作为芬兰的一家历史悠久的科技创新型能源企业，瓦锡兰公司（Wärtsilä）积极参与全球碳中和进程，并为中国新型电力系统提供灵活性技术方案。
芬兰的碳中和目标
地处北欧的芬兰一直是能源清洁低碳转型的坚定倡导者和积极推动者，芬兰煤炭和石油资源匮乏，能源消费依赖进口，然而通过不断的技术创新，当前芬兰是欧盟国家中可再生能源利用率最高的国家之一。2019年，芬兰终端能源消费中可再生能源占比43．1％，在欧盟国家排名仅次于瑞典排名第二。
芬兰确定了2035年碳中和的目标，并决定2029年淘汰煤电。芬兰的能源转型还在不断加快速度。芬兰在智慧能源和电力系统灵活性等领域的很多技术有助于提高电力系统的经济效益并处于世界领先地位，拥有诸多在世界范围内被广泛认可的知名能源企业和解决方案。随着风光等可再生能源比例的不断提高，电力系统对于灵活性的要求随之提高。芬兰的火力发电厂灵活性改造技术、热电解耦技术，以及基于北欧电力现货市场的智慧电厂运营技术等都对中国电力系统提升灵活性具有借鉴意义。如果同时考虑灵活性和效率因素，内燃机（ICE）发电机组灵活性更高且效率更高，而瓦锡兰公司在此领域具有领先技术。
瓦锡兰公司简介
现在瓦锡兰是一家在芬兰赫尔辛基的纳斯达克上市的公司。追溯历史，瓦锡兰创立于1834年，起初是一家小小的锯木厂。1851年，由锯木厂发展为钢铁厂，在1908年，瓦锡兰发展为现代化的钢铁厂。经一战和二战，瓦锡兰逐步成长为一家多元化经营的全球化公司，成为芬兰最大的企业。至1961年，在著名的Wilhelm Wahlforss卸任公司CEO之时，他留给瓦锡兰的是六大产业，钢铁、柴油机、玻璃、门锁、船舶和造纸机。
进入21世纪，低碳能源技术成为瓦锡兰公司的核心技术。从柴油机技术起步，瓦锡兰快速发展为海洋和能源市场智能技术和全生命周期解决方案的全球领导者。今天的瓦锡兰，“以智能技术驱动可持续发展社会”为愿景，净营业额达52亿欧元，员工人数约19，000人，在全球80多个国家开展业务。在能源方面，瓦锡兰的产品包括灵活的发电厂、能源管理系统和储能系统，优化客户的能源系统和对其资产进行未来规划，帮助客户释放能源转型的价值。
瓦锡兰（Wärtsilä）的灵活发电技术和储能解决方案，可帮助中国能源行业在大规模并网的同时维持电网的稳定性，从而减少电力系统对煤炭的依赖，进而降低二氧化碳排放水平。并且，在未来燃气内燃机（ICE）发电厂可以过渡到使用合成燃料发电，以进一步实现中国2060年的碳中和目标。
瓦锡兰公司的碳中和目标
瓦锡兰公司也为自己制定了2030年碳中和的目标，包括两个主要目标。一个是在2030年实现公司运营的碳中和。第二个目标是提供为零碳燃料做好准备的产品组合。
瓦锡兰公司自身运营碳中和目标涵盖公司自身运营的直接温室气体排放，包括研发和工厂发动机测试区域，即范围1的温室气体排放，以及购买的能源，即范围2的温室气体排放。瓦锡兰的脱碳关键举措包括节能、绿色电力采购、转换燃料、使用更高效的技术以及对难以减少的排放使用抵消等措施。
第二个关键气候目标涉及瓦锡兰的产品组合以及到 2030 年实现零碳燃料的准备情况。在全球范围内，能源和海洋部门仍然依赖化石燃料的使用。瓦锡兰目前的产品组合已经使其客户能够改用碳中性燃料，例如生物燃料或合成甲烷。从化石燃料到碳中和或无碳燃料的转变将逐渐发生。
瓦锡兰与芬兰Q Power公司签署了一项协议，双方计划在2020年10月至2021年4月间建造一座生物甲烷化技术应用移动示范设施，在全球拓展生物甲烷化技术，加速可再生燃料开发与应用。生物甲烷化是一种生产合成甲烷的能量转换技术。该技术从氢气和二氧化碳中生产生物甲烷，甚至可以利用排放物和废物作为原料，这将显著提高生物甲烷的可再生性。
2021年，瓦锡兰还要开展纯氢和纯氨发电的测试。不久前，瓦锡兰启动了氢氨无碳燃料测试项目。测试结果非常令人鼓舞，其中一台测试的内燃机在典型的船舶负载范围内在使用70％氨含量的燃料时运行良好，另一台纯氢运行的内燃机测试也非常成功。据瓦锡兰相关工作人员介绍，燃料测试将在未来几年继续进行，目的是为发电厂和海洋应用确定最可行的内燃机的解决方案，实现向绿色燃料脱碳未来的转型。瓦锡兰计划在2023年完成第一个 power－to－X 和 X－to－power 演示项目。在能源市场，预计到2025年瓦锡兰将有纯氢运行的内燃机和电厂，预计在2023年可以推出纯氨燃料内燃机。
瓦锡兰总裁兼首席执行官 Håkan Agnevall 评论道：“这些新的雄心勃勃的“目标30”气候目标表明了我们对实现可持续社会目标的承诺。我们的目标是支持我们的客户的脱碳之旅，从而为海洋和能源行业塑造一个可持续的未来。我们的产品、解决方案和服务将满足严格的环境要求，我们为这些行业提供动力的发动机的燃料灵活性是实现转型的关键。”
中国的新型电力系统建设需要灵活性
近年来，我国可再生能源迅猛发展，但电力系统灵活性不足、调节能力不够等短板和问题突出，制约更高比例和更大规模可再生能源发展。未来我国实现2030年前碳达峰和努力争取2060年前碳中和的目标任务艰巨，需要付出艰苦卓绝的努力。
2021年3月，中央财经委员会指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。实现碳达峰关键在促进可再生能源发展，促进可再生能源发展关键在于消纳，保障可再生能源消纳关键在于电网接入、调峰和储能。
国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》特别强调在加快建设新型电力系统方面，大力提升电力系统综合调节能力，加快灵活调节电源建设，引导自备电厂、虚拟电厂等参与系统调节，建设坚强智能电网，提升电网安全保障水平。
2021年8月，国家发改委和国家能源局发布发改运行〔2021〕1138号文件《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》
文件明确，鼓励发电企业自建储能或调峰能力增加并网规模。在电网企业承担风电和太阳能发电等可再生能源保障性并网责任以外，仍有投资建设意愿的可再生能源发电企业，鼓励在自愿的前提下自建储能或调峰资源增加并网规模。对按规定比例要求配建储能或调峰能力的可再生能源发电企业，经电网企业按程序认定后，可安排相应装机并网。
11月10日，国家能源局综合司《关于推进2021年度电力源网荷储一体化和多能互补发展工作的通知》，文件要求各省级能源主管部门组织推进本省（区、市）的“一体化”项目电源开发地点与消纳市场。文件强调，申报电力多能互补项目，应强化电源侧灵活调节作用，在不降低存量电源参与系统调节能力的前提下，重点通过挖掘配套电源的调峰潜力，激发存量电源调节积极性与潜力，优化配置增量调节性电源或储能，进而实现各类电源互济互补。
灵活发电技术已经成为构建新型电力系统的重要支撑。建设新型的电力系统需要中国的电网在未来拥有更多的灵活性。无论是灵活的天然气、储能的应用，还是灵活的调节资源都非常的关键。
增强电力系统灵活性：芬兰经验在江苏的应用
瓦锡兰公司增强电力系统灵活性的经验已经开始探索在江苏省的应用。
江苏省是中国经济发达省份，可再生能源发展也非常快，其可再生能源发电量约占全省发电总量的17％。随着可再生能源发电规模的迅速增加，江苏省电力系统对灵活性的需求持续增长。2017 年，江苏全社会最高负荷首次破亿，成为国家电网公司首家负荷突破 1 亿千瓦的省级电网。2018 年全社会用电量6128亿千瓦时，同比增长 5．5％。在电量持续增长的同时，江苏风电、光伏机组的装机容量有了迅猛的发展，2010－2018年期间，风电装机增加了4．8倍，而光伏装机增加了约100倍，预计未来光伏装机有进一步加快的趋势。在江苏省能源局发布的《江苏省提高电力系统调节能力的指导意见》中，提出了对提高系统灵活性和适应性的多措并举，以此实现电力系统安全、高效、清洁、低碳的发展路径。
2018年中国和芬兰两国能源主管部门签署《中芬能源合作工作计划》，明确电力系统灵活性是下一步重点合作领域之一。2019年，在中芬双边能源合作的平台上，瓦锡兰与中国电力规划设计总院共同发起了中芬能源重点合作项目“增强电力系统灵活性：芬兰经验在江苏的应用”研究项目，该项目是旨在通过提高江苏省电力系统灵活性，找到江苏省发展可再生能源 （RES）的最佳路径。
2020年11月13日，中芬智慧能源（南京）论坛在江苏南京举办，《江苏省电力系统灵活性提升展望》报告在论坛上正式发布。解释了如何利用灵活技术，如燃气内燃机（ICE）发电厂等实现快速启动，从而在平衡间歇性发电和波动性发电的同时，确保电网连续提供稳定、可靠的服务。
《中国江苏正迈向高可再生能源的未来》白皮书通过对电力系统建模，显示了江苏省将从可再生能源份额的增加和电力系统灵活性的提高当中受益。白皮书还阐述了如何在保持电力系统稳定性和可靠性的同时，构建大规模可再生能源整合的最佳途径。
瓦锡兰在江苏省开展的电力系统建模分析，目的有三：其一，理解电力系统的运用及基本要素，以阐明能源系统在未来可能遇到的挑战；其二，量化不同电厂在系统层面的效益，理解灵活性在电力系统中的价值，以达到优化电力系统总成本，找出优化能源组成结构；其三，理解和推广高质量建模，以帮助能源供应与运行储备协同优化，并积极开发新的建模方法。
该课题的系统建模预测了三种场景：第一种是基准（低可再生能源），要求在现有发展规划的基础上，到2030年新增风电装机容量与太阳能发电装机容量均为30吉瓦；第二种是中等可再生能源，到2030年，新增风电装机容量将达到50吉瓦，新增太阳能发电装机容量60吉瓦；还有一种是高再生能源，到2030年，要求新增风电装机容量85吉瓦、新增太阳能发电装机容量80吉瓦。根据高可再生能源情景建模显示，到2030年，江苏电力系统中风能和太阳能发电的比例将增加到30％。随着我国“双碳”目标的实施，瓦锡兰认为，在系统建模中预测的第三种高再生能源场景是完全可以实现的。未来，随着可再生能源大规模的接入，电网对于调峰调频的需求也会越来越显著。
瓦锡兰在白皮书中认为，江苏电网需要大规模的可再生能源，以降低电力系统成本，实现更可持续的能源生产。在可再生能源大规模接入的情景下，电力系统对灵活性电源的需求将大幅增加，通过保持现有煤电装机规模并实施灵活性改造，同时通过新建燃气轮机、高效灵活燃气内燃机、电池储能等多种灵活性电源选项，能够有效满足未来电力需求增长，同时满足系统可靠运行需要。瓦锡兰的灵活发电技术和储能解决方案，可帮助中国能源行业在大规模并网的同时维持电网的稳定性，从而减少电力系统对煤炭的依赖，进而降低二氧化碳排放水平。进一步挖掘现有天然气电站调峰能力，同时推进多种形式的天然气调峰电源建设，结合芬兰先进技术经验和应用实践，综合考虑技术和经济因素，适时引入超灵活内燃机作为新的气电调峰电源选项，作为传统燃气轮机电站的有益补充。
尤其值得注意的是，高效内燃机电站具备负荷快速升降能力，这样系统在整合可再生能源时能够满足短期快速响应的需求。随着更多的可再生能源并入江苏电网系统，一些灵活技术的应用，例如燃气内燃机（ICE）发电厂，可以通过迅速启动，来满足平衡间歇和电力波所带来的快速响应需求，确保电网的稳定和可靠。当可再生能源电力恢复工作时，这些内燃机也可以快速响应停机”。
白皮书总结到，提高可再生能源占比将为江苏电力系统节约近640亿元人民币的总成本，到2030年，总碳排放量将减少25％以上。
值得关注的是，2020年底，瓦锡兰集团与中国华能集团子公司华能江苏能源开发有限公司签订了战略合作框架协议，双方将基于燃气内燃机技术，研发出更可持续且更加灵活的发电方式。
瓦锡兰的灵活性电厂方案
瓦锡兰长期致力于提高内燃机效率，成功研制出了现有原动机中效率最高的内燃机。其中一个关键便在于开发了集成内燃机功能，实现了低排放和高内燃机效率。
瓦锡兰公司发布的“灵活性电厂报告”主要有以下主要内容。
瓦锡兰的一座100兆瓦的发电站，无论在运行功率低至11兆瓦，或是高至105兆瓦，发电效率始终能够保持在47％至48％之间。
一座250兆瓦的发电站，发电功率低至18兆瓦，或是高至255兆瓦，发电效率始终可以保持在超过46％的水平。
环境温度上升的情况下，瓦锡兰的高灵活性发电站的输出功率和发电效率降低的非常有限，显示了卓越的运行灵活性。
瓦锡兰的灵活发电解决方案提供了能源效率、燃料和操作灵活性、从峰值到基本负载应用的高可靠性以及采用未来合成和可再生燃料的准备的独特组合。
瓦锡兰能够通过优化客户的能源系统和对其资产进行未来规划，帮助客户释放能源转型的价值，产品包括灵活的发电厂、能源管理系统和储能系统，以及包括GEMS 能源管理平台确保提高效率和保证性能的生命周期服务。
近期，瓦锡兰发布了一则“关于中国能源市场愿景”的视频，瓦锡兰基于在可再生能源领域的长期努力，希望参与到中国能源脱碳的行动之中，与中国的合作伙伴共同建设一条清洁、低碳、可持续的道路。
视频指出，每个国家、每个城市、每个客户都有自己的脱碳之路，瓦锡兰会帮助客户找到最适合自己的道路。迄今，瓦锡兰已为全球各地180个国家交付了74Gw电厂容量和80多套储能系统，用行业领先的灵活技术助力合作伙伴可再生能源并网，构建可持续的低碳能源未来。
必须要提及的是，在未来，燃气内燃机（ICE）发电厂可以过渡到使用合成的零碳燃料发电，以进一步实现中国2060年的碳中和目标。
评论
瓦锡兰公司的以高灵活性燃气内燃机发电厂为代表的灵活发电解决方案对于中国建设新型电力系统非常有意义，试对其适用范围做一点评论和建议。
第一阶段有以下合适优先建设的地点有：
1、江苏、浙江、广东等东部沿海地区。这些省份的海上风电正在快速发展，迫切需要大量的灵活性。瓦锡兰公司的燃气发电技术相比目前的燃煤发电能够有效减排，同时提高电网的消纳能力接纳更多的海上风电。
2、四川和重庆。这两省有较丰富的天然气资源，瓦锡兰的高灵活性燃气机组有助于当地接纳更多的风电和光伏。如果用燃气机组代替现在规模已经不大的燃煤电厂，四川可以成为中国首个弃煤电的省份，率先建成近零碳电力系统。
3、西北地区。利用当地的煤层气资源和天然气资源，可建设高灵活性燃气机组，从而可以匹配建设大规模的风电光伏项目。西北地区燃煤电厂众多，把老旧燃煤电厂置换为高灵活性燃气机组可以实现多赢。
4、北京、上海。北京目前的燃气电厂是作为主力电源在发电，如果更新升级为瓦锡兰的高灵活性燃气机组，有利于北京接纳张家口等城市的风电光伏，提高北京绿电的比重。上海目前还有不少燃煤机组，用瓦锡兰的高灵活性燃气机组来替代是很有意义的。
随着中国双碳工作持续深入，电力系统的碳强度不断降低，瓦锡兰的双燃料发动机还能在零碳电力系统当中发挥积极角色。西北地区的大规模的风电光伏基地将会制取大量氢、甲烷和氨，海上风电也会是制氢基地。瓦锡兰的双燃料发动机通过燃烧绿氢、绿色甲烷和绿色甲醇等零碳燃料，在为电力系统增加可再生甲烷的比重，降低电厂的碳排放，并最终实现零碳资料。
如果说2060年中国碳中和的时候还有规模化的化石能源机组尚未退役，那我认为，最有可能的就是燃烧零碳燃料的高灵活性燃气发电机组。
结语
2019年9月底，我曾去芬兰赫尔辛基参加世界低碳城市大会，并考察在芬兰最大能源公司Fortum的总部，并去Fortum公司在埃斯波市的燃煤电厂考察储热水罐、热泵、开放式区域供热等灵活性措施。2020年2月，我自驾车考察了芬兰的罗瓦涅米、奥卢、瓦萨、坦佩雷、赫尔辛基等市。2021年1月，在我担任负责人的清华大学·大同第二届国际能源转型论坛上举办了中芬分论坛，介绍芬兰能源行业碳中和的经验等。自2020年6月至现在，我正在参与中芬科技合作项目“新型城镇能源互联系统研究”课题的研究工作，这是国家科部重点研发计划政府间重点专项项目。此次诚挚把芬兰企业瓦锡兰公司的灵活性发电技术方案向大家推荐，期待瓦锡兰为中国新型电力系统建设做出积极贡献。
