低碳、灵活、多能互补——触摸未来电力系统-北极星火力发电网

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全球电力领域正在进行深刻的变革。电力企业需要在满足人类日益增长的能源需求的同时，提高运营绩效、环保绩效以及普惠性。种种需求交织在一起，让低碳化、灵活性和多能互补成为代表电力行业前行的三大特点。三者互相联系、互相支撑，将在未来很长时期推动电力行业的发展。

低碳化是现代能源发展不可逆转的潮流。根据GE最新统计数据，2018-2027年间，全球平均每年将有4150亿美元投入新建电厂项目中，而其中2/3为可再生能源发电。可再生能源发电间歇性和波动性的特点，使其在现阶段不能在电网中独立存在，需要配备相应的储能系统，或是需要其他能源做补充。而鉴于目前储能系统成本仍然较高，在清洁能源发电侧大规模布局储能设施的经济性暂不能体现，分布式能源有良好的发展基础。

太阳能、风能等可再生能源本身就是去中心化的，一些工业园区采用的“热电联产”、“以热定电”等能源梯级利用方法就是基于分布式能源。全球仍有十亿人口尚没有稳定的电力供应，这些人口多处在偏远地区，传统的集中式发电需要搭配长距离输电设施，成本过高。而分布式可以减少长距离输送损失，有效提高地区能源的安全性和有效性。

未来将是集中式发电和分布式发电共存的时代，两者缺一不可。大电网将连接发电端和用电端，并实现双向流动，以此实现最低的输电成本。这其中，通过“可再生能源+燃气发电”组成的混合分布式能源项目能够更好地适应局部用电需求。

天然气发电所产生的二氧化碳是所有化石燃料发电方式中最低的，约占同等规模燃煤电厂的50％。其他污染物如汞、氮氧化物和硫氧化物和粉尘的排放水平更低。因此，燃气发电更符合可持续发展的需求。以美国为例，2005年以来，该国所有部门（电力、交通、工业、农业）二氧化碳排放减少大约27%，其中2/3源自电厂的“煤改气”。

除了低碳化，未来的能源结构中还电力来源稳定、灵活性高，能够在可再生能源发电量不足时提供基础负荷，并根据其发电量削峰填谷，确保供电稳定安全。能否满足调峰需求，甚至已经成为发电企业的考核指标之一。而燃气发电不仅稳定，相比其它化石能源具备更好的灵活性。例如，一座装机容量在570兆瓦的GE HA级燃气联合循环电厂可以在不到30分钟内启动，并以每分钟60兆瓦增加或降低负荷，同时为约50万户家庭提供电力。而在部分负荷工况下，比如燃气电厂负荷降到200兆瓦时，依然可以满足排放标准，成为当地能源安全的护卫者与电网的稳定器，也可以与可再生能源形成补充，促进可再生能源迅速成长。

而在多能互补方面，燃气发电同样能够发挥自身的优势。以GE和美国南加州爱迪生公司部署的全球首例电池—燃气轮机混合发电系统为例，该系统集成了10兆瓦锂离子电池储能系统和一台LM6000航改燃机，以及相应的控制系统，允许燃气轮机处于旋转备用模式，而无需使用燃料，并可立即响应不断变化的电力调度需求。在不需要进行调峰时，燃气轮机处在旋转备用状态，而这时响应电网动力需求就通过电池来提供；当需要调峰时，通过先进的控制系统，将燃气轮机立刻从旋转备用状态唤醒，快速启动带负荷，可以立即向电网输送电力。这种电池—燃气轮机混合发电系统不仅节省燃料、降低维护成本，也能够减少温室气体排放。爱迪生公司的数据显示，采用该系统后，每年可减少碳排放60%，同时节省200万加仑的水。与此同时，这样的混合发电解决方案还具有可扩展性、可定制性和灵活性，可减轻由于吸纳可再生能源发电产生的负担，无缝地接受可再生能源。

事实上，天然气发电也是最节省土地资源的发电方式，特别适合经济发达、人口稠密、寸土寸金的都市地区。一座9HA电厂占地约为660兆瓦煤电厂的1/3。与可再生能源加电池存储系统相比，燃气发电每兆瓦发电量耗费的土地只为前者的五十到百分之一。

与此同时，燃气电厂的建设周期相对更短、初始投资相对更低。大型燃气联合循环燃气发电厂可在2—3年内建成并投入使用，30兆瓦的移动式燃气轮机发电机组甚至可以通过陆地、海上或空中运输到偏远地区，几周内就可发电。

另外，燃气发电的经济优势是覆盖全生命周期的。根据国际咨询公司IHS最新发布的统计数据，2012年到2016年期间，燃气电厂平均度电成本下降了0.3个百分点。同时，还可大大减少各种污染物的排放。以采用了GE 6F.03燃机的高邮燃气热电项目为例，该项目每年可减排二氧化硫1390吨、氮氧化物464吨、烟尘2295吨、灰渣3.8万吨，年节约标煤8.77万吨。

综上所述，天然气发电在现今和将来能源转型中的重要性不容小觑。为了降低能源系统给环境带来的影响，天然气发电技术还将成为与过去的桥梁和通向未来的基础。GE发电也将用超过125年历史积累的经验和技术，携手整个发电行业不断创新，探索最佳解决方案，共创价值。

（转载于4月8日发表的中国能源报作者杨丹系GE全球副总裁、GE中国发电事业部总裁）

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