综合能源系统--2015-3-30ppt课件.ppt

分布式综合能源系统 东南大学二 一五年三月 报告人 顾伟wgu东南大学电气工程学院 1 目录 2 分布式发电技术 利用各种分散存在的能源进行发电供能的技术 如 风能 太阳能等可再生能源发电技术 天然气为燃料的冷 热 电联供技术 简称 CCHP 优点 可利用丰富的清洁和可再生能源 缺点 一些可再生能源具有间歇性和随机性 3 分布式发电发展政策 美国 通过生产税抵免政策和可再生能源配额等政策鼓励风电发展 2008年美国能源部开展了 20 风能目标可行性研究 认为2030年美国风电占总消费电量20 是可行的 欧盟 通过提供度电补贴的方式鼓励风电发展 一种形式是直接固定上网电价 电网企业按政府规定电价收购风电 另一种形式是风电项目参与市场竞价 政府在市场电价基础上基于一定补贴 2010年欧盟成员国提交了 可再生能源国家行动计划 中国 出台了 中华人民共和国可再生能源法 建立包含优先上网 标杆电价 成本分摊等相关内容的可再生能源政策体系 4 分布式发电现状 2000 2013年世界风电装机容量及增长率 全球风能理事会 全球已有103个国家和地区在开发和利用风电 2013年风电发电量约6400亿千瓦时 约占发电总量的2 9 5 分布式发电现状 2000 2013年世界太阳能发电装机容量及增长率 欧洲光伏工业协会 欧洲是目前光伏发电发展规模最大的地区 2013年太阳能光伏发电量约1600亿千瓦时 约占发电总量的0 7 6 分布式发电现状 2013年全球风电装机容量居前十的国家基本情况 资料来源 全球风能理事会 AnnualMarketUpdate2013 全球新能源发展报告2014 2013年全球光伏装机容量居前十的国家基本情况 7 中国分布式发电示范工程 河北张北国家风光储输示范工程 甘肃酒泉风电基地 青海格尔木光伏发电基地 浙江海宁分布式光伏发电 8 分布式发电前景广阔 对能源发展趋势的预测 德国乌帕塔尔气候环境与能源研究院 德国西门子研究中心 分布式可再生能源发电比例逐步提高 9 分布式发电并网带来的挑战 优点 接入方便 运行简单缺点 系统故障退出运行间歇性影响周边用户能源综合优化困难对电网运行调度提出了挑战上述缺点已制约了DG的发展 以分布式电源 DG 为单元 输电网络 高压配网110KV G G G G 中压配网35 10KV 低压配网0 4KV 负荷 负荷 DG DG DG DG DG 需要新的技术来解决分布式发电的高效利用问题 微电网 10 微电网定义 微电网简称微网 是由分布式电源 储能和负荷构成的独立可控供能系统 是发挥分布式电源效能的最有效方式 微网优势 实现多种能源综合互补利用保障重要负荷的持续供电解决偏远地区的供电问题提高供电可靠性和电能质量 分布式发电大规模工业化应用的关键实施能源可持续发展战略的重要手段 微网 11 微电网的主要作用 12 12 提高抗灾能力及应急供电 新农村电气化 最大化接纳分布式电源 节能降耗 提高能效 智能电网的有机组成部分 满足用户多类电能质量需求 12 国内外研究现状 13 美国 美国微网示范工程 CERTS 系统组成三台60kW燃气轮机三条馈线 负荷可分为一般负荷 可控负荷和敏感负荷 美国微网示范工程 NREL 微网组成200kW电网模拟燃气轮机 蓄电池 光伏 风机 柴油机直流母线 示范目的分布式发电系统可靠性测试分布式发电 微网运行导则制定 美国微网示范工程 DETL 微网组成电网模拟光伏 燃料电池 燃气轮机 风机 示范目的建立微网经济模型特定地点建设微网可行性加快微网技术和制度上认知度含分布式电源配电网规划 美国微网示范工程 Madriver 示范目的分布式发电系统可靠性测试 14 欧盟 示范目的 联网联网孤岛自动切换黑启动能力维持孤岛运行24小时蓄电池智能充放电管理 微网组成 380V 50Hz系统335kW光伏 蓄电池提供200幢别墅电力 荷兰的Zutphen度假村 荷兰首个微网项目 15 日本 日本微网示范工程 Sendai 微网组成 燃料电池 内燃机 光伏动态电压调节器直流母线 示范目的 供电质量分为A B1 B2 B3四个等级 通过上层调度管理 实现不同等级供电质量 16 中国 舟山东福山岛 风光柴储海水淡化综合示范工程 1 南京 风光储微网综合示范工程 2 离网型微网工程 含210kW风电 100kW光伏 200kW柴发 海水淡化装置及铅蓄储能系统 并网型微网工程 可实现并网 孤网的切换 含15kW风电 30kW光伏及铅蓄储能系统 17 南麂离网型微网综合示范工程 现状 南麂是联合国教科文组织世界生物圈保护区和国家级海洋自然保护区 是中国唯一的世界级贝类保护区 由于远离大陆 常年用电紧张 尤其是现阶段完全依靠柴油发电 不符合建设生态海岛 环保海岛的主题要求 18 南麂离网型微网综合示范工程 光伏发电500kW 电动汽车充换电站 兼储能 风力发电11 100kW 柴油机发电1 1MW 海洋能发电100kW 特点 南麂微网综合示范工程是一个可靠性要求高 分布式电源种类多样的复杂离网型微网系统 可对微网设计方法 控制保护策略 能量管理方法 优化运行策略及评价指标体系综合进行测试与验证 19 鹿西并网型微网综合示范工程 光伏发电500kW 储能电站 风力发电1 2MW 柴油机发电1 2MW 特点 浙江鹿西微网综合示范工程为并网型综合微网示范工程 可实现微网并网与孤网两种模式的灵活切换 同样可以对微网设计方法 控制保护策略 能量管理方法 优化运行策略及评价指标体系综合加以测试与验证 20 微型电网 21 微型电网 东南大学江苏省智能电网技术与装备重点实验室 22 目录 23 冷热电联供型微电网 冷热电联供型微电网是一种以联供设备为核心 包含多个分布式单元 发电 负荷 储能 蓄热等 存在多元能量平衡的微电网形态 具有能源利用率高 供电可靠性高 环境污染小 调度灵活等特点 通过对余热的回收利用 多联供能够实现对一次能源的高效利用 单位能源的产出效益从40 提高到85 以上 24 背景及现状 25 冷热电联供型微电网结构 燃料电池型热电联供微电网结构 微型燃气轮机型热电联微电网结构 联供设备 26 冷热电联供工程介绍 27 日本东京地区CCHP系统 包括东京瓦斯大楼 东芝大楼 靠海大楼4台燃气轮机 装机容量4400KW区域性热电冷三联供系统产生0 78Mpa蒸汽和7 冷水 冷热电联供工程介绍 28 燃气轮机1500kW 余热蒸汽锅炉4 6t h 蒸汽轮机90kW驱动燃气压缩机 太阳能发电80kW可作燃气轮机的启动电源 吸收式制冷机利用蒸汽轮机排热 压缩式制冷机补充制冷 冷热电联供工程介绍 东京世贸中心大厦 29 建筑面积12万平方米 五星级酒店 公寓 冷热电联供工程介绍 清华科技园A 02 文津国际大厦 内燃机 2 1160kW余热直燃机 2 1745kW电制冷机 2 700RT燃气锅炉 1 4MW 4 2MW 30 燃气内燃机4台 总发电能力3000kW余热烟气热水型冷温水机组水源热泵蓄热及蓄冰装置 19 6万平方米建筑供电8 6万平方米建筑空调 生活热水 供能规模 主要设备 三联供 热泵 太阳能 冰蓄冷 冷热电联供工程介绍 蟹岛三联供能源中心 31 大型发电机 热泵机组 太阳能 蟹岛三联供系统原理图 小型发电机 供电 备用锅炉 生活热水 供电 供电 供电 余热 余热机组 余热 电源 采暖 蓄热水槽 湖水 备用冷却 制冷冷却 制冷冷却 供热热源 供热 制冷 供冷 蓄冰槽 冷热电联供工程介绍 32 发电 蟹岛三联供系统能源利用 发电余热 水源热泵 湖水 吸收制冷 供热与太阳能热水系统联合供应生活热水 夏季日间供冷 夜间蓄冰冬季日间供热 夜间蓄热 发电机备用冷却夏季制冷循环冷却冬季热泵循环低温热源 冷热电联供工程介绍 主要供能源中心热泵 水泵用电 33 目录 34 未来能源系统的形式 未来 在以清洁能源为主导 以电为中心的能源发展格局下 电网将成为能源配置的主要载体 全球清洁能源的分布很不均衡 北极和赤道附近地区和各洲内的大型水电 风电 太阳能发电基地 大多数离负荷中心有数百至数千千米 因此构建电网从能源基地向负荷中心输电 即是最经济的能源配置方式 随着全球能源的大规模开发 电网覆盖将进一步扩大至全球 形成全球广泛互联的能源网络 35 未来能源系统的形式 微电网 优点 实现了分布式电源管理 提高了供电可靠性和经济性 缺点 能源利用效率低 大量余热被浪费 36 未来能源系统的形式 冷热电联供系统 优点 能源利用效率高 环境污染小 缺点 未实现能量使用更广范围的优化配置 在某些运行场景下会造成多余热能的浪费 37 未来能源系统的形式 全球能源互联网 到2050年建成由跨国跨洲特高压骨干网架和各国各电压等级智能电网构成的全球能源互联网 连接 一极一道 北极和赤道附近地区 和各洲大型清洁能源基地 38 未来能源系统的形式 全球能源互联网 优点 可实现能源在全球范围内的高效配置 缺点 国家间的协调问题和能源地域分散问题难以解决 同时间歇性资源众多 难以全球控制 分区分层电网运行控制 全景信息分析与预警 可再生能源 能效分析 工业监测 智能用电 电力市场 气象预测 智能交通 电网设备运行 全球调度中心 洲 区调度中心 洲 区调度中心 洲 区调度中心 国家调度中心 国家调度中心 国家调度中心 国家调度中心 国家调度中心 国家调度中心 39 综合能源系统研究现状 世界各国 英国 英国2050年能源气候发展路径分析 2010年 的报告认为进行多种能源间的协调和优化 即进行综合能源系统建设 是实现减排目标的根本保证 在具体实施方面 英国政府重点关注风能 核能及智能电网的协调发展 智能电网受到高度重视 德国 2010 9 7发布德国能源构想草案 报告特别强调能源供应系统之间的协调和配合 并计划于2011年由政府启动一个全面的综合能源研究计划 研究重点包括可再生能源 能源效率 能源储存 电网技术及能源供应链中的可再生能源整合等 40 综合能源系统研究现状 世界各国 法国 法国传统能源较稀缺 注重各能源协调发展和综合利用 二战后确立以发展核电为主的国家能源战略 近年来主要注重能源阶梯利用和发展各种可再生能源 西班牙 主要利用综合能源技术实现可再生能源的规模化开发利用 丹麦 在发展综合能源技术时 主要注重新能源开发和利用 希望在2050年彻底摆脱对化石能源的依赖 同时CO2减排1990年的80 95 41 综合能源系统研究现状 世界各国 中国 由于资源分布比较分散 因此因地制宜对可再生能源进行开发利用 西南部水力资源丰富 主要以发展水电为主 三北地区风电资源丰富 主要以发展风电为主 而西北地区太阳能资源比较丰富 该区域主要以光伏发电为主 俄罗斯 在发展综合能源技术时 主要注重风能和水能的利用 同时加强和中亚一些国家的能源合作 实现能源互补 42 综合能源系统技术创新 电源技术 风力发电技术太阳能发电技术海洋能发电技术分布式电源技术 电网技术 特高压输电技术和装备海底电缆技术超导输电技术直流电网技术微电网技术 储能技术 物理储能电化学储能电磁储能 信息通信技术 大数据技术传感器技术 43 综合能源系统实践基础 中国实践 1 智能电网技术 中国在智能电网设备的监控 系统运行 智能互动和通信信息等技术领域实现了全面突破 智能电网技术提升了电力系统运行的适应性和互动性 为开展综合能源系统提供了坚实的基础 特高压技术 特高压技术是当年世界电网技术的制高点 中国自2004年全面开始发展特高压以来 在技术和装备等方面取得了重要突破 实现了 中国制造 和 中国引领 全球互联是建立在各国坚强电网的基础上的 因此特高压技术对跨国输电的意义更加重大 44 综合能源系统实践基础 国际实践 2 苏联 美国 日本 与20世纪60年代后半期开展了特高压技术的研究为了满足经济和能源发展的需求 更加关注电力网络基础架构的升级更新 在Grid2030计划中提出了美国全球互联网的设想 于1972年启动了特高压输电技术的研究开发计划1988年开始建设计划向东京送点的1000千伏特高压输电线路 全场426千米 一直降压运行 是世界上最早开展特高压输电技术研究的国家之一 但90年代后 由于苏联解体等因素 很多特高压工程就此搁浅 45 未来能源发展形势讨论 全球能源互联 微电网 目前对于全球能源互联的构想是很完美的 但是要想实现世界范围内的能源互联仍然是一个巨大的挑战 而微电网虽然可以实现可再生能源的高效利用 但由于其供电的范围过于狭小 不具备经济性 因此 在二者各有利弊的情况下 我们力图寻求一种适用于当前世界形势的未来电网新发展形势 46 未来能源系统的形式 近期未来能源系统将发展将以分布式单元 冷热电源 负荷 储能 为核心 包含多个微网结构 可实现一定区域内电 冷 热多种能源综合利用的分布式综合能源系统 其特点是能源利用率高 用能可靠性高 环境污染小 47 48 分布式综合能源系统的一种典型形式 49 分布式综合能源系统的一种典型形式 截止至2014年底 国家电网公司在北京 上海等地已建成28个智能小区 服务平台已覆盖28 7万用户 智能小区 分布式综合能源系统主要作用 节能降耗 提高能效和减排 提高抗灾能力 应急供能和自愈能力 满足多样性用能需求 最大化利用分布式能源 50 51 分布式综合能源系统的关键技术 分布式综合能源系统能量优化管理技术 分布式综合能源系统的建模技术 分布式综合能源系统规划设计技术 综合能源系统市场化运营机制及模式 分布式综合能源系统核心