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實現“100%可再生能源地區”的策略【2】

2013年12月05日08:47    

生物質直接交易的期待與課題

生物質雖然得到了制度的力挺,但課題也不少。推行直接交易后,越來越多的生物質發電企業開始採取在市場行情高的時候發電並銷售,在行情低的時候停止發電的方式。作為現場電源,生物質通過包括供熱在內的熱電聯產(CHP)系統,利用效率會大幅提升。但電力市場的價格走向與地區的熱需求未必一致。

如果根據電力市場的走向安排設備運轉,生產的熱量有可能超過需求。這就需要通過細致的合理控制,提高熱泵的輸出,或是利用蓄熱設備增加熱需求。如果熱量低於需求,則要減少熱需求,並且利用蓄熱槽和生物質鍋爐增加供熱。

這就必須建設熱電聯產系統、鍋爐、蓄熱槽、熱泵等設備。而為生物質發電設置市場溢價和管理溢價,正是為了促進這樣的投資。

資料4表示了RegModHarz項目中,在進行直接買賣的情況下,生物燃氣熱電聯產系統和生物燃氣鍋爐的運轉情況。第1排是次日電力市場的價格變化,第2排是熱能的供需變化,第3排是電能的供需變化,第4排是蓄熱的容量和水平。企業要根據電力價格、熱需求、蓄熱設備的使用情況等因素,決定熱電聯產系統和鍋爐的最佳運轉方式。

判斷什麼是最佳的投資方式並不簡單,因為其中摻雜著電力交易市場、地區的電能和熱能需求、地區的天氣預報等諸多變化因素。因此,開發包含了這些參數的模擬軟件成為了首要任務。總而言之,就是積累技術經驗。而E-Energy能夠為開發這樣的軟件提供驗証。

最終答案是構筑靈活的供應系統

如上所述,要想實現100%可再生能源發電,重點在於增加風力和太陽能的發電量,開發能夠吸收發電量變化的靈活電源“生物質”,構筑推動需求轉移的機制。修改固定價格收購制度,採用與電力交易市場進行直接交易的方式,稱得上是這一舉措的撒手?。

而生物質熱電聯產需要使電能與熱能取得平衡。電力交易的最佳答案並不一定適合當地的熱需求。熱電聯產同時產生一定比例的熱能。而傳統的熱電聯產一般是以熱需求為准,同時產生電能,因此,借助以需求響應為基礎的熱需求轉移,應該可以實現一定程度的調整。

但是,對於普及可再生能源發電來說,根據電力市場的動向,使供電利潤達到最大,作為副產品而產生一定的熱能,這才是合理的運轉方式。按照固定價格收購制度的評價方式,生物質熱電聯產作為本地靈活電源的價值要高於作為供熱設備的價值。因此,調整地區的熱需求將會採用開關鍋爐、蓄熱設備蓄熱放熱、供熱管道蓄熱放熱、需求轉移等方式。

但是,要想實現100%可再生能源,單靠熱需求轉移、設置蓄熱設備存在局限性。還需要構筑包含電能、熱能以及燃料在內的“地區靈活供應系統”。在生物質熱電聯產方面,與生成作為燃料的“生物燃氣”之間進行協調將變得重要(資料5)。

綜合利用電、熱、氣三大網絡

作為燃料,生物燃氣受進行消化發酵的微生物活動的影響,建立能夠穩定進行消化活動的環境是基本條件。如果把與電力市場直接交易作為前提,那麼,發電量要與按照一定速度生成的生物燃氣之間相互協調。通過設置儲氣罐,提純甲烷氣體注入燃氣管道等方式,調整剩余和不足。也就是利用剩余電力電解氫氣,使氫氣與通過生物燃氣精煉工序分離出來的二氧化碳反應,制造甲烷氣體,作為燃料儲存。

以木質生物質作為燃料時,燃料的調整雖然會更加靈活,但存放圓木和邊角料、木片和木粒需要龐大的空間。而且,收集和運輸所佔的權重也會增加,這樣一來,就必須要完善物流。

綜上所述,在可再生能源豐富的地區使可再生能源電力達到100%有著很大的可行性,但實現的關鍵,在於構建充分利用電、熱、氣網絡的靈活系統。這些網絡是出色的地區基礎設施,擁有完善設施的地區擁有很大的潛力。必須要加以利用。

通過利用熱泵和冷藏倉庫等的“靈活消費”,和利用生物質等發電及蓄電池的“靈活供應”,吸收電力輸出的變化。而且,作為“靈活供需要素”,把電能轉化成燃料儲存,按需供電、供熱的系統也將變得重要。

精通電力工學的專家認為,對於電能,廣域(以國家為單位,以歐盟為單位等)控制的效率更高。因為這樣不僅能夠有效利用火力和抽水等現有穩壓電源,還有望起到穩定風力和太陽能發電功率的效果(使天氣不同的各地之間平均化)。

但前提是廣域電網有余力,而且建設供電網需要相當長的時間。再考慮到燃料和熱需求,因此,完善廣域調整以及地區調整能力都是必備條件。

要在地方城市及地區實現100%利用可再生能源,需要充分利用輸配電網、熱管、燃氣管道3大網絡,制定電、熱、燃氣的最佳調度計劃,在地區內建立能源循環。如果得以實現,企業還可以根據3個價格,實現合理控制。

德國的本地型智能電網E-Energy是與日本的燃氣行業提出的智能能源網絡相似的概念。在德國,電、熱、氣網絡已經基本完善,為成功創造了條件。

遺憾的是,日本的熱能和燃料網絡比較脆弱,還有待於今后進行完善。在完善之前,除了依賴蓄電池之外,恐怕別無他法,但這或許能夠壓縮蓄電池的成本,創造出日本獨特的新模式。(作者:山家公雄,日經能源環境網 供稿) 

(責編:值班編輯、庄紅韜)

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