中國儲能網訊：隨著經濟社會的飛速發(fā)展，化石能源枯竭，環(huán)境污染日益嚴重，能源利用不足等問題逐漸暴露出來，亟待解決。加速可再生能源的開發(fā)和發(fā)展，提高能源效率，探索新的能源利用方式已受到廣泛關注，綜合能源系統(tǒng)的概念為解決此類問題提供了新的方向。自備電廠作為能源綜合利用過程中的重要組成部分，不容忽視，未來在綜合能源應用領域中探索自備電廠的應用也已成為研究熱點。
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自備電廠現狀分析
20世紀80年代，隨著我國經濟迅速發(fā)展，高耗能企業(yè)加快了投資建設步伐，導致電力需求快速增長，一些高耗能企業(yè)為了滿足自身電力需求開始建立自備電廠，自備電廠的數量迅速增加。
在很長的一段時期內，自備電廠在緩解電力供需緊張方面發(fā)揮了重要作用，有效促進了國內經濟的發(fā)展，但逐漸也暴露了自備電廠發(fā)展帶來的許多問題，如環(huán)境污染、運行水平低下、導致電網調峰能力不足等。
因此，有必要對自備電廠進行深入分析，充分發(fā)掘自備電廠的優(yōu)勢，合理利用并強化管理，不僅能夠改善自備電廠的問題，也可以緩解當前電網調峰和新能源消納的矛盾。
綜合能源系統(tǒng)打破了現有的模式，即各種能源系統(tǒng)獨立運行且不相互連接，它可以與各種能源進行有機協調配合，從而耦合多種能源，綜合利用各種能源，將能源的使用從傳統(tǒng)能源轉變?yōu)榍鍧嵞茉?，實現了供需之間的互動。綜合能源系統(tǒng)內部相互協調，優(yōu)勢互補，清潔高效，提高了能源利用率，具有明顯的生態(tài)和經濟效益，是未來社會能源利用的一種重要形式。
將自備電廠與綜合能源應用聯系起來，通過分析自備電廠和綜合能源之間的關系，找到自備電廠在綜合能源應用領域的切入口，并著重探討未來自備電廠在綜合能源應用領域中的地位，提出發(fā)展中面臨的關鍵技術問題，為后續(xù)自備電廠在綜合能源領域的應用研究提供參考。
自備電廠在未來
綜合能源領域的應用
自備電廠未來在綜合能源領域的應用研究需要綜合考慮兩者的特點，既要考慮自備電廠的靈活性，也要考慮綜合能源開發(fā)的全面性。自備電廠在未來綜合能源系統(tǒng)中的三種典型應用：基于自備電廠的綜合能源開發(fā)，自備電廠和新能源之間的互利發(fā)展以及涵蓋自備電廠的區(qū)域性能源供應系統(tǒng)。
?綜合能源開發(fā)利用
自備電廠主要通過燃燒煤炭和其他化石燃料來產生電能和熱能，并將其提供給企業(yè)內部用能負荷，在產生能量的同時，還產生大量的灰渣等附屬產品，如果不對這些產品進行處理，將不可避免地對環(huán)境造成極大的污染。
當前，最理想、最經濟的方法是在自備電廠附近引進相關產業(yè)，建立以自備電廠為基礎的綜合能源系統(tǒng)，消耗多余的附屬產品。引入水泥廠，商業(yè)攪拌站，石膏板廠和礦渣板廠等相關產業(yè)用于消耗自備電廠發(fā)電產生的粉煤灰、石膏、礦渣和其他廢物；引入釀酒廠、干燥廠和其他工廠充分利用自備電廠生產過程中的蒸汽、水和其他產品。
對于機組生產過程中的余熱、余氣、余壓的回收利用，可以通過安裝余熱、余氣、余壓發(fā)電設備，低溫余熱和廢氣回收利用裝置，吸收式制冷裝置等；同時，為了促進低谷時期的電能消耗，自備電廠可以通過出售多余的電力來獲取利潤，以實現最大的經濟回報，另外還可以在發(fā)電廠周圍建儲能電站和燃氣發(fā)電廠。
通過對多個行業(yè)的整合，建立一個復合的能源系統(tǒng)，充分利用彼此之間的產品，不僅可以獲得環(huán)境效益，還可以提高該地區(qū)的能源效率，節(jié)省經濟成本。
▲以自備電廠為中心的
綜合能源開發(fā)和利用系統(tǒng)
熱電聯產發(fā)電廠輸出能量形式既有電能又有熱能，通常被認為是典型的綜合能源系統(tǒng)。以熱電聯產發(fā)電廠為例，在發(fā)電廠周圍引入一個燃氣發(fā)電廠，建立具有電能和天然氣互補的多能量流綜合能源系統(tǒng)，用以研究自備電廠在綜合能源系統(tǒng)的應用中面臨的關鍵問題。
▲自備電廠和天然氣廠
組成的綜合能源系統(tǒng)
與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電機組相比，燃氣發(fā)電機組運行靈活、啟動迅速、污染物排放少，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢。燃氣—熱電聯產機組主要以天然氣為燃料，通過燃氣—蒸汽聯合循環(huán)機組發(fā)電，發(fā)電后再利用排汽余熱生產高溫熱水，滿足供熱需求，能源的分層梯次利用有效地提高了能源利用效率。
天然氣廠中電能到天然氣的轉化生產過程包括以下兩個步驟：首先電解水產生氫氣和氧氣，然后氫氣和二氧化碳在甲烷化反應裝置中生成甲烷和水。二氧化碳在整個反應過程中作為能量載體進行再循環(huán)，不會產生有害氣體，是一種零碳排放能源的使用方法。
燃氣熱電聯產自備電廠和天然氣廠的結合可以共享彼此的產品，有效地促進區(qū)域內能源的協調利用，減少環(huán)境污染，并促進煤改電政策的實施。當自備電廠的發(fā)電供給大于需求時，多余的電力被發(fā)送到天然氣廠生產天然氣，天然氣被通過管網輸送到儲存罐存儲。當電力需求大于供給時，天然氣被直接輸送到自備電廠的燃氣輪機，作為能源驅動燃氣輪機生產電能和熱能。
在整個過程中，自備電廠與天然氣廠的結合打破了原來的煤基能源結構，實現了電、熱、氣、水等多種形式的能源協同供應合作，在自備電廠的基礎上構建了智慧能源系統(tǒng)，該能源系統(tǒng)是低碳且綜合的。
?新能源消納與轉型
隨著化石能源的逐漸枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，可再生能源的開發(fā)和利用越來越受到關注，包括風能、光伏發(fā)電和太陽能在內的各種新能源的優(yōu)勢已得到充分發(fā)揮。這些可再生能源已經占能源供應的很大一部分，有效緩解了能源短缺，促進了電網和熱網的清潔發(fā)展。
但是，由于可再生能源本身的特殊特性，例如區(qū)域差異較大，時空分布不均勻。另外，對能量的遠距離傳輸也有限制，如果所產生的能量沒有及時消耗掉，將導致大量的棄風棄光，而自備電廠參與電網調峰，是促進新能源消納、防止棄風棄光的有效解決方案。
以自備電廠參與電網調節(jié)為例，當電網處于用電低谷或新能源發(fā)電過剩時，降低自備電廠機組出力，企業(yè)從網上多用電，促進新能源消納；當電網用電高峰時，增加自備電廠機組出力，在滿足自身用能負荷需求的前提下，多余的電能送入電網滿足電網用電需求。
對熱網的調節(jié)也是如此，有必要根據實際情況建立區(qū)域供熱的協調機制和運行策略，在滿足供熱的前提下保證自備電廠的經濟效益。自備電廠在新能源消納中的應用，既可以保證本地區(qū)電網和熱網的穩(wěn)定運行，又可以避免能源浪費，實現兩者互利共贏。
▲自備電廠參與新能源消納示意
隨著自備電廠參與了新能源消納的深入發(fā)展，一些新的交易機制和辦法紛紛出臺，例如替代機制，發(fā)電權交易和機組轉換計劃。目前，許多學者對于自備電廠參與新能源消納的問題展開了深入研究。
目前，政府已大力加強了對自備電廠的監(jiān)管力度，與新能源消納有關的政策和措施也在逐步完善，通過合理安排自備電廠與新能源發(fā)電之間的關系，可以有效地實現兩者之間的互利發(fā)展。
?區(qū)域性能源網絡
電力、熱水和氣體通過傳輸線和管道進行長距離傳輸，不可避免地存在線路損耗和能量損耗，區(qū)域性能源內部供應可以有效避免能量輸送過程中的損耗。
自備電廠作為一個獨立的能源個體，其內部有很多生產環(huán)節(jié)比如能源的生產，傳輸和使用都是互聯互通的。自備電廠可作為大型“熱源”或“電源”供應站，但長期以來一直處于自發(fā)自用狀態(tài)，如果將自備電廠納入當地的能源網絡中進行統(tǒng)一的管理和規(guī)劃，建立區(qū)域性的能源網絡，自備電廠可在滿足其自身負荷需求的同時滿足周圍企業(yè)和居民的電、熱需求，從而保證區(qū)域性能源網絡的供應穩(wěn)定。
將自備電廠納入區(qū)域能源網絡，并在自備電廠與能源公司之間進平衡，以確保在經濟利益最大化的前提下及時提供所需電能和熱負荷，保障區(qū)域能源網絡的穩(wěn)定性，這種方式改變了以往電能和熱能相互獨立運營，缺乏溝通的情況，避免了電能和熱能的長距離傳輸損失，能源公司和自備電廠實現合作共贏，這是未來自備電廠在綜合能源領域的重要應用。
關鍵技術問題
隨著新型綜合能源系統(tǒng)的不斷發(fā)展，能源系統(tǒng)的發(fā)展已經從傳統(tǒng)的單體系統(tǒng)發(fā)展到多能流系統(tǒng)的統(tǒng)一發(fā)展。涉及越來越多的能源，能源轉換、輸送和利用等相關環(huán)節(jié)越來越緊密，自備電廠作為能源領域的重要角色不容忽視。
由于長期的自由式發(fā)展，自備電廠暴露出許多問題，發(fā)展已接近瓶頸，迫切需要改革，尋求規(guī)范發(fā)展的方法。將自備電廠納入綜合能源體系中一體化發(fā)展已成為重要途徑，可以從政府、能源企業(yè)、自備電廠三方面考慮自備電廠參與能源綜合應用開發(fā)過程中需要解決的關鍵問題。
首先，政府應出臺政策，推動將自備電廠納入綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展。長期以來，自備電廠由企業(yè)獨立管理和運營，機組運行、發(fā)用電以及設備運行和維護狀態(tài)等信息很少與外界互動，政府應出臺相關政策，鼓勵自備電廠與能源企業(yè)積極互動，開展合作加強溝通。
政府有必要在發(fā)展框架內繼續(xù)引入符合當地實際情況的管理措施和標準，打破自備電廠與公用電廠、電網公司、能源公司以及其他機構之間的壁壘，使自備電廠在綜合能源利用方面符合國家管理標準。
其次，能源公司應將自備電廠納入綜合能源系統(tǒng)建設并進行深入研究。目前針對單一能源系統(tǒng)的研究和分析相對成熟，但由于綜合能源系統(tǒng)的應用涉及多種能源形式，多種能量流的時空尺度不同，相互之間的耦合特性復雜，綜合能源系統(tǒng)的研究仍處于初級階段。
因此，必須保證各能源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。自備電廠的影響不容忽視。建立自備電廠并網規(guī)范，開發(fā)電能質量輔助裝置，開發(fā)多智能體運行分析軟件，尋找主要運營商與自備電廠的商業(yè)模式和利益平衡點，實現區(qū)域電網的優(yōu)化規(guī)劃和配置，確保綜合能源系統(tǒng)和自備電廠的安全運行。
最后，自備電廠要積極主動地參與綜合能源體系建設。今天面臨的許多能源問題不再是單方面的，而是受到多方的影響。隨著經濟的發(fā)展，自備電廠對電網的補充作用并不像以前那么明顯。相反，由于存在諸多問題，自備電廠在未來社會的發(fā)展方向值得深思。參與綜合能源的應用，促進多種能源的高效利用，無疑是自備電廠的一個不錯的選擇。
因此，自備電廠要主動轉變觀念，變被動為主動，結合自身優(yōu)勢，利用豐富、實惠的電力、蒸汽資源作為企業(yè)改革發(fā)展的跳板，積極參與到綜合能源應用建設中。
