“光熱發電集太陽能發電與儲能為一體，是新型電力系統中的稀缺電源。光熱發電站址資源十分寶貴。”“在沒有光熱發電和新型儲能的電價政策情況下，通過一體化項目建設，可以帶動光熱發電和儲能電站的項目建設，增大系統可調節電源容量，提高電力系統消納新能源電力的能力。同時，還可以保持一定規模的光熱發電市場需求，對維持光熱發電產業鏈的可持續發展會起到重要作用。”“要實現我國的碳中和目標，上網電價形成機制的市場化改革迫在眉睫，我們期待著能夠早日開展完全市場化的多能互補一體化項目的建設。”9月27日，在由國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟、中國工程熱物理學會、中國可再生能源學會、中國電機工程學會、全國太陽能光熱發電標準化技術委員會共同主辦的“2021中國太陽能熱發電大會”上，電力規劃設計總院高級顧問、全國工程設計大師、中國電機工程學會太陽能熱發電專委會副主任委員兼秘書長、國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟專家委員會副主任委員孫銳在其主旨報告《風光熱儲一體化項目相關技術問題》中表達的觀點發人深省。
孫銳大師的報告分為電力系統面臨的挑戰、儲能和光熱發電的作用、風光熱儲一體化項目相關問題和結束語四部分。他用翔實的數據和大量的圖表，闡述了風光熱儲一體項目開發的技術問題，表明以“風光熱儲一體化”或“光熱儲能+”模式發展新能源，是促進太陽能光熱發電發展、提高可再生能源發電比重的有效措施。以下是其報告的主要內容：
一、電力系統面臨的挑戰
1、我國能源和電力發展現狀
2020年能源消費總量為49.8億噸標煤，非化石能源占比約15.9%。在非化石能源中，非化石能源電力（水電、核電、風電、太陽能發電、生物質發電等）占比在90%以上。
2020年全國電源總裝機22億千瓦，非化石能源發電裝機占比約44.7%，其中風電和太陽能發電占比約24.3%。
2020年全國總發電量7.6萬億千瓦時，非化石能源發電量占比約33.1%，其中風電和太陽能發電量占比約為9.5%。
2、實現碳中和目標的能源發展趨勢
我國已經明確提出了2030年前實現碳達峰、2060年爭取實現碳中和的目標。由清華大學牽頭組織國內多個權威機構開展了《中國長期低碳發展戰略與轉型路徑研究》，2020年10月12日召開了成果發布會對外發布研究成果。
3、實現碳中和目標的電力發展趨勢
根據清華大學對外發布的研究成果，2050年我國能源消費總量約50億噸標煤，非化石能源占比達到85%，煤炭占比下降到5%，油、氣占比10%。
2050年我國一次能源用于發電的比重將達到85%，非化石能源發電量占比要超過90%。根據這些目標，本人（孫銳）粗略估算2050年風電和太陽能發電裝機將超過40億kW，占比將超過66%。
4、電力系統面臨的主要問題
（1）電力支撐能力
風電和光伏發電具有間歇性、隨機性和波動性，在沒有配套儲能電站的情況下，只能做為電量的補充，不能作為可靠電源參與電力平衡。伴隨著風電和光伏發電占比的增大，這一問題愈加凸顯。
（2）靈活調節能力
2020年，我國抽水蓄能、燃氣機組裝機容量僅為1.3億千瓦，比重不到6%，而且空間分布不均。因此，主要依靠煤電機組進行調節，伴隨著燃煤發電機組占比的減少，系統對靈活調節電源的需求愈加迫切。
（3）調頻調壓能力
風電、光伏發電和直流輸電缺乏常規電源的轉動慣量、調頻、調壓等功能，導致系統頻率和電壓的不穩定。伴隨著燃煤發電機組占比的減少，系統需要補充更多的具有同步發電機特性的電源。
二、儲能和光熱發電的作用
1、用戶側儲能的主要作用
儲能在以新能源為主體的新型電力系統中將發揮重要作用。在電源側、用戶側和電網側都可以裝設儲能系統或儲能電站，其對系統的作用有所差異。
用戶側儲能是指安裝在計量關口表用戶側的儲能系統，由用戶根據自身負荷的需求進行控制。用戶側儲能對系統的主要作用是縮小了負荷的峰谷差，即“削峰填谷”，從而提高系統設備利用率，降低系統成本。
用戶側儲能作用示意圖
2、電源側儲能的主要作用
電源側儲能是指安裝在計量關口表電源側儲能系統。在目前沒有電源側儲能的電價傳導機制情況下，電源側儲能的主要作用是消除風電和光伏發電的小幅度和短時間的功率波動，以減輕系統調頻壓力。
電源側儲能通常由電源的運行方根據發電功率波動情況自行控制，系統調度不會單獨對電源儲能進行調度。
在具備了電源側儲能的電價傳導機制情況下，電源側儲能可以按照系統對電源上網功率曲線要求進行調節。
3、電網側儲能和光熱發電機組的主要作用
電網測儲能是指安裝在公共電網系統中，由系統調度直接控制的儲能系統。
在以新能源為主體新型的電力系統中，電網側儲能的主要作用是消納超出電力負荷需求的風電和光伏電力，并承擔系統調峰和電力支撐功能。
光熱發電機組集發電和儲能為一體，可以起到電網側儲能電站的調峰作用，也可以替代燃煤發電機組起到24小時旋轉備用的作用。
在極端氣象條件下，風電和光伏發電受阻、儲能電站無能可儲的情況下，光熱發電機組可以利用天然氣發電，對保證系統安全將發揮重要作用。
4、儲熱型光熱發電在系統中的應用場景
下面的表中描述了儲能在不同應用場景中的特性和主要的儲能方式，其中，儲熱型光熱電站即可以作為電網側的獨立儲能調峰電站，也可以作為電源側的儲能電站。
三、風光熱儲一體化項目相關問題
1、多能互補一體化項目的背景
我國風電和光伏發電在上網電價政策的支持下，經過十多年發展，發電成本已經降低到燃煤發電水平，資源條件較好的西部地區風電和光伏發電成本已經低于燃煤發電。然而，在沒有儲能電站配套的情況下，風電和光伏發電的消納問題愈加凸顯。
由于抽水蓄能電站建設受到站址資源條件的制約，而儲熱型光熱電站及其他新型儲能電站在缺乏電價政策的支持下，難以發展。正是在上述國情背景下，2021年2月25日，《國家發展改革委國家能源局關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》（發改能源規〔2021〕280號）對外發布；隨后，國家能源局于2021年4月25日發出了《關于報送“十四五”電力源網荷儲一體化和多能互補工作方案的通知》，文中明確：充分發揮流域梯級水電站、具有較強調節性能水電站、儲熱型光熱電站、儲能設施的調節能力，匯集新能源電力，積極推動“風光水（儲）”“風光儲”一體化。實施多能互補項目的作用在于將新能源發電與具有儲能和調節功能的電源投資主體一體化建設，統一按照當地燃煤發電的基準電價上網，通過風電和光伏發電的利潤空間來彌補儲能和光熱發電的虧損，增加系統儲能和調節電源的容量，從而促進新能源電力的消納。甘肅、青海等省份也出臺了相應的規定和管理辦法，并組織了多能互補項目的申報工作。
2、完全市場化的多能互補一體化項目
若要使多能互補一體化項目成為出力可靠并具有調節功能的整體電源，地方政府可以根據當地電力系統的負荷特性和電源結構提出明確的不同時段發電功率要求和上網電價系數（見下面附圖），電源開發商根據這些要求和當地的資源條件對風電、光伏、光熱、儲能等裝機容量進行合理的配比，并測算綜合上網電價參與競標。
對風光熱儲一體化項目發電功率要求及上網電價系數示意圖
地方政府通過公開招標來確定電源上網電價和開發商，電網公司與電源開發商簽訂長期購電合同，嚴格執行合同中規定的各時段上網電價。
目前階段，在電源的上網電價形成機制市場化改革完成以前，不具備條件開展完全市場化的多能互補一體化項目。
3、目前的風光熱儲一體化項目實施原則
由于目前對于多能互補一體項目沒有出臺相應的電價政策，也無法提出具體的上網功率要求。因此，所有風光熱儲一體化項目都是以當地燃煤發電的基準上網電價為前提條件，對光伏、風電、儲熱型光熱發電進行組合。按照上述的原則，風光熱儲一體化項目配置的光熱發電機組容量（儲能容量）占比較小，對發電功率的調節功能也是有限的。因此，在一體化項目實施過程中，就不宜固守一體化項目的概念，對其提出過高的功率調節功能要求。在調度方式和送出匯集方式等方面，也要因地制宜的采用變通的方法。
4、項目中電力送出線路的匯集
在一體化項目中實施中，要求一個項目為一個計量關口，每個項目中的不同種類電源都要匯集在一起后再接入系統。由于不同種類電源站址之間都有一定的距離，按照這樣的匯集方式，勢必造成同一個電源基地的電源匯集線路繁多、交叉、混亂（如下圖所示），也會增大匯集線路的投資。
通常情況下，在同一個可再生能源基地中，同一種類的電源是相對集中的，如果按照電源種類分別設置公用的匯集站，并在每個電源匯集前都設置計量關口，則可以較少匯集線路長度和不必要的交叉，也會降低匯集線路的投資，也有利于系統單獨對光熱電源實施調度（如下圖所示）。因此，對可再生能源基地的電力匯集方案，應按照統一的規劃實施。
5、光熱發電機組的運行調度
在風光熱儲一體化項目中，系統調度只對項目進行總體的調度，光熱發電機組由發電運營單位自己進行控制。如前所述，由于一體化項目上網電價政策的制約，光熱發電機組的容量占比較低，如果光熱發電機組僅用于一體化項目消除小幅度和短時間的發電功率波動，則是大材小用了。光熱發電機組作為稀缺的儲能和靈活調節電源，由系統調度對光熱發電機組直接進行調用，才能在系統中最大程度地發揮其作用。
6、光熱發電機組系統配置優化
光熱發電機組系統配置優化的目的是實現機組功能和經濟效益的最大化，優化的邊界條件是依據光熱發電機組的功能定位而定的。
如前所述，光熱發電機組作為稀缺的儲能和靈活調節電源，由系統調度對光熱發電機組直接進行調用，才能在系統中最大程度地發揮它的作用。因此，對光熱發電機組的功能定位就不能局限在一體化項目本身，而要從電力系統對儲能調峰的需求出發，確定其系統優化的邊界條件。其中兩個重要的原則如下：
（1）按照系統負荷曲線的特性并參與調峰來確定光熱發電機組的運行時間和功率，峰谷分時銷售電價確定的時間段是重要的參考依據（這與光熱發電示范項目是截然不同的，為了降低發電成本，示范項目則是以可用率調度為前提）；
（2）光熱電站的系統配置優化（集熱系統規模與儲熱時長的確定）宜按照投資方確定的資本金內部收益率，以光熱發電自身成本最低為原則進行；最后再按照整體項目的綜合上網電價不高于當地燃煤基準電價的原則，來調整一體化項目中的各種電源配比。
7、要注重對光熱發電站址的保護
光熱發電集太陽能發電與儲能為一體，是新型電力系統中的稀缺電源。光熱發電對站址條件要求比光伏發電要復雜很多，首先對場地面積要求大，地勢要比較平整，另外還需要水的供應。我國西北地區的地方政府先后組織編制了屬地的光熱發電基地規劃，這些站址資源十分寶貴，一旦被改為它用，將來對光熱發電需求增大時，再尋找新的站址就比較困難了。
四、結束語
在缺乏光熱發電和新型儲能的電價傳導機制情況下，通過多能互補一體化項目建設，可以帶動光熱發電和儲能電站的項目建設，增大系統可調節電源容量，提高電力系統消納新能源電力的能力。同時，還可以保持一定規模的光熱發電市場需求，對維持光熱發電產業鏈的可持續發展會起到重要作用。
目前階段的多能互補一體化項目，受到電價政策的制約，遠沒有達到理想程度。因此，在實施過程中，宜采取因地制宜、靈活變通的方式處理相關的技術問題。
要實現我國的碳中和目標，上網電價形成機制的市場化改革迫在眉睫，我們期待著能夠早日開展完全市場化的多能互補一體化項目的建設。
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