Koncentreret solenergi vil hjælpe Kina med at reducere omkostningerne til klimaindsats, undersøgelse finder

Termisk solenergi viser sig at være nøglen til, at Kina kan opfylde sine klimaforpligtelser. En ny undersøgelse undersøger den bedste kombination af vedvarende energi til at give de laveste omkostninger til elsystemoperatører i to af Kinas provinser, der er bedst egnede til at opskalere vedvarende energi.

Kinas elsystemoperatører skal investere i vedvarende energi for at opfylde klimaforpligtelserne. Vindkraft og PV er de laveste omkostninger for vedvarende energi, men de leverer kun strøm, når det blæser eller blæser sol. Derimod, dyrere koncentreret solenergi (CSP), som kan lagre sin solenergi relativt billigt, og i længere tid, kan levere strøm til enhver tid, dag eller nat.

Overraskende nok, dyrere CSP kan i sidste ende vise sig at være billigere for et elsystem med meget vedvarende energi på grund af dets fleksible forsendelse dag eller nat.

Undersøgelsen finder, at hvis CSP blev erstattet af mellem 5 procent og 20 procent af den planlagte sol- og vindkraft i Gansu-provinsen og Qinghai-provinsen, ville det give den største fordel for elsystemoperatører, reducere nedskæringer af vind og solceller, samtidig med at driftsomkostningerne ved kulbaserede kulgeneratorer sænkes, der skal rampe op og ned for at forbedre fluktuerende produktion fra sol og vind.

Tidligere undersøgelser har kun analyseret fleksibilitetsfordelene ved CSP ud fra synspunktet om at maksimere ROI til potentielle investorer og udviklere. Den nye undersøgelse hjælper med at udfylde et hul i økonomisk forskning designet til at maksimere de langsigtede fordele ved CSP til det samlede elsystem.

Kinesiske politikere ønsker at kende den bedste plan

Et forskerhold fra Beijings Tsinghua University rapporterer deres resultater i juli-udgaven af ​​tidsskriftet Applied Energy, i Økonomisk begrundelse for at koncentrere solenergi i kraftsystemer med høj vedvarende energi. De analyserede cost-benefit af forskellige niveauer af CSP i stedet for planlagt Variable Vedvarende energi (VRE) som PV og vind.

Især i to provinser, Qinghai og Gansu, som planlægger at levere henholdsvis 83 procent og 104 procent af deres maksimale belastning med VRE, forfatterne fandt ud af, at udskiftning af CSP mellem 5 procent og 20 procent af VRE ville resultere i de laveste omkostninger for systemoperatøren.

Tidligere artikler fra disse forskere har leveret strømsystemplanlægningsplaner til Kinas politiske beslutningstagere ved NDRC.

Hovedforfatter, Prof. Chongqing Kang, som leder afdelingen for elektroteknik hos Tsinghua, er den meget citerede forfatter til over 300 undersøgelser om vedvarende energi og elsystemplanlægning og drift. Anden forfatter, Lektor Ning Zhang, har været fokuseret på vedvarende energianalyser og optimering i elsystemet.

"Vi har haft et meget tæt samarbejde med denne regering, " Prof. Kang fortalte SolarPACES. "Vi har foreslået adskillige forskningsundersøgelser før om vind og sol, og de har nu øget interessen for CSP, som stadig er i sin første udviklingsfase. Grunden til interessen er, at Kina har sat sig et meget aggressivt mål for vedvarende energi, og vind- og solcelleanlæg er allerede i rivende udvikling. De har flere personer, der fokuserer på vedvarende energi på NDRC, som er under Energibureauet."

Undersøgelsen kvantificerer den "niveauiserede fordel" ved CSP

Undersøgelsen fokuserede på fordelene ved CSP specifikt til strømsystemerne i Qinghai og Gansu. Begge provinser har fremragende solressourcer og gode placeringsmuligheder for store sol- eller vindanlæg, og meget ambitiøse planer for udbredelse af vind- og solteknologier.

Qinghai planlægger at levere 82,3 procent af den maksimale belastningsefterspørgsel med tilsammen 13 GW VRE; fra 3 GW vindkraft og 10 GW PV. Gansu planlægger at levere 104,3 procent af det maksimale belastningsbehov fra en kombineret 27 GW VRE; 20 GW vind og 7 GW solcelle.

Ved at kombinere den økonomiske fordel ved CSP som en fleksibel vedvarende energiproduktionsressource, der er i stand til at sende solenergi efter behov og yderligere reducere vindkraft og PV-indskrænkning, de udleder et "nivelleret fordel"-tal for CSP.

Undersøgelsen foreslår en yderligere energi- og fleksibilitetsfordel på mellem 18 og 30 cents per kilowatttime, hvis CSP erstattede mellem 5 procent og op til 20 procent af den foreslåede solcelle-PV og vindkraft i disse provinser. Den højere værdi af CSP's energi og fleksibilitet fordel berettiger dens relativt højere investeringsomkostninger.

Overbevist om, at den tekniske umodenhed af CSP er midlertidig

Undersøgelsen kommer på et tidspunkt med dristige planer i Kina:at bogstaveligt talt fordoble 2018 globale CSP-udrulning på 5 GW inden 2020. Efter en 1 GW runde af 18 demonstrationsprojekter, Kina planlægger at bygge 5 GW CSP.

Nogle indledende mål i den første runde af demonstrationsprojekter har vist sig sværere at nå end forventet. Flere projekter faldt fra, ude af stand til at nå en indledende milepæl til tiden.

Imidlertid, forfatterne er meget sikre på, at disse vokseværk er overkommelige, bemærker, at CSP knap er begyndt udrulning sammenlignet med PV og vind.

"Ikke alle delene kan produceres af Kina på dette tidspunkt, så læreprocessen i byggeprocessen er lidt forsinket, " sagde Kang. De understregede, at CSP-startproblemer ikke er uoverkommelige:"de lærer stadig; udviklingen vil være hurtigere i den nærmeste fremtid."

Hvorfor Kina har brug for længere timers CSP-lagring

Hele Kinas planlagte CSP inkluderer Thermal Energy Storage (TES). Undersøgelsen bemærker:

"TES -systemer i CSP -anlæg er i øjeblikket billigere (med kapitalomkostninger omkring 20-70 $/kWh) end batterilagringssystemer (med kapitalomkostninger over $ 150/kWh)"

"CSP er en ny teknologi, der kan sendes fleksibelt, " Kang bemærkede. "Jeg tror, ​​Kina ikke ønsker at gå glip af den teknologi. Så de første 20 projekter, for omkring 1 GW CSP, skal sige, hvordan denne teknologi fungerer i Kina."

Kinas behov for natstrøm er relativt større end andre nationer, som fabrikker nynner hele natten i mange regioner.

"Et tidligere uformelt forslag, jeg har fremsat, er, at opbevaringen skal være længere i Kina, " sagde han. "I store byer, som Beijing og Shanghai, vores belastning er omkring 60 procent om natten, omtrent som storbyer i USA - men i det vestlige Kina, fabrikker kører 24 timer. Belastningen om natten er omkring 80 procent af dagtimerne, det forsvinder ikke rigtig, så de har brug for langtidsopbevaring; mindst 10 timer."

Et helt strømsystem simuleres. Dr. Zhang og ph.d. kandidat Ershun Du ved Beijings Electrical Engineering-afdeling på Tsinghua University hjalp med at designe analysesoftwaren, ved hjælp af strømsystemdata fra genererings- og transmissionsudvidelsesplanlægnings- og belastningsforudsigelsesdata.

"Analyseværktøjet eller softwaren, som vi bruger, er internt udviklet software af vores team; GOPT Det er et strømsystem-operativsystem-software, der er i stand til at udføre elsystemafsendelse året rundt under hensyntagen til en bred vifte af genereringstyper og detaljeret AC/ DC-strømnet og praktiske afsendelsesregler" Du forklarede. "Softwaren simulerer energisystemets drift gennem en lang tidsperiode ved hjælp af tilstrækkelige mængder af VRE -udgangsscenarier, så den er i stand til at levere et pålideligt skøn over økonomien i drift af elsystemet med vind, PV og CSP."

Dataene kommer fra planlægningen af ​​elkraftplanlægning for hver provins.

"Vi udførte denne analyse for at simulere, om investering i CSP-anlæggene er økonomisk eller ej i Qinghai-provinsen og Gansu-provinsen, for at begrunde, hvor stor eller hvor stor fordel CSP-kraftværkerne kan bringe, " sagde Du, som i 2017 var gæsteforsker ved NREL, hvor relaterede undersøgelser har estimeret den værdi, som CSP tilfører nettet inden for Western US Interconnect.

Konstatering:CSP-fordele opvejer omkostningerne i begge provinser

CSP bragte den største fordel for Gansu-provinsen, hvor det ville reducere den begrænsede sol- og vindkraft, men også reducere omkostningerne til eksisterende kulfyret elproduktion ved at reducere brændstofomkostningerne, stigende omkostninger, og start-stop-omkostninger, da den forsøger at fylde mellem stadigt voksende sol og vind.

I Qinghai-provinsen, fordelen ville være lavere. CSP ville blive bygget i et højt ørkenområde, hvor adskillige store floder udspringer i de høje bjerge. "De er to meget forskellige strømsystemer, og vi fandt ud af, at CSP har flere fordele i Gansu-provinsen, fordi Qinghai -provinsen allerede har en masse Hydro, " Du forklarede. Ligesom CSP, hydro kan sendes, gør det til en lige så god "filler" med PV og vind.

I Gansu, fordelsværdien var mellem 24 og 30 cents pr. kilowatttimes produktion (0,238–0,300 $/kWh). I Quinghai, med rigeligt hydro, den niveauerede ydelsesværdi var under 20 cent (0,177-0,191 $/kWh).

"Vi oplever, at selv med en højere startomkostning til at bygge CSP, at investere i CSP er stadig økonomisk i begge provinser på grund af dets meget høje eksterne fordele ved at rumme vindkraft og PV, hvilket fører til lavere omkostninger over tid i driften af ​​elsystemet, " konkluderede Zhang. "Men, CSP-subsidier er stadig nødvendige for at internalisere fordelen for at tilbagebetale dens tunge investering.