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实现“100%可再生能源地区”的策略

2013-12-06 16:45
木中君
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  生物质直接交易的期待与课题

  生物质虽然得到了制度的力挺,但课题也不少。推行直接交易后,越来越多的生物质发电企业开始采取在市场行情高的时候发电并销售,在行情低的时候停止发电的方式。作为现场电源,生物质通过包括供热在内的热电联产(CHP)系统,利用效率会大幅提升。但电力市场的价格走向与地区的热需求未必一致。

  如果根据电力市场的走向安排设备运转,生产的热量有可能超过需求。这就需要通过细致的合理控制,提高热泵的输出,或是利用蓄热设备增加热需求。如果热量低于需求,则要减少热需求,并且利用蓄热槽和生物质锅炉增加供热。

  这就必须建设热电联产系统、锅炉、蓄热槽、热泵等设备。而为生物质发电设置市场溢价和管理溢价,正是为了促进这样的投资。

  资料4表示了RegModHarz项目中,在进行直接买卖的情况下,生物燃气热电联产系统和生物燃气锅炉的运转情况。第1排是次日电力市场的价格变化,第2排是热能的供需变化,第3排是电能的供需变化,第4排是蓄热的容量和水平。企业要根据电力价格、热需求、蓄热设备的使用情况等因素,决定热电联产系统和锅炉的最佳运转方式。

  判断什么是最佳的投资方式并不简单,因为其中掺杂着电力交易市场、地区的电能和热能需求、地区的天气预报等诸多变化因素。因此,开发包含了这些参数的模拟软件成为了首要任务。总而言之,就是积累技术经验。而E-Energy能够为开发这样的软件提供验证。

  最终答案是构筑灵活的供应系统

  如上所述,要想实现100%可再生能源发电,重点在于增加风力和太阳能的发电量,开发能够吸收发电量变化的灵活电源“生物质”,构筑推动需求转移的机制。修改固定价格收购制度,采用与电力交易市场进行直接交易的方式,称得上是这一举措的撒手锏。

  而生物质热电联产需要使电能与热能取得平衡。电力交易的最佳答案并不一定适合当地的热需求。热电联产同时产生一定比例的热能。而传统的热电联产一般是以热需求为准,同时产生电能,因此,借助以需求响应为基础的热需求转移,应该可以实现一定程度的调整。

  但是,对于普及可再生能源发电来说,根据电力市场的动向,使供电利润达到最大,作为副产品而产生一定的热能,这才是合理的运转方式。按照固定价格收购制度的评价方式,生物质热电联产作为本地灵活电源的价值要高于作为供热设备的价值。因此,调整地区的热需求将会采用开关锅炉、蓄热设备蓄热放热、供热管道蓄热放热、需求转移等方式。

  但是,要想实现100%可再生能源,单靠热需求转移、设置蓄热设备存在局限性。还需要构筑包含电能、热能以及燃料在内的“地区灵活供应系统”。在生物质热电联产方面,与生成作为燃料的“生物燃气”之间进行协调将变得重要(资料5)。

  综合利用电、热、气三大网络

  作为燃料,生物燃气受进行消化发酵的微生物活动的影响,建立能够稳定进行消化活动的环境是基本条件。如果把与电力市场直接交易作为前提,那么,发电量要与按照一定速度生成的生物燃气之间相互协调。通过设置储气罐,提纯甲烷气体注入燃气管道等方式,调整剩余和不足。也就是利用剩余电力电解氢气,使氢气与通过生物燃气精炼工序分离出来的二氧化碳反应,制造甲烷气体,作为燃料储存。

  以木质生物质作为燃料时,燃料的调整虽然会更加灵活,但存放圆木和边角料、木片和木粒需要庞大的空间。而且,收集和运输所占的权重也会增加,这样一来,就必须要完善物流。

  综上所述,在可再生能源丰富的地区使可再生能源电力达到100%有着很大的可行性,但实现的关键,在于构建充分利用电、热、气网络的灵活系统。这些网络是出色的地区基础设施,拥有完善设施的地区拥有很大的潜力。必须要加以利用。

  通过利用热泵和冷藏仓库等的“灵活消费”,和利用生物质等发电及蓄电池的“灵活供应”,吸收电力输出的变化。而且,作为“灵活供需要素”,把电能转化成燃料储存,按需供电、供热的系统也将变得重要。

  精通电力工学的专家认为,对于电能,广域(以国家为单位,以欧盟为单位等)控制的效率更高。因为这样不仅能够有效利用火力和抽水等现有稳压电源,还有望起到稳定风力和太阳能发电功率的效果(使天气不同的各地之间平均化)。

  但前提是广域电网有余力,而且建设供电网需要相当长的时间。再考虑到燃料和热需求,因此,完善广域调整以及地区调整能力都是必备条件。

  要在地方城市及地区实现100%利用可再生能源,需要充分利用输配电网、热管、燃气管道3大网络,制定电、热、燃气的最佳调度计划,在地区内建立能源循环。如果得以实现,企业还可以根据3个价格,实现合理控制。

  德国的本地型智能电网E-Energy是与日本的燃气行业提出的智能能源网络相似的概念。在德国,电、热、气网络已经基本完善,为成功创造了条件。

  遗憾的是,日本的热能和燃料网络比较脆弱,还有待于今后进行完善。在完善之前,除了依赖蓄电池之外,恐怕别无他法,但这或许能够压缩蓄电池的成本,创造出日本独特的新模式。

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