按照德國(guó)政府與該國(guó)煤炭開(kāi)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(guó)燃煤電廠(chǎng)的計(jì)劃。
同時(shí)德國(guó)政府表示，燃煤電廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)商將因其電廠(chǎng)的提前關(guān)閉而獲得補(bǔ)償。為此，德國(guó)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(guó)為代表的多個(gè)國(guó)家政府出于財(cái)政或政治原因已將日益增長(zhǎng)的氣候變化擔(dān)憂(yōu)置之不理，并開(kāi)始重新支持燃煤發(fā)電。但是，全球燃煤電廠(chǎng)正加快退役的趨勢(shì)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(lái)看，儲(chǔ)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(guó)工程咨詢(xún)公司SolEngCo等相關(guān)光熱企業(yè)正在密切關(guān)注儲(chǔ)熱型光熱發(fā)電技術(shù)在落后燃煤電廠(chǎng)改造中的應(yīng)用潛力和市場(chǎng)機(jī)遇。
據(jù)相關(guān)專(zhuān)家介紹，光熱發(fā)電和熔鹽儲(chǔ)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(jià)方面獲得一些支持。
對(duì)于現(xiàn)有的燃煤電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)集成光熱發(fā)電+熔鹽儲(chǔ)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(chǎng)接近，所以光熱發(fā)電系統(tǒng)可以共享燃煤電廠(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，從而幫助運(yùn)營(yíng)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(yáng)能燃煤集成)項(xiàng)目，這種集成項(xiàng)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(yáng)能技術(shù)主管Miguel Mendez Trigo(簡(jiǎn)稱(chēng)Mendez)告訴媒體，ISCoal項(xiàng)目有助于延長(zhǎng)燃煤設(shè)施的使用壽命。
Mendez表示，通過(guò)將設(shè)計(jì)與市場(chǎng)需求相匹配，熔鹽儲(chǔ)存技術(shù)“可以給化石燃料發(fā)電廠(chǎng)帶來(lái)新的活力，否則，這些發(fā)電廠(chǎng)肯定會(huì)被拆除。”
兩種不同應(yīng)用場(chǎng)景的運(yùn)營(yíng)模式
根據(jù)市場(chǎng)需求不同，從運(yùn)行模式來(lái)看，ISCoal可以分為兩種，一種是運(yùn)營(yíng)商在使用具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的光伏或風(fēng)能時(shí)，使用儲(chǔ)熱型光熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存能量，并在晚上的用電高峰期或夜間利用所儲(chǔ)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(yíng)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(chǎng)，在這些地區(qū)更具經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計(jì)思路是使用來(lái)自電網(wǎng)的電力來(lái)為T(mén)ES(儲(chǔ)熱系統(tǒng))提供能量。
他說(shuō)：“從工程角度來(lái)說(shuō)，用電熱轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱可能沒(méi)有那么理想，但它能夠?yàn)槭袌?chǎng)需求提供最雙贏的解決方案。”
Abengoa方面認(rèn)為，這種解決方案在任何依賴(lài)煤炭的電力市場(chǎng)都可能具有吸引力。
德國(guó)可能是此類(lèi)項(xiàng)目的一個(gè)可行市場(chǎng)，因?yàn)樵搰?guó)長(zhǎng)期以來(lái)燃煤電站作為能源主要供應(yīng)來(lái)源的電力體系正面臨氣候變化等問(wèn)題所帶來(lái)的巨大壓力。
德國(guó)工程咨詢(xún)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(guó)燃煤電廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)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(guó)科羅拉多州的Xcel電站建成了世界上第一座ISCoal電站廠(chǎng)。
該項(xiàng)目與兩個(gè)49MW燃煤機(jī)組的其中一個(gè)進(jìn)行配套，由科羅拉多州創(chuàng)新清潔技術(shù)計(jì)劃資助，投資了450萬(wàn)美元，建設(shè)了一個(gè)8列150米的拋物線(xiàn)槽式集熱系統(tǒng)。
經(jīng)過(guò)幾個(gè)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(chǎng)整體效率的同時(shí)也大大減少了碳排放。
2019年7月，印度國(guó)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(chǎng)(Dadri power generation complex)配套建設(shè)了全球首個(gè)商業(yè)ISCoal項(xiàng)目。
該項(xiàng)目共耗資6.9億盧比(1020萬(wàn)美元)，采用菲涅爾式技術(shù)路線(xiàn)，總采光面積達(dá)33000㎡。該項(xiàng)目每年可生產(chǎn)14GWth的太陽(yáng)熱能，這些熱能被輸入一個(gè)210兆瓦的朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行混合發(fā)電。
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)在其2019年發(fā)布的一份報(bào)告中表示，該設(shè)施有助于加快汽輪機(jī)啟動(dòng)，而占地相對(duì)較小的菲涅爾技術(shù)也更匹配當(dāng)?shù)貙?duì)于土地的限制。
澳大利亞——ISCoal電廠(chǎng)改造的另一藍(lán)海市場(chǎng)
除了德國(guó)，澳大利亞也是相關(guān)光熱企業(yè)正在聚焦的重要市場(chǎng)。
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(duì)國(guó)內(nèi)煤炭開(kāi)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(chǎng)改造的長(zhǎng)期發(fā)展之路。
據(jù)了解，目前澳大利亞75%的電力供應(yīng)來(lái)自煤電廠(chǎng)，但許多發(fā)電廠(chǎng)正在不斷老化。同時(shí)，間歇性的風(fēng)能和光伏發(fā)電能力將在未來(lái)幾年大幅上升。
近年來(lái)，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(xiàng)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(zhǎng)的同時(shí)依舊保持競(jìng)爭(zhēng)力。
圖：2019年澳大利亞不同發(fā)電形式的電力裝機(jī)統(tǒng)計(jì)(按燃料來(lái)源劃分)
George Brakmann 在接受海外媒體采訪(fǎng)時(shí)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(guó)以煤炭為中心的現(xiàn)有電力系統(tǒng)，其主要社會(huì)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(kāi)發(fā)的商業(yè)化項(xiàng)目卻少之又少。
雖然已建成了上述印度和美國(guó)項(xiàng)目案例，但另一個(gè)為位于智利北部320兆瓦的Mejillones電廠(chǎng)的150兆瓦燃煤機(jī)組中集成5兆瓦菲涅爾系統(tǒng)的ISCoal項(xiàng)目則已被暫時(shí)擱置。
此外，到目前為止，還沒(méi)有配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)(TES)的ISCoal商業(yè)化項(xiàng)目部署案例。
雖然配置儲(chǔ)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(lái)看要明顯大于效益。
來(lái)自國(guó)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(bào)告中表示，因?yàn)楣鉄嵯到y(tǒng)和燃煤電廠(chǎng)可以共享常規(guī)島(也稱(chēng)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(chǎng)時(shí)，意味著儲(chǔ)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(chǔ)存成本的不斷下降可以提升此類(lèi)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益，但需要獲得監(jiān)管部門(mén)的支持。
George Brakmann補(bǔ)充說(shuō)明：“對(duì)于燃煤電廠(chǎng)的投資者或運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，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(duì)這種改造項(xiàng)目制定獎(jiǎng)勵(lì)性法規(guī)可能將使推進(jìn)類(lèi)似項(xiàng)目成為可能，比如政府可以為可再生能源儲(chǔ)能容量提供付款擔(dān)保來(lái)進(jìn)行激勵(lì)。
如何解決此瓶頸問(wèn)題?George Brakmann表示：“這是ISCoal與儲(chǔ)熱系統(tǒng)(TES)集成項(xiàng)目推進(jìn)的一塊短板，目前只能通過(guò)政府手段來(lái)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(lèi)政治立法進(jìn)行游說(shuō)。”
評(píng)論