低碳、靈活、多能互補(bǔ)——觸摸未來(lái)電力系統(tǒng)

全球電力領(lǐng)域正在進(jìn)行深刻的變革。電力企業(yè)需要在滿(mǎn)足人類(lèi)日益增長(zhǎng)的能源需求的同時(shí)，提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效、環(huán)?？?jī)效以及普惠性。種種需求交織在一起，讓低碳化、靈活性和多能互補(bǔ)成為代表電力行業(yè)前行的三大特點(diǎn)。三者互相聯(lián)系、互相支撐，將在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)期推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展。

低碳化是現(xiàn)代能源發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的潮流。根據(jù)GE最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018-2027年間，全球平均每年將有4150億美元投入新建電廠項(xiàng)目中，而其中2/3為可再生能源發(fā)電?？稍偕茉窗l(fā)電間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，使其在現(xiàn)階段不能在電網(wǎng)中獨(dú)立存在，需要配備相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，或是需要其他能源做補(bǔ)充。而鑒于目前儲(chǔ)能系統(tǒng)成本仍然較高，在清潔能源發(fā)電側(cè)大規(guī)模布局儲(chǔ)能設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性暫不能體現(xiàn)，分布式能源有良好的發(fā)展基礎(chǔ)。

太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源本身就是去中心化的，一些工業(yè)園區(qū)采用的“熱電聯(lián)產(chǎn)”、“以熱定電”等能源梯級(jí)利用方法就是基于分布式能源。全球仍有十億人口尚沒(méi)有穩(wěn)定的電力供應(yīng)，這些人口多處在偏遠(yuǎn)地區(qū)，傳統(tǒng)的集中式發(fā)電需要搭配長(zhǎng)距離輸電設(shè)施，成本過(guò)高。而分布式可以減少長(zhǎng)距離輸送損失，有效提高地區(qū)能源的安全性和有效性。

未來(lái)將是集中式發(fā)電和分布式發(fā)電共存的時(shí)代，兩者缺一不可。大電網(wǎng)將連接發(fā)電端和用電端，并實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)最低的輸電成本。這其中，通過(guò)“可再生能源+燃?xì)獍l(fā)電”組成的混合分布式能源項(xiàng)目能夠更好地適應(yīng)局部用電需求。

天然氣發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳是所有化石燃料發(fā)電方式中最低的，約占同等規(guī)模燃煤電廠的50％。其他污染物如汞、氮氧化物和硫氧化物和粉塵的排放水平更低。因此，燃?xì)獍l(fā)電更符合可持續(xù)發(fā)展的需求。以美國(guó)為例，2005年以來(lái)，該國(guó)所有部門(mén)（電力、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)）二氧化碳排放減少大約27%，其中2/3源自電廠的“煤改氣”。

除了低碳化，未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)中還電力來(lái)源穩(wěn)定、靈活性高，能夠在可再生能源發(fā)電量不足時(shí)提供基礎(chǔ)負(fù)荷，并根據(jù)其發(fā)電量削峰填谷，確保供電穩(wěn)定安全。能否滿(mǎn)足調(diào)峰需求，甚至已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)的考核指標(biāo)之一。而燃?xì)獍l(fā)電不僅穩(wěn)定，相比其它化石能源具備更好的靈活性。例如，一座裝機(jī)容量在570兆瓦的GE HA級(jí)燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電廠可以在不到30分鐘內(nèi)啟動(dòng)，并以每分鐘60兆瓦增加或降低負(fù)荷，同時(shí)為約50萬(wàn)戶(hù)家庭提供電力。而在部分負(fù)荷工況下，比如燃?xì)怆姀S負(fù)荷降到200兆瓦時(shí)，依然可以滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)，成為當(dāng)?shù)啬茉窗踩淖o(hù)衛(wèi)者與電網(wǎng)的穩(wěn)定器，也可以與可再生能源形成補(bǔ)充，促進(jìn)可再生能源迅速成長(zhǎng)。

而在多能互補(bǔ)方面，燃?xì)獍l(fā)電同樣能夠發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。以GE和美國(guó)南加州愛(ài)迪生公司部署的全球首例電池—燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)集成了10兆瓦鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和一臺(tái)LM6000航改燃機(jī)，以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，允許燃?xì)廨啓C(jī)處于旋轉(zhuǎn)備用模式，而無(wú)需使用燃料，并可立即響應(yīng)不斷變化的電力調(diào)度需求。在不需要進(jìn)行調(diào)峰時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)處在旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)，而這時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)動(dòng)力需求就通過(guò)電池來(lái)提供；當(dāng)需要調(diào)峰時(shí)，通過(guò)先進(jìn)的控制系統(tǒng)，將燃?xì)廨啓C(jī)立刻從旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)喚醒，快速啟動(dòng)帶負(fù)荷，可以立即向電網(wǎng)輸送電力。這種電池—燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電系統(tǒng)不僅節(jié)省燃料、降低維護(hù)成本，也能夠減少溫室氣體排放。愛(ài)迪生公司的數(shù)據(jù)顯示，采用該系統(tǒng)后，每年可減少碳排放60%，同時(shí)節(jié)省200萬(wàn)加侖的水。與此同時(shí)，這樣的混合發(fā)電解決方案還具有可擴(kuò)展性、可定制性和靈活性，可減輕由于吸納可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)，無(wú)縫地接受可再生能源。

事實(shí)上，天然氣發(fā)電也是最節(jié)省土地資源的發(fā)電方式，特別適合經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密、寸土寸金的都市地區(qū)。一座9HA電廠占地約為660兆瓦煤電廠的1/3。與可再生能源加電池存儲(chǔ)系統(tǒng)相比，燃?xì)獍l(fā)電每兆瓦發(fā)電量耗費(fèi)的土地只為前者的五十到百分之一。

與此同時(shí)，燃?xì)怆姀S的建設(shè)周期相對(duì)更短、初始投資相對(duì)更低。大型燃?xì)饴?lián)合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電廠可在2—3年內(nèi)建成并投入使用，30兆瓦的移動(dòng)式燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組甚至可以通過(guò)陸地、海上或空中運(yùn)輸?shù)狡h(yuǎn)地區(qū)，幾周內(nèi)就可發(fā)電。

另外，燃?xì)獍l(fā)電的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)是覆蓋全生命周期的。根據(jù)國(guó)際咨詢(xún)公司IHS最新發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2012年到2016年期間，燃?xì)怆姀S平均度電成本下降了0.3個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，還可大大減少各種污染物的排放。以采用了GE 6F.03燃機(jī)的高郵燃?xì)鉄犭婍?xiàng)目為例，該項(xiàng)目每年可減排二氧化硫1390噸、氮氧化物464噸、煙塵2295噸、灰渣3.8萬(wàn)噸，年節(jié)約標(biāo)煤8.77萬(wàn)噸。

綜上所述，天然氣發(fā)電在現(xiàn)今和將來(lái)能源轉(zhuǎn)型中的重要性不容小覷。為了降低能源系統(tǒng)給環(huán)境帶來(lái)的影響，天然氣發(fā)電技術(shù)還將成為與過(guò)去的橋梁和通向未來(lái)的基礎(chǔ)。GE發(fā)電也將用超過(guò)125年歷史積累的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，攜手整個(gè)發(fā)電行業(yè)不斷創(chuàng)新，探索最佳解決方案，共創(chuàng)價(jià)值。