热和电之间，会碰撞出怎样的火花？应该如何协同发展？
3月2日在常州召开的第四届中国储热大会上，我国清洁供热行业专家赵文瑛博士就《储热技术在新型电力系统中的作用》作主题报告。
▲清洁供热行业专家赵文瑛博士
我国供热行业的发展趋势
赵文瑛博士表示，自2017年起，国家开始在北方地区大力推进清洁取暖。根据行业的相关统计，截至2021年底，我国北方地区供热总面积225亿平方米，其中，清洁供热面积158亿平方米，清洁供热率超过70%。全国涉及清洁供热企业8250家，产业总产值9100亿元，从业人员达120万人，清洁供热产业是实现碳达峰碳中和目标的关键领域和重要抓手。
▲2016~2021年清洁供热率
党的二十大报告明确提出高质量发展目标。赵文瑛博士认为，高质量发展是经济社会发展的主题，其中最关键的是如何实现各个领域的绿色低碳发展；在双碳背景下，作为国家重大战略决策的“碳达峰、碳中和”在未来很长一段时间内将对我国能源生产消费产生深刻影响，而“1＋N”双碳政策体系也明确提出要继续推进北方地区清洁取暖，加快推进建筑供暖行业绿色低碳水平。
赵文瑛博士表示，我国在“十三五”时期实现了热源的清洁替代，主要表现为在热源侧进行了包括煤改气、煤改电等热源基础设施改造；“十四五”时期，“节能”成为第一能源，减污降碳、节能优先是行业的主要发展方向。
到2030年甚至更长的时间周期内，随着双碳目标的实现、电力系统的改变以及供给和消费侧结构的改变，供热系统也会发生显著变化。“所以我们现在要逐渐构建能够与新型电力系统相适应的新型供热系统，这是整个供热行业未来要逐步实现的新方向。”
清洁供热解决了“有没有”，但距高质量发展、现代化产业体系的要求甚远，需进一步解决“好不好”的问题，赵文瑛博士总结了目前供热行业在双碳战略中的重要地位，包括以下几方面：
1、供热行业碳排放量非常大。每年4~6个月的供暖季，北方地区农村加上城镇二氧化碳的排放大约10亿吨，这个量级基本上和整个交通行业的排放量相当。因此要实现碳达峰、碳中和，供热行业必须要实现绿色低碳发展，否则双碳目标就无从谈起。
2、供热行业节能潜力非常大。供热行业普遍面临基础设施相对落后、能耗较高的情况，通过智慧供热手段，能够实现10%~20%的节能，减碳潜力非常大。
3、供热在整个能源系统的地位非常关键。目前供热形式主要为热电联产机组，火电机组40%都是热电联产，热电解耦和煤电灵活性改造等新背景和新方向都给供热行业新的发展提出了更高的要求。”
为适应新型电力系统建设以及应对热力系统新趋势新变化，解决供热行业‘好不好’的问题，赵文瑛博士近两年在行业内首次提出了“新型智慧供热系统”的概念，主要从以下几个角度去理解：
1、新型智慧供热系统的目的：实现整个行业按需供热和精准供热，实现节能降碳。新型智慧供热系统的定义不应再局限于仅仅使用一些自动化、智能化的手段、设施或管理平台，而是一个涉及“源-网-荷-储”各个环节的系统工程。
2、新型智慧供热系统未来的定位包括：适应新型电力系统特点，是新型能源体系的重要组成部分，是建设新型能源体系的关键领域和全面提高建筑绿色低碳水平的重要抓手。
3、新型智慧供热系统的内涵：在双碳目标的导向下，以供热行业的信息化和自动化为基础，通过新一代的信息技术与供热系统涉及“源-网-荷-储”全过程的深度融合，最终实现按需供热和精准供热的新型供热系统。其涵盖的内容非常多，如积极推进煤电供热改造、供热管网节能降碳改造、建筑节能改造（三改造），推广多能互补、大数据调控调度系统及平台、供热计量（三推广）。协同推进节能、减污、降碳、扩绿，建设“源-网-荷-储”协同。
关于热电协同的思考
赵文瑛博士认为，热电协同的新型电力系统有以下几个特点：
1、新能源渗透率提升对电力系统平衡带来挑战。如它的波动性电力对电网的干扰性以及负荷侧需求的变化，包括早晚高峰、季节性的峰谷差都是新型电力系统所带来的挑战。因此未来新型电力系统希望有终端可调可控的柔性负荷以增加电力系统的惰性。这是电力系统面临的挑战，也是未来的需求。
2、关于电和热，从原理上来看，二者本身有极强的互补性。一般谈及电，都会想到发-输-配-用、实时平衡，且电力系统电压平衡方面非常稳定，电很难大规模存储，但电力终端可以计量。未来随着新型用电场景的出现也会呈现灵活无序的状态。
热是非常稳定的，并且很容易进行低成本存储。但热的温度、品位不同，其在计量、计价方面也是一个难点。
因此赵文瑛博士总结，电与热在源-网-荷-储方面会有很多性能上的互补。“从未来的趋势看，电力侧发-输-配-用要逐步实现解耦，追求热电协同，且从终端看，电和热未来都要实现可调可控、精细化管理。因此电和热未来在新型能源体系当中有非常强的协同和互补性。”
赵文瑛博士表示，储电与储热的一些场景也有很大的互补性。总体来说，在针对终端直接用热或直接用冷的很多场景，储热或储冷更具有竞争力。和储电相比，储热、储冷的成本非常低，大约相当于储电的五分之一到十分之一。
“现在国家大力推进长时储能，如抽水蓄能6~8h，压缩空气、液流电池可达到4h以上甚至8~10h，但这都是日内的调节，如果想做到更长周期的，单纯靠储电很难，但是对于热和冷的储存，大规模的周期甚至跨季节是非常容易实现的。”
赵文瑛博士指出，电化学储能目前最大的问题就是安全性，易发生起火爆炸等情况，但储热和储冷没有这方面的问题。并且针对终端用热或用冷的场景，通过储电之后还要实现转换——把电再转换成冷和热去利用。如果直接进行热和冷的储存，终端就可以直接利用，这是非常明显的优势。因此总体来说，相比储电，储热在终端直接利用冷和热的场景中具有非常大的优势。
赵文瑛博士还指出，在全球终端能源的消费之中，有大约50%的能源，其终端是直接用在冷和热之上，因此从市场空间来看，储热、储冷未来的市场空间也非常广阔。
热电协同的实践
1、新能源+供热
根据平高电气曾做的关于电极锅炉参与调峰调频的曲线测试，赵文瑛博士表示，电极锅炉不仅可以实现利用谷电调峰蓄热，而且在调频上也有非常好的贡献。从下图的曲线看，电极锅炉负荷的变化能够很好跟随风电场出力的波动，这种秒级响应的时间尺度在理论上是可以参与电力调频市场的。因此，电极锅炉对于电网是非常好的柔性负荷。
▲来源：平高电气
2、火电灵活性改造
赵文瑛博士指出，火电灵活性改造在十三五期间国家大力推行，但十三五时期电力市场的建设还比较滞后。十四五期间国家再次明确提出要新增2亿千瓦的煤电灵活性改造目标，重点对“三北”地区30万千瓦级和部分60万千瓦级燃煤机组进行灵活性改造。从外部环境来看，电力市场的建设无论中长期还是现货，包括辅助服务市场，其市场化机制都已具备较好的政策环境，因此火电灵活性改造在“十四五”期间已具备较好的经济性，与“十三五”相比也会推进得更快。
从具体技术路线上来看，火电灵活性改造最主要是在利用终端加上蓄热罐，实现火电机组的热电解耦和火电的深度调峰。
3、火电抽汽蓄能
赵文瑛博士还介绍了另外一种新的技术——火电抽汽蓄能。传统灵活性改造路线主要是终端加上电制热蓄热的设备，某种程度靠燃煤发电产生电，电再转化为热，从能源角度看有一定的浪费。但抽汽蓄能因为蓄的是高温蒸汽，从能量的转换角度它没有太大的能量损失，并且在未来可以针对南方市场的百万机组进行抽汽蓄能，是提高百万机组的灵活调节能力一个非常好的选择。
赵文瑛博士表示，在抽出蒸汽后，可以通过添加一个小型的蒸汽发电机组实现燃煤机组顶峰发电的能力。他指出，目前的电力系统对顶峰的能力有极强的需求，但不论是规划建设新的机组还是利用储能、储热手段，如何满足其中大概百分之十的尖峰负荷？赵文瑛博士认为，从经济性的角度看，这是一个非常不错的选择。“所以从未来新型电力系统的建设角度，抽汽蓄能是非常有前景的技术路线，但目前示范项目的落地等各方面还在推进之中。”
4、储冷技术
提及储冷，赵文瑛博士表示，储冷在南方包括工商业市场用途极广。如上图项目案例，上面用传统的制冷机组，机组工作小时数比较分散，没有明显的峰谷差，下面加上蓄冷之后，机组的工作时间大部分集中在晚上谷电的时候，这样对于节约用电成本效果非常显著。“我们也大概做了测算，不同地区基本上进行蓄冷之后平均电费能够节省40%左右，按照工商业的电价对比，很多工商业的场景可能在1~2年左右就可以实现投资回本，因此经济效益还是非常显著的。”
在政策方面，赵文瑛博士已向相关主管部门提交关于热源侧、热网侧、用户侧等政策建议的报告，并积极呼吁出台相关的产业政策。
赵文瑛博士表示，现在的“两个联营”指“煤炭+煤电”，“煤电+新能源”，应该再加一个“联营”，未来“新能源+供热”也是助力新能源消纳、系统调峰调频的一种新的重要联营方式。“我们一定要把储热和储冷作为非常重要的储能形式去看待，积极推广相关技术方案，推进项目的实施落地”。
