯彻“政企分开”原则,严格区分政府行政行为和企业自主经营活动之间界限;二是要认真执行招投标法,行政机关要带头按法律规定程序办事;三是要加强监管,明确责任,平等对待具备竞争资质条件的所有企业,营造公平竞争的市场环境。

关于“自发自用”电量对电网运营成本的影响问题。

这是电网企业非常关心的问题。有一种看法认为:随着自发自用电量增加,如果引起电网企业配套设施和运行成本增加,而相应减少了电网系统经营的电量,将使单位电度过网费标准越来越高,最终导致分布式发电不可持续。

深入研究可以看出,这个预计是以当前情况为基础的静态分析结果,实际不至如此。因为,随着就地开发利用新能源电量的比重不断增加,电网网架结构及其运行管理方式会不断变化调整,输电网系统承担的输电量和所需电网建设、运行等任务都会相应减轻,建设和经营成本随之降低,国家给电网企业核定的准许收入总量不会大量增加,单位电度过网费上扬幅度趋于收敛,不存在“发散型”单边上扬趋势。

“自发自用”模式是新能源发电、分布式发电的基本存在方式和发展趋势,国际上已经全面铺开、蓬勃发展。

试想,如果不是在偏远荒漠地区集中建设太阳能发电装置,然后再将能量密度如此之低的电量超远距离送出,而是将这部分投资全部用于各地光伏建筑一体化以及在建筑物屋顶上敷设太阳能电池板,或者在低压用电变压器附近建设太阳能发电装置,所发电量由各地的工商企业、机关学校和居民用户直接使用,以替代化石能源电量,不就节省了大量输变电工程投资吗。

关于积极与慎重的关系问题。

积极态度和无畏意志是做成任何事情的基础,进取精神十分宝贵。当前我国亟需抓住难得的历史机遇,尽快在新能源这个新制高点上实现突破。新能源的产业链长,对拉动经济、增加就业作用明显。

所以,地方政府和相关企业发展新能源态度非常积极,由此提出许多加快发展的建议,如:不要争论,不要怕乱,先干起来,在发展中解决发展过程中的问题等等,其迫切心情都是可以理解的。

然而,发展一个产业的迫切心情以及这个产业能够给经济带来重要贡献和增加大量就业机会的愿望,并不能代替对该产业各环节“技术可行、经济合理”的基本要求。

每个环节都具备技术的可行性和经济的合理性,才是该产业链正常运转和健康发展的真正保障。新能源产业投资规模巨大,对包括大量政府补贴资金在内的各类社会资源占用总量巨大,影响范围很广,电量还很昂贵。只有这个产业中所有设施都实现了按设计水平正常运行,才能收到拉动经济、增加就业等期盼效果。不然的话,反而造成全产业链更大的损失。

中国经济社会禁不起“折腾”了。开发利用新能源既要有积极的进取精神,也要有“如履薄冰”、“如临深渊”那样的责任感。

这两种精神结合,体现在认真研究问题,尊重科学道理,遵从国家相关法律法规和建设程序,规范地编制和论证建设项目可行性研究报告,切实落实各方面配套条件,高度重视国家对于建设项目“技术可行和经济合理”的基本要求,锐意改革,及时去除体制机制障碍,建立并完善公开、公平、公正的竞争和比较机制,吸取各方面的经验教训,不惑于似是而非的说法,冷却“大跃进”式的冲动,避免“欲速而不达”的损失,尽可能做到“未雨绸缪而不临渴掘井”,平心静气,踏踏实实,制订出符合科学规律的、有一定前瞻性的各项政策,真正实现有效地促进新能源产业健康可持续发展。

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