按照德國政府與該國煤炭開采州和幾家主要公用事業(yè)公司今年初所達(dá)成的協(xié)議，最遲在2038年完成關(guān)閉德國燃煤電廠的計劃。
同時德國政府表示，燃煤電廠的運(yùn)營商將因其電廠的提前關(guān)閉而獲得補(bǔ)償。為此，德國政府共劃撥了43.5億歐元(48.5億美元)用于補(bǔ)償煤電站的關(guān)閉。
事實(shí)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(dān)憂置之不理，并開始重新支持燃煤發(fā)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(guān)閉是否是化石燃料的唯一選擇呢?目前來看，儲熱型光熱發(fā)電技術(shù)或許可以使這些燃煤發(fā)電設(shè)施“延年益壽”。
ISCoal方案：助力燃煤電站實(shí)現(xiàn)清潔化改造
目前，全球領(lǐng)先的光熱發(fā)電技術(shù)供應(yīng)商西班牙Abengoa公司和德國工程咨詢公司SolEngCo等相關(guān)光熱企業(yè)正在密切關(guān)注儲熱型光熱發(fā)電技術(shù)在落后燃煤電廠改造中的應(yīng)用潛力和市場機(jī)遇。
據(jù)相關(guān)專家介紹，光熱發(fā)電和熔鹽儲熱技術(shù)可以幫助燃煤電站在不被淘汰關(guān)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(xiàn)有的燃煤電廠來說，通過集成光熱發(fā)電+熔鹽儲熱系統(tǒng)(TES)可以為他們提供一種減少煤炭用量、并保持供應(yīng)可調(diào)度電能能力的新思路。
因?yàn)楹蠖税l(fā)電原理與燃煤電廠接近，所以光熱發(fā)電系統(tǒng)可以共享燃煤電廠的基礎(chǔ)設(shè)施，從而幫助運(yùn)營商減少碳排放。
采用光熱發(fā)電技術(shù)改造的燃煤電站也被業(yè)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(fā)電機(jī)組達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)并降低燃料成本。
Abengoa太陽能技術(shù)主管Miguel Mendez Trigo(簡稱Mendez)告訴媒體，ISCoal項目有助于延長燃煤設(shè)施的使用壽命。
Mendez表示，通過將設(shè)計與市場需求相匹配，熔鹽儲存技術(shù)“可以給化石燃料發(fā)電廠帶來新的活力，否則，這些發(fā)電廠肯定會被拆除。”
兩種不同應(yīng)用場景的運(yùn)營模式
根據(jù)市場需求不同，從運(yùn)行模式來看，ISCoal可以分為兩種，一種是運(yùn)營商在使用具有成本競爭力的光伏或風(fēng)能時，使用儲熱型光熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行供電。
Mendez表示，這種思路使發(fā)電站整體更加靈活，可以將發(fā)電能力與實(shí)際的能源需求更加匹配，進(jìn)而降低電站運(yùn)營成本。
Mendez補(bǔ)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(qū)更具經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計思路是使用來自電網(wǎng)的電力來為TES(儲熱系統(tǒng))提供能量。
他說：“從工程角度來說，用電熱轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)儲熱可能沒有那么理想，但它能夠?yàn)槭袌鲂枨筇峁┳铍p贏的解決方案。”
Abengoa方面認(rèn)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?yàn)樵搰L期以來燃煤電站作為能源主要供應(yīng)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(yè)公司制定了ISCoal發(fā)展規(guī)劃)董事總經(jīng)理喬治布拉克曼George Brakmann介紹：“我們已經(jīng)聯(lián)系了所有的德國燃煤電廠運(yùn)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(shí)上，早在2010年 Abengoa就已經(jīng)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(jī)組的其中一個進(jìn)行配套，由科羅拉多州創(chuàng)新清潔技術(shù)計劃資助，投資了450萬美元，建設(shè)了一個8列150米的拋物線槽式集熱系統(tǒng)。
經(jīng)過幾個月的運(yùn)行，該系統(tǒng)保持了基本負(fù)荷的調(diào)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(dá)德里發(fā)電廠(Dadri power generation complex)配套建設(shè)了全球首個商業(yè)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(shù)路線，總采光面積達(dá)33000㎡。該項目每年可生產(chǎn)14GWth的太陽熱能，這些熱能被輸入一個210兆瓦的朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行混合發(fā)電。
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)在其2019年發(fā)布的一份報告中表示，該設(shè)施有助于加快汽輪機(jī)啟動，而占地相對較小的菲涅爾技術(shù)也更匹配當(dāng)?shù)貙τ谕恋氐南拗啤?/p>
澳大利亞——ISCoal電廠改造的另一藍(lán)海市場
除了德國，澳大利亞也是相關(guān)光熱企業(yè)正在聚焦的重要市場。
據(jù)悉，Abengoa目前正與其他利益相關(guān)方合作，以便為現(xiàn)階段仍對國內(nèi)煤炭開采和建設(shè)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(fā)展之路。
據(jù)了解，目前澳大利亞75%的電力供應(yīng)來自煤電廠，但許多發(fā)電廠正在不斷老化。同時，間歇性的風(fēng)能和光伏發(fā)電能力將在未來幾年大幅上升。
近年來，由于空調(diào)耗電量激增和電力供應(yīng)短缺，經(jīng)常夏季停電的南澳大利亞州等地區(qū)迫切需要新的電力容量。
Mendez表示，Abengoa的目標(biāo)是展示ISCoal項目可以幫助燃煤發(fā)電機(jī)組在可再生能源產(chǎn)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(fā)電形式的電力裝機(jī)統(tǒng)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(diào)整思路可以讓澳大利亞更加溫和的實(shí)現(xiàn)完全脫碳的最終目標(biāo)，并有助于保護(hù)該國以煤炭為中心的現(xiàn)有電力系統(tǒng)，其主要社會效益是可以維持現(xiàn)有燃煤電站所在地的工作崗位和投資。
經(jīng)濟(jì)性仍是制約大規(guī)模推廣存在的主要瓶頸
盡管ISCoal系統(tǒng)概念已經(jīng)得到了驗(yàn)證，但截至目前采用該技術(shù)所開發(fā)的商業(yè)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(jī)組中集成5兆瓦菲涅爾系統(tǒng)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(tǒng)(TES)的ISCoal商業(yè)化項目部署案例。
雖然配置儲熱系統(tǒng)(TES)可以大大增加電站的發(fā)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(jī)構(gòu)(IEA)潔凈煤中心的Stephen Mills在2017年發(fā)布的一份報告中表示，因?yàn)楣鉄嵯到y(tǒng)和燃煤電廠可以共享常規(guī)島(也稱發(fā)電島)部分，因此如果將光熱發(fā)電系統(tǒng)集成至現(xiàn)有的燃煤電廠時，意味著儲熱系統(tǒng)(TES)的投資相比單一配套光熱發(fā)電系統(tǒng)要更大。
George Brakmann警告，光熱發(fā)電與熔鹽儲存成本的不斷下降可以提升此類項目經(jīng)濟(jì)效益，但需要獲得監(jiān)管部門的支持。
George Brakmann補(bǔ)充說明：“對于燃煤電廠的投資者或運(yùn)營商來說，這種改造在經(jīng)濟(jì)性方面并不可行。”他進(jìn)一步指出，如果政府針對這種改造項目制定獎勵性法規(guī)可能將使推進(jìn)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(dān)保來進(jìn)行激勵。
如何解決此瓶頸問題?George Brakmann表示：“這是ISCoal與儲熱系統(tǒng)(TES)集成項目推進(jìn)的一塊短板，目前只能通過政府手段來解決。我們的目標(biāo)是與所有利益相關(guān)者密切合作，并為此類政治立法進(jìn)行游說。”
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