HZ公司新建储能项目可行性研究_曹立爽.pdf-solarbe文库

资源描述：

分类号学校代码 10426密级学号 F402007001专业硕士学位论文 PROFESSIONAL MASTER DEGREE THESISHZ 公司新建储能项目可行性研究作者曹立爽指导教师邱立新学科专业工商管理专业代码 125100研究方向项目管理2022 年 5 月 18 日ＨＺ公司新建储能项目可行性研究 学位论文完成日期 ２０２２年５月 指爾签字 抑物 ｔ 答辩委员会成员签字 ０一 HZ 公司新建储能项目可行性研究摘要在 “ 3060” 双碳目标的大背景下，中国的能源行业正在向绿色、低碳的方向不断转型，随着特高压输电技术、清洁能源的不断发展，以风能、光伏为代表的新能源占比不断加大，传统火电行业面临着越来越严重的生存危机。 HZ 公司是一家于上世纪 90 年代建成投产的燃煤火力发电企业，各项经营指标也在持续恶化，能否通过新建储能装置获得收益并提升企业在新形势下的运营能力是本次研究的目的。本文主要研究内容是分析 HZ 公司目前面临的经营困境，并努力结合储能技术提供解决问题的方案。文章首先通过开展对机械储能、电化学储能、压缩空气储能等多种技术的分析和优劣势对比，寻找到适合公司生产需要的技术路线；然后，结合当前国内储能技术商业化发展现状，确定设备选型和工程实施方案；再根据所选定的方案，通过项目整个生命周期主要成本和收益的比较，并结合项目环境、社会等多方面进行可行性研究与论证；最后对项目建设、运营、报废各个阶段的风险进行了定性的评估分析，并给出了解决措施。本文在研究中运用项目生命周期理论对 HZ 公司新建储能项目各个阶段开展了研究分析，并利用净现值法、 PEST 分析法等管理学方法对项目的技术、经济、社会和环境四个方面的可行性进行了详细的论证，结合项目各个阶段的风险分析给出防范风险的建设性意见。最后，本文认为 HZ 公司应当充分利用现阶段国家对储能项目的支持政策积极推动项目实施，及早建立创新应用的先发优势，提升企业在智能化电网发展中的竞争能力，实现公司传统火力发电机组的绿色转型。关键词火电厂储能技术可行性研究全生命周期 FEASIBILITYSTUDYONNEWENERGYSRORAGEPROJECTOFHZCOMPANYABSTRACTChinese energy industry is transforming to the green and low-carbon directionconstantlyinthe background of the“3060“ double carbon goal.The proportion ofnewenergy which represented by wind energy and photovoltaic is increasing with thedevelopment of ultra-high voltage transmission technology and clean energy,the traditional thermal power industry is facing a serious crisis of survival. HZ companywhichwas completedand put intooperationinthe1990sisa coal-fired thermal powergeneration enterprise,various business indicators of company are also deteriorating.The purpose of this study is to determine whether the new energy storage device canget some new income and improve the operation capacity of the enterprise under thenewsituation.The main contents of this paper are analyzing the current operating difficultiesfaced by HZ company and providing solutions of combined with energy storagetechnology. Firstly, the paper try to finds out the technical route suitable for theproduction needs of the company by analyzing and comparing the advantages anddisadvantages of mechanical energy storage, electrochemical energy storage,compressedairenergystorageetc.Wewanttofindtheequipmentselectionandprojectimplementation plan combined with the current domestic energy storage technologycommercialization development status, After this, according to the selected scheme, thefeasibility study and demonstrationare carried out through comparison of the maincosts and benefits of the project s whole life, environment, society and other aspects;Finally, give some solutions of risks which the risks in each stage of projectconstruction,operationandscrapping.In this paper, the project life cycle theory is used to carry out research andanalysis on each stage of HZ company s energy storage project. The feasibility of theproject in four aspects of technology, economy, society and environment isdemonstrated in detail by using management methods such as net present valuemethod and PESTanalysis method, and giving some suggestions to prevent risks withthe risk analysis of each stage of the project. Finally, this paper believes that Hzcompany should make full use of the current national support policies of energystorageprojects,establishtheadvantageof innovativeapplicationsassoonaspossible,enhance the competitiveness in the development of intelligent power grid, and get the greentransformationfromtraditionalthermalpowergeneratingunits.K EY WO RDS thermal power plant energy storage technology feasibility study lifecycle 目录1 绪论 .11.1 研究的背景、目的和意义 .11.1.1 研究的背景 .11.1.2 研究的目的和意义 .41.2 国内外研究现状 .61.2.1 国外研究现状 .61.2.2 国内研究现状 .81.2.3 文献综述 .101.3 研究思路 11 1.4 主要研究内容与方法 .121.4.1 研究内容 .131.4.2 研究方法 .132 相关理论与方法 .152.1 理论基础 .152.1.1 项目生命周期理论 .152.1.2 财务分析理论 152.2 主要方法 .162.2.1 净现值法 .162.2.2PEST分析法 162.2.3 风险定性分析法 .163 H Z 公司新建储能项目概要 17 3.1 项目背景 .173.2 项目总体规划 .193.3 工程技术及实施进度规划 .203.4 运维方案规划 .234 H Z 公司新建储能项目技术方案选择 254.1 储能技术分析 .254.1.1 机械储能 .254.1.2 电磁储能 .26 4.1.3 电化学储能 .274.1.4 储热技术 .284.1.5 氢储能技术 .284.2 项目需求 .294.3 技术路线选择 .304.3.1 储能技术对比 .304.3.2 技术对比结论 .314.4 工艺设备选择 .314.4.1 磷酸铁锂离子电池 .324.4.2 钛酸锂离子电池 .324.4.3 三元锂离子电池 .324.4.4 选型结论 .33 4.5 本章小结 .355 H Z 公司新建储能项目经济可行性分析 365.1 经济参数评估 .365.2 经济可行性测算 .365.2.1 投资测算及融资方案 .375.2.2 项目运行成本预测 .385.2.3 偿债能力分析 .395.3 项目效益评价 .405.3.1 经济效益分析 .405.3.2 环境效益分析 .455.3.3 其他效益分析 .45 5.4 本章小结 .456 H Z 公司新建储能项目环境可行性分析 466.1 施工期的环境影响分析 .466.2 运营期的环境影响分析 .477 H Z 公司新建储能项目风险管控 497.1 项目风险识别 .497.2 项目风险应对措施 .518 结论与建议 .54 8.1 主要结论 .548.2 建议 .54参考文献 .56致谢 .59攻读学位期间发表的学术论文 60 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 绪论1.1 研究的背景、目的和意义1.1.1 研究的背景全球二氧化碳等温室气体的排放量大幅增加被公认为与气候系统的许多变化直接相关，伴随着全球工业革命的推进，最近 20 年发生的自然灾害事件不管是在次数上还是在影响上均远超历史。部分地区出现农业和生态干旱，强热带气旋的比例增加，北极海冰、积雪和多年冻土逐渐融化、减少，气候变化加剧水循环，影响降雨分布性，导致沿海地区海平面持续上升。在 2015 年的巴黎协定中，协议各方已约定了 “ 在本世纪末以前，必须控制地球升温于 2℃ 以内，更进一步将地球升温控制在 1.5℃ 之内 ” 。相比于工业化之前的生活水平， 2011 至 2020 年的全球地表温度已升温近 1℃ ，距离巴黎协定目标的 1.5℃ 只剩 0.5℃ 的空间。作为世界最大的发展中国家，中国也是落实巴黎协定的积极践行者。 2021年 9 月，中国政府表示，我国将加强对国家自主贡献力量，出台更为得力的优惠政策和措施，积极争取在 2030 年前二氧化碳排放量达到峰值，并极力争取在 2060年实现碳中和。到 2030 年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下降 65以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到 25左右，森林蓄积量将比2005 年增加 60 亿立方米，风电、太阳能等新能源发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上 [1]。政策指引着市场的发展方向。近些年来在国家的大力推动下，我国以风能和光伏等为代表的新能源行业获得了飞跃式的发展，各地的装机容量在不断的突飞猛进。而当电力系统中，以风、光为代表的新能源装机容量超过了相应规模时，由于功率波动或风能场因故而整个脱离运营，就可能会导致系统有功和负载相互之间的动态不均匀，导致系统频率偏移，更严重的就会导致系统频率范围越限，从而危害电网的安全运营。现有调频容量不足的问题突显，亟需新的调频手段的出现。电力系统的物理特性要求电网要有一套完善的调节机制和能力才能为国民经济的发展提供稳定的支撑，无法在全时域内抑制电压和频率的波动将严重威胁 HZ 公司新建储能项目可行性研究 2 国家经济民生的稳步发展，特别是部分例如化工、冶金等启动和停止费用都非常高昂的行业，不稳定的电力供应将会极大的提高生产运营成本，降低企业的市场竞争力，甚至造成设备设施的损坏。电力从发明到现在经历了 200 余年的发展，在现有发电技术以及我国的国情综合分析下，如果要在所有区域内实现全时域的电力调节，特别是在未来绿色新能源占比不断加大的背景下，除火力发电机组外要大力发掘容量更大、更可控、运营成本更低的储能技术，才可以实现电力和整个能源行业的绿色转型升级。经过多年的研究与发展，通过查阅相关文献资料，国际国内可实现商业化运营的储能技术类别主要根据能量储存介质的不同分为机械储能、物理储能、电化学储能以及氢储能等几大类。其中，电化学储能中的电池储能由于受自然环境影响小、易于规模化发展、运营成本可控等多方面优势，获得了许多国家的青睐，在电池技术上的投入也是越来越多，近年来无论是从容量重量比、充放电次数、安全性等多个方面都获得了长足的进步。一般来说，我国电网 AGC 的调频功能，一般是包括以水电、火电机组等常规电源设备供给。因为上述电源系统均由带有转动惯性的机械元件构成，尤其是火电机组的 AGC 调整频率特性，与我国电网的调整期望比较还有一定差异，主要体现为调整的滞后、偏离（超调和欠调）等现象，如图 1-1 所示图 1-1 火电机组负荷与 AGC指令偏差Fig1-1DeviationbetweenunitpowerloadandAGCorder电化学储能系统具备迅速反馈、精准跟踪的特性，较传统调频手段更加有效。近年来，以大型的电池式储能系统取代传统发电机进行调频，已引起了业内人士的广泛重视。与传统供电方式比较，以储能系统为供电主体进行调频的技术优越性比较突出，同时经济效益也将逐步显现，可有效提高供电系统的运营效益。青岛科技大学研究生学位论文 3 对电化学储能系统来说，在额定容量范围内，都能够在一秒内近乎 100的精确度实现对给定输出功率的传递，其综合反应力量能够充分适应在 AGC 调频对发电端的输入输出功率转换需要，也大大超出了常规火力发电厂的调节能力。若充分使用电储能在频率调节方面的技术，则 AGC 跟踪曲线可能几乎完全和AGC 指令曲线重叠，而调整方向、调制误差和调整时间滞后等问题则不会发生。结合了储能技术的 AGC 自动追踪曲线基本和 AGC 指示曲线重合，即反向调整、偏差调节和延时调整等问题也不会发生。储能的综合 AGC 调节特性要远远好于火电机组，如图 1-2 所示图 1-2 储能联合火电机组调频Fig1-2Frequencyregulationofenergystoragecombinedthermalpowerunit根据系统的 AGC 调频功能，储能技术的调整能量将几倍于传统发电机组。假定区域电网在 5min 内有 100MW 的功率提升需要，则系统总体的爬坡能力需求将是 20MW/min。如果假设火电机组的爬坡速率是总容量的 2/min，那么需要一个容量是 1000MW 的火电机组来进行调整 .而同样的需求下，使用一个 20MW 的储能系统就可以在瞬间实现提升功率的需求，而在该调节速度要求下， 1MW 储能系统所带来的 AGC 调频能量将等于 50MW 火电机组的调整能量，也就是说储能系统的调整功率替代效能将是传统燃煤发电机组的 50 倍。可以发现，电力系统的调节要求越是紧迫，储能技术的优点就越是突出。随着中国碳减排工作的不断深入压实，近几年，风电、太阳能等新能源的发电占比逐渐上升，而且为了鼓励新能源发展，在前期进行电价补贴的同时，国家还要求电网公司全额消纳新能源电量。但风能和光能为代表的新能源在能量转换中存在巨大的无序性和波动性，现阶段具有调节性的水电由于受自然资源分部和总体容量的限制，并不能承担起国内所有区域的调峰任务，而且由于水力资源贫 HZ 公司新建储能项目可行性研究 4 乏的东部地区恰恰是全国电力负荷消耗的中心。近些年来，特高压技术的发展虽然减小了部分发电和供电区域之间的不平衡，但受制于线路容量和安全性的因素，无法起到调节电网负荷的主力军作用。综合多方面因素，使得现阶段在我省内大规模火电机组必须常年担负着繁重的 AGC 调度任务，也带来了发电煤耗量增加、机组设备损坏严重等各种负面影响。传统的电能调频资源，已经无法适应可再生能源的入网要求。HZ 公司是一家建设于上世纪 90 年代初的火力发电企业，经过三十余年的发展和壮大，现有六台火力发电机组，总装机容量 1510MW，承担着山东省西南部地区电力主要支撑点的作用，为区域经济发展提供了强大的电力支撑。伴随着国家能源产业升级，对传统火力发电机组的供电煤耗、水耗、污染物排放等各方面要求越来越高。最初的两台 125MW 小型机组在下大力气进行升级改造后，依然面临着发电利用小时数逐年下降的问题，在能耗指标再次压紧后甚至面临关停的困境。对于后期建成投运的 330MW 火力发电机组，通过供热改造虽然降低了度电能耗，但依然存在利润空间小，经营风险高的问题。在电力市场化改革的今天，越来越多的新能源进入电网，公司机组承担着越来越重的调峰调频压力，机组负荷在高低限间快速波动，不但增加了煤耗还导致设备在反复波动中加剧磨损，进一步增加企业运营成本。随着电力市场化改革的不断推进，越来越多的电量参与到市场竞争中来，发电成本居高不下，严重威胁着企业的正常运营发展。小的升级优化和技术已无法满足日益趋严格的能耗和排放要求。另外，大规模不能持续稳定发电的新能源并入电网，使传统的火电等可调节机组承担了越来越重的调峰和调频压力，火电机组一次次的向更极限的调峰负荷推进。长期低于稳定负荷运行，会因锅炉热力低导致灭火，机组在非经济区间长时间运行也会造成发电成本升高，机组效率下降。 1.1.2 研究的目的和意义随着可再生能源在山东电网中所占比例的不断增加，储能作为一种灵活的供电方式，在维护电网稳定运行、保障新能源消耗方面发挥着越来越重要的作用。到 2021 年底， 35个新的储能项目已在山东建成投产，独立储能项目主要是光伏工程配套项目，其中大部分项目应用的是是以磷酸铁锂电池为储能单元的电化学储能技术。根据山东省煤电产业转型升级研究报告，考虑到储能高峰和促进新能源消费的作用，山东需要在 “ 十四五 ” 期间建设百万千瓦 2 小时储能项目。目前，山东省已经出台了一系列扶持政策，促进了储能产业的快速发展，但在储能产业的后续发展中仍存在一些问题，如主体地位不明确、盈利模式进一步探索、用户侧储能发展支持、废电池处理等。随着能源行业的不断改革，建设和投入使青岛科技大学研究生学位论文 5 用储能项目是大势所趋。传统的火电企业应该从被动变为主动，积极迎接行业的变化。如何通过升级改造或技术创新适应电网的发展和变化，在市场化改革不断深入的今天，适应电力市场的严酷竞争，关系到企业的生与死。经过相关技术文献的分析，通过增设容量和技术相洽的储能系统，可以利用峰谷电量差额套利并可以有效的降低公司现有火力发电机组的负荷变化幅度和速率，从而提高公司整体盈利能力和水平，同时兼顾存量火力发电机组的优化，减少了机组煤耗，降低了发电机组频繁变化所造成的额外损失，有效延长发电机组使用寿命，让企业在新的能源竞争环境下获得优势，促进企业的再发展。本文力图通过对现有产业政策和市场需求的分析研判，结合 HZ 公司生产实际，对新增储能项目进行可行性方面的研究，努力为项目实施中的决策层提供更好的理论支持和风险评估，有效地推动改造项目的实施，从而提高 HZ 公司传统火电企业的生存能力，在下一次能源改革中取得先行优势。此外，本文还将经济分析法、 PEST 分析法等管理理论方法应用于新建储能项目，并对相关理论在新领域中的应用进行了有益的探索。同时，本文还对项目实施过程中存在的风险以及风险控制对策进行了相当程度的研究。通过研究，可以有效的满足储能项目在推进过程中风险的预防和指明出现问题后解决方案制定方向的需求，有力的保障了项目可行性研究的深度和现实实用性。（ 1）理论意义在我国，可行性研究是在近些年来企业投资、项目工程建设及基础设施建设等领域得到了广泛运用的一门学科，是在项目投资和建设之前，结合项目的具体内容和相关市场发展为基础，采取科学性的评估方法进行投资效果调查的研究，更好地为方案或投资计划的推进提供关键性的借鉴和参考。通过可行性研究，探索出一条更好的推动项目科学化、民主化的发展，尽可能减少或规避投资决策失误，更好的提升收益率、成功率，增加社会经济效益的理论路径。可行性分析的推进以两个方面问题的解决为根本第一，确定项目实施中技术方面的可能性；第二，借助于各个方面的评估方案，制定出如何实施能够获取更好的经济效益、社会效益和环境效益。为传统火力发电企业增设储能装置，目前来讲还是一个比较新的领域，相关理论研究虽然有一些，比如储能参与调峰调频的经济的研究，或者电池技术在区域电力系统中的价值研究，但是具体和项目结合的可行性研究相对缺乏。本文通过对国家政策、电力行业发展等内外部条件的综合分析，努力在传统火电企业增设储能装置可行的基础上，利用管理学相关理论和工具，制定出一套适合大部分以煤电企业具有较高可操作性的工程发展规划，对项目的施工提出具体要求和办 HZ 公司新建储能项目可行性研究 6 法，力求实现其预期目标。在国家 “ 3060” 双碳目标不断推进的同时，发挥火力发电 “ 压舱石 ” 和 “ 稳定器 ” 的作用，为其他同类型火电企业的战略选择和发展提供可供决策借鉴的理论依据。（ 2）实践意义对于社会来讲，储能技术可以改变了供电企业在能源功率方面的问题，有效提升了电力设备效率，并减少了整个社会的供电成本。在用户侧则可以通过分时电价差有效降低用户整体用电成本，平稳用电电压波动，提升用户需求相应速度和可靠性，解决因外部因素导致的电力供应不足或者中断的问题。对于行业来讲，储能系统可以辅助火电机组的动态调整，从而提升火电机组的工作效能，降低动态运行对设备带来的额外损耗，进而带来减少燃料成本、减少机组维护和更新的成本、减少污染物的排放等收益，在我国，大型电力储能项目的建设尚处于探索和优化阶段，