卢强院士讲解智能微能源网PPT课件.pptx

智能微能源网Smartmicro energygrid SMEG 清华大学电机系卢强2015年5月 2020 3 18 1 第一部分微电网与智能微电网 1 1微电网 Microgrid MG 定义 在一个最高电压等级小于35千伏 一般为10千伏 的区域内 由一种或多种新能源发电站和相应的储能设备以及本区用户相联接而成的电网 该电网所发之电能应以本区自用为主 其多余和不足之部分与外部配网双向互通 这样的电网称为微电网 以MG记之 储能电池 光伏电站 小水电站 风电站 逆变器 逆变器 自用AC负荷 10kvAC总母线 配电网 MG示意图 自用DC负荷 自用DC负荷 2020 3 18 第一部分微电网与智能微电网 微电网的几大特征 1 有一定容量的储能单元 2 严格实现CO2及其它污染物的零排放 3 所发出的清洁能源以区内自用为主 不足或多余之电量可与外部配电网 一般为35千伏 互调节 4 总装机容量一般小于双位数兆瓦级 2020 3 18 第一部分微电网与智能微电网 1 2智能微电网 SMG 定义 在微电网中可实现清洁能源发电 储电 自用电与外接配电网交互电能的自动优化控制 其优化控制以用电效率最高和年平均停电时间极小为指标 其控制过程与状态变化具有可视化功能 以SMG记之 储能设备 光伏电站 小水电站 风电站 逆变器 自用AC负荷 AC母线 逆变器 自用DC负荷 SCADA 趋优化控制中心 SMG示意图 配电网 2020 3 18 第一部分微电网与智能微电网 智能微电网的几大特征 1 具有微网的所有特征 特别是零碳排放的特征 2 自动实现发电 储电 自用电以及与外部配电网交互电量的趋优化控制 3 微电网内部的保护系统实现优化配置 其优化指标为设备安全和全微电网年平均停电时间极小 4 控制系统能实现微网与外部配电网 并网 与 离网 的干扰极小化 2020 3 18 第一部分微电网与智能微电网 1 3智能微网群 Thegroupofmicrogrids 定义 个智能微网以低于35千伏电压级的线路互联 并在该 个智能微网中自动实现以效率极大化 停电概率极小化为指标的 优化潮流 OPF 由该 个智能微网所组成的微网群 选择 个 接口 与外部配电网互联 凡符合上述整合标准的微电网群称之为 智能微网群 以SGMG记之 其优化控制与管理SEMS软件由清华大学免费提供 No 1SMG No 2SMG No SMG No SMG 配电网 配电网 No 1出线 No 出线 10千伏 2020 3 18 2 1压缩空气储能 CAES 原理 使用寿命长环境友好 零碳排放冷 热 电三联供 综合利用效率高 第二部分新储能技术及其工业化问题 2020 3 18 2 2压缩空气储能 CAES 物理试验系统 世界上首座无燃烧压缩空气储能试验电站 第二部分新储能技术及其工业化问题 2020 3 18 2 3压缩空气储能系统全景 第二部分新储能技术及其工业化问题 2020 3 18 2 4压缩空气储能系统视频介绍 第二部分新储能技术及其工业化问题 2020 3 18 2 5压缩空气储能 CAES 的储能密度 第二部分新储能技术及其工业化问题 储能密度表 即 2020 3 18 2 6与磷酸铁锂电池对比 第二部分新储能技术及其工业化问题 投资概算表 10兆瓦 发电4小时 注 CAES运行维护费远小于锂电池运维费 废旧锂电池的后处理成本较高 我国尚未建厂 2020 3 18 2 7天然的冷 热 电三联供系统 co generation 第二部分新储能技术及其工业化问题 性能概算表 10兆瓦 发电4小时 空气压缩过程产生的压缩热 可产生1 200吨120 的热水和20万m3的4 5 的冷气 故该CAES是一种天然的冷热电三联供系统 综合利用效率是目前储能系统中最高的 既然是冷 热 电三联供的系统 那就不仅是微电网而是微能源网 2020 3 18 第三部分结论 3 1给出了 微电网 的定义 微网以至少是一种新能源或一种可再生能源 如小水电站 与一种储能单元所组成的 所发电能以自用为主的 盈缺电能可与外部配电网互调的一种低电压电网 2020 3 18 第三部分结论 3 2给出了 智能微网 的定义 所谓智能微电网是一种具有多目标自趋优能力的微电网 其优化目标至少有两类 第一类属经济范畴 即高效率 充分利用能源 使损耗达最低值 第二类属安全类 安全性的高低是以用户年平均停电时间来度量的 应有标准 现尚无 2020 3 18 第三部分结论 3 3中国学派 今天在此正式提出 智能微网群 的新概念 并认为这是我国 智能微网 的发展方向 若按此理念建设 定会使中国智能微网的发展领先于世 此处应强调的是智能微网群将m个智能微网加以整合 其内部实现优化潮流 OPF 对外部有n个出线与配电网联接 其n应显著小于m 即n m 2020 3 18 第三部分结论 3 4重要的是提出了CAES的储能方式以取代磷酸铁锂电池 3 4 1锂电池不仅单位电度投资高于CAES 且二者寿命比为8年 40年 应指出锂电池的8年寿命为 理想 值 即每天深度充放电一次 且对其储存空间的温度 湿度参数要求很高 几乎应恒温恒湿 这样的要求对于东北如鞍山等城市需付出很高的额外代价 CAES运行寿命至少为40年 故二者全寿命周期投资之比为10 1 8 锂电池比CAES低5 6倍 还应强调指出 锂电池的后处理投资较大 约为新电池的25 30 2020 3 18 第三部分结论 3 4 2CAES是天然的电热冷三联供系统 这正是西方各国所热追的称为 co generation 的节能方式 CAES在储 发4万度电的情态下 能够供应1 200吨120 的热水和温度为4 5 的20万m3的冷气 供暖所用热量可覆盖1200户 至于4 5 的冷风正好是夏季蔬菜和水果保鲜所需求的资源 这种电热冷三联供的储能系统被证明是最节能的储能系统 2020 3 18 第三部分结论 3 4 3零排放 CAES无燃烧 故CO2排放绝对为零 空气进 空气出 像这种绝对零排放 电热冷三联供的系统是国网公司和清华大学的专利技术 是世界上目前独有的 2020 3 18 第三部分结论 3 4 4其可行性已被科学试验所证实 如上各位所见 在安徽省芜湖市国家级高新科技开发区 以院士工作站为依托 完成了一个 麻雀虽小 的500kW的CAES系统 运行一年证明符合设计要求 今年七月份验收 其中国网公司副总和科技部主任亲临现场 督导 给出很高评价称 为世界所独有 符合验收要求 2020 3 18 第三部分结论 3 4 5在鞍山市的推广应用的设想 以建设鞍山市智能微网群为目标 首先建一个10兆瓦 可发电45兆瓦时的CAES 作为一个光伏智能小区的示范项目 然后可提高至20兆瓦 并带动其他城镇智能小区的建设 需要国家政策的支持 主要是合理的电价政策 2020 3 18 第三部分结论 3 4 6设备国产化率与提供就业岗位 设备国产化率100 建立1 4智能鞍山市 约可提供50万个就业岗位 至少冬季供暖和夏季空调及蔬果保鲜供冷用 共减少标煤4 000吨 CO2减排约7 500吨 2020 3 18 第三部分结论 3 5对建设鞍山市智能微能源网群的建议 第1步 清查本市配电网和用电网的现况 特别查明那些全年几乎处于空载运行状态的线路和变压器 查明后绘制一张鞍山市2015年配网图 标明上述几乎空载运行的设备 新增线路及设备应按此改造现有配网 第2步 给出2020年和2050年鞍山市智能微能源网群的规划 亦即智能鞍山市的规划蓝皮书 第3步 按调研结果改造现有配网 第4步 2017年7月末建成