综合能源系统参考文档

1、分布式综合能源系统,东南大学,二一五年三月,报告人：顾,伟东南大学电气工程学院,目,录,一、分布式发电与微电网,三、分布式综合能源系统,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,分布式,能源,风能,太阳能,海洋能,其他,生物质,天然气,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,

2、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,分布式发电现状,20002013,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,分布式

3、发电现状,20002013,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,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,Annual Market Update 2013,全球新能源发展报告,2014,序号,国家,风机装机容量,万千瓦,占本国总装机,比重,1,中国,7716,6.2,2,美国,6109,5.7,3,德国,3425,19.3,4,西班牙,2296,21.8,5,印度,2015,8.1,6,英国,1053,11.

4、1,7,意大利,855,6.9,8,法国,825,6.4,9,加拿大,780,5.8,10,丹麦,477,33.9,序号,国家,光伏装机容量,万千瓦,占本国总装机,比重,1,德国,3571,20.1,2,中国,1942,1.6,3,意大利,1793,14.4,4,日本,1381,4.7,5,美国,1373,1.3,6,西班牙,534,5.1,7,法国,467,3.6,8,英国,338,3.6,9,澳大利亚,330,5.2,10,比利时,298,14.3,2013,年全球光伏装机容量居前十的国家基本情况,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

5、地,浙江海宁分布式光伏发电,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,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,微电网定义,大型电厂,升压变,配电变压器,

6、枢纽变电站,配电变压器,常规电网,配电变压器,工厂企业,内燃机,居民,光伏,电池,燃料电池,商业建筑,商业建,筑,内燃机,飞轮,储能,燃气,轮机,燃气,轮机,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,技术,微网,微电网的主要作用,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

7、多类,电能质量需求,国内外研究现状,国家,代表性的基础项目,相关技术,美国,Madriver,微电网,美国第一个微电网示范性工程,美国电力可靠技术解决方案协会,GERTS,美国著名微网研究机构，于,2006,年开始,进行微电网的示范工程,夏威夷等洁净能源计划,可再生能源发电技术,欧盟国家,欧盟科技框架计划,第,5,框架计划,1998-2002,开始资助,微电网的、研究，第,6,框架计划,2002,2006,研究对象发展到多个微电网的并,列运行,MICROGRID,计划,微电网运行与控制技术等,日本,青森县微电网示范工程,全部采用可再生能源（风能、太阳能和,生物质能）供给电能和热能,新能源产业技

8、术综合开发机构,NEDO,NEDO,于,2003,年启动可再生能源的地区,配电网项目，建立了,3,个微电网示范工程,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

9、配,电网规划,美国微网示范工程,Mad river,示范目的,分布式发电系统,可靠性测试,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,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,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

10、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,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,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

11、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,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,35kV,35kV,35kV,10kV,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,微型电网,微型电网,东南大学,江苏省智能电网技

12、术与装备重点实验室,MV,LV,PCC,配电网,光伏,0.38kV,微电网中央运行管理,不间断负荷,重要负荷,可调负荷,储能电池,1,充放电桩,30kW,20kW,10kW,5kW,40kW,10kW,15kW,储能电池,2,风机,本地控制,本地控制,本地控制,本地控制,本地控制,图解,信号,供电,电能质量监测平台,目,录,一、分布式发电与微电网,二、冷热电联供,三、分布式综合能源系统,冷热电联供型微电网,天然气,供冷,供热,供热,供电,供热,公共电网,蓄电池,光伏阵列,燃料电池,吸收式制冷机,燃气锅炉,蓄热槽,控制中心,图解,电压,信号,供电,供热,供冷,供气,余热锅炉,废气,冷热电联供型微

13、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,背景及现状,1999,年提出,CCHP,创意,和,CCHP2010,年纲领,到,2020,年,50,新建商用、写字楼类建筑及,15,现有商用、写字楼类,建筑将采用燃气分布式能源联供系统,美国,热电联供系统为热源的区域供热系统是仅次于燃气、电力的,第三大公,益事业,大型建筑物空调有,七成以上,采用吸收式制冷机,日本

14、,成立,COGEN Europe,组织,11,的市场占有率,丹麦，分布式联供系统占电力市场的比例,超过,60,德国，预计到,2020,年，德国联供系统的市场份额将从,目前的,12.5,增,加至,25,欧盟,2010,年中国燃气冷热电三联供系统装机容量达到,400,万千瓦,其中,中小型分布式冷热电三联供装机容量,超过,250,万千瓦,到,2020,年,在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模,达到,5000,万千瓦,中国,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,冷热电联供工程介绍,日本东京地区,CCHP,系统,包括东京瓦斯大楼、东

15、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,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,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,燃气内燃机,4,

16、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,冷热电联供工程介绍,蟹岛三联供能源中心,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,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

17、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,目,录,一、分布式发电与微电网,二、冷热电联供,三、分布式综合能源系统,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,未来能源系

18、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,天然气,供冷,供热,供热,供电,供热,公共电网,蓄电池,光伏阵列,燃料电池,吸收式制冷机,燃气锅炉,蓄热槽,控制中心,图解,电压,信号,供电,供热,供冷,供气,余热锅炉,废气,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,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

19、地区）和各洲大型清洁能源基地,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,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

20、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,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

21、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,CO,2,减排,1990,年的,80-95,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,综合能源系统技术创新,电源技术,风力发电技术,太阳

22、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,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,。

23、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,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,Grid,2030,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,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