多能互补集成

1、多能互补集成李先瑞中国城市燃气协会分布式能源专业委员会.08第1页目录一、多能互补集成是构建“互联网+智慧能源系统”主要任务二、天然气分布式能源和可再生能源融合三、微网实现了天然气分布式能源和可再生能源融合效益最大化四、天然气分布式能源和可再生能源融合是互联网+智慧能源先行者第2页 1、多能互补集成模式之一多能互补集成模式之一是面向终端用户电、热、冷、气等各种用能需求，因地制宜、统筹开发、互补利用传统能源和新能源，优化布局建设一体化集成供能基础设施，经过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网等方式，实现多能协同供给和能源综合梯级利用2、多能互补集成意义是构建“互联网+”智慧能源系统

2、主要任务之一，有利于提升能源供需协调能力，推进能源清洁生产和就近消纳，降低弃风、弃光、弃水限电，促进可再生能源消纳，是提升能源系统综合效率主要抓手，对于建设清洁低碳、安全高效当代能源体系含有主要现实意义和深远战略意义一、多能互补集成是构建“互联网+智慧能源系统”主要任务第3页 3、多能互补集成任务 1）在新城镇、新产业园区、新建大型公用设施（机场、车站、医院、学校等）、商务区和海岛地域等新增用能区域，加强终端供能系统统筹规划和一体化建设，因地制宜实施传统能源与风能、太阳能、地热能、生物质能等能源协同开发利用，优化布局电力、燃气、热力、供冷、供水管廊等基础设施，经过天然气热电冷三联供、分布式可再

3、生能源和能源智能微网等方式实现多能互补和协同供给，为用户提供高效智能能源供给和相关增值服务，同时实施能源需求侧管理，推进能源就地清洁生产和就近消纳，提升能源综合利用效率. 2）在现有产业园区、大型公共建筑、居民小区等集中用能区域，实施供能系统能源综合梯级利用改造，推广应用上述供能模式，同时加强余热、余压以及工业副产品、生活垃圾等能源资源回收和综合利用。第4页 4、多能互补集成目标 1），在已经有相关项目基础上，推进项目升级改造和系统整合，开启第一指示范工程建设。“十三五”期间，建成国家级终端一体化集成供能示范工程20项以上，国家级风光水火储多能互补示范工程3项以上。 2）到年，各省（区、市）新

4、建产业园区采取终端一体化集成供能系统百分比到达50%左右，现有产业园区实施能源综合梯级利用改造百分比到达30%左右。国家级风光水火储多能互补示范工程弃风率控制在5%以内，弃光率控制在3%以内。第5页二、天然气分布式能源和可再生能源融合1、可再生能源和天然气分别占我国一次能源消费比重15%和10%可再生能源快速发展是未来能源需求继续增加和碳排放约束要求。在我国能源发展战略行动计划（）提出“着力优化能源结构，坚持发展非化石能源与化石能源高效清洁利用并举，大力增加风电、太阳能、地热等可再生能源和核电消费比重。到、2030年，非化石能源将占一次能演消费比重分别到达15%、20%。天然气是“十三五”时期

5、油气行业发展重点，当前天然气消费占我国一次能源消费比重低于6%，与世界平均24%水平相比，发展潜力巨大。中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要主要目标是生产方式和生活方式绿色、低碳水平上升。绿色发展要求，天然气到将占一次能源消费比重为10%。第6页2、分布式能源是电力供给主要市场在国家能源局关于征求做好电力市场建设相关工作通知中指出，特高压和分布式能源是未来电力供给两部分，二者相互补充，发挥各自优势。分散式风电、生物质发电、小水电等因为本身不足无法大规模展开，燃料电池和储能技术开发难度当前很大，“天然气分布式能源站+分布式光伏电站”组合将成为市场主要组成部分，两手都要抓，两手都要

6、硬。第7页3、分布式能源系统概念：是指分布在用户端能源综合利用系统。一次能源为气体燃料和可再生能源，利用一切能够利用资源，二次能源为分布在用户端冷热电，实现以直接满足用户各种需求能源梯级利用。并经过中央能源供给系统提供支持和补充。实现多系统优化，将电力、热力、制冷与储能技术结合，实现利用效率最大化。方式：分布安置在近用户需求侧，依据用户对能源不一样需求，实现能源对口供给。特点：分布式能源技术是未来世界能源技术主要发展方向，含有能源利用效率高，环境负面影响小，提升能源供给可靠性和经济效益好特点。第8页分类天然气分布式能源（CCHP,Combined Cooling,Heating and Pow

7、er）是分布式能源系统中前景最为明朗，也是最具实用性和发展活力系统，符合吴仲华先生提倡“温度对口，梯级利用”准则，是在热电联产系统基础上发展起来，直接面向用户，按用户需求提供电、冷、热以及生活热水等，同时处理多重用能需求和实现多重目标，满足建筑或工业能源需求总能系统。第9页4、天然气分布式能源和可再生能源融合必要性（1）天然气和可再生能源在功效上相辅相成，相互补充，发挥各自作用，风能和太阳能属于间歇性能源，在使用期间必须随时储存，或设置后备电源来赔偿供电不足时供能。 天然气分布式能源调度灵活，与可再生能源功效上相辅相成。（2）天然气分布式能源是可再生能源主动动力支持。 天然气分布式电站属于主动

8、用能，而风电、光伏及其它可再生能源属于被动式用能，其利用因自然条件不一样而存在随机性和不可控性，各种能源互补式利用模式不但能够以最优化方式利用当地资源，并能在很大程度上节约巨额输电费用，从而到达能源利用全过程中效率，最大化和成本最小化。第10页（3）天然气分布或能源和可再生能源融合作用将可再生能源供能间歇性不稳定性，难调度转变为供热可连续、稳定、可靠和可控；将天然气分布式能源年平均综合利用率70% 提升至100%以上；增加了天然气分布式能源用电负荷，扩大了分布式装机规模提升了系统节能率；融合系统合理地配置了设备，降低了投资，提升了全系统经济性。第11页5、天然气分布式能源与热泵融合系统（1）融

9、合机理特征天然气分布式能源与可再生能源系统耦合耦合机理：最大程度利用环境势能和清洁能源，提升能源综合利用率，降低环境排放。(将不可利用低品位热能,如空气、土壤、水中所含热能、太阳能和工业废热等,转换为能够利用高端热能 。) 耦合特征： 热泵系统在利用低品位能源时会受到低温侧热源影响从而降低系统运行效率甚至无法运行，如水源侧温度低于5度时制热效率会显著下降。冬夏季从地下吸/放热量长久不对等会影响系统运行效率。 CCHP与热泵耦合使用，利用CCHP余热提升极端天气下热泵系统低温侧温度可大大提升系统效率；同时利用CCHP技术作为调整，可确保冬夏季热泵系统向地下放热量一致，提升系统运行稳定性。 第12

10、页（2）融合效益分析天然气分布式能源与热泵系统耦合（应用分析）各种能源技术耦合使用与单一热泵系统供热相比，系统一次能源利用率提升了61%；与单一燃气系统供热相比，系统一次能源利用率提升了113.4%。第13页（3）融合系统项目案例中德生态园项目 项目概况 中德生态园位于山东青岛经济技术开发区国际生态智慧城内，规划面积11.59平方公里。定位为含有国际化示范意义高端生态示范区、技术创新先导区、高端产业集聚区、友好宜居新城区。 分布式能源站满足幸福小区（5万居民+3.2万配套公建）供热、德国中心南区和北区共7.26万m2供冷供热，采取“自发自用，余电上网”并网模式。能源站设计总规模为4.03MW制

11、冷量，19.27MW制热量和1.25MW发电量。本项目新奥总投资6730万元建设运行。由新奥投资、建设和运行。第14页技术方案 系统以燃气冷热电分布式能源技术为关键，采取2台625kW燃气内燃机和1台1358 kW余热锅炉，结合1台406kW地源热泵、1台1711kW螺杆式水冷冷水机组、3台20t/h燃气热水锅炉及1台1200kW热水溴冷机等系统组成整体方案。 按照能源规划，在中德生态园区域内共建设6+1个分布式能源站，分布式能源站位置设置基本按照供能分区考虑和建设进度规划，在每一个供能分区区块负荷中心规划设置一个分布式能源站；在项目标中心规划设置一个区域分布式能源站。第15页廊坊市新朝阳泛能

12、微网示范项目项目概况 廊坊市政府从源头入手，采纳新奥集团泛能微网理念，全方面升级区域能源体系，打造新朝阳泛能微网示范项目。 该泛能网共包含四个用户：热力三处、华航、新朝阳和乐晟，服务面积共40万m2。微网系统充分利用原有用户设备，并在原有系统基础上进行优化重组，实现各个用户互联互通，能量传输、调配和交易。设置一座分布式能源站，地下独立布置，降低噪音、振动等影响。与简单煤改气相比，泛能网建成后每年可实现NOx减排7150吨，SO2减排3360吨，粉尘减排2860吨。该项目由廊坊新奥燃气设备有限企业投资5202.6万元建设和运行。技术方案 能源站设两台功率为800kW燃气发电机组和1台2100kW

13、余热锅炉，发电机出口电压0.4kV，升压后经过10kV电力电缆分别接入热力三处原有变配电间两段10kV母线。第16页 在冬季工况下，热力三处燃气内燃机余热和燃气锅炉产蒸汽为区域提供主热源，除满足本身需求外，供给华航和乐晟商场供热，新朝阳项目因为采取蓄热电锅炉，能够依据运行时段成原来给选择给自己供热或利用热力三处热源。 季，乐晟和新朝阳采取电制冷+蓄冰供冷，运行经济性显著好于燃气锅炉+蒸汽溴冷机，满足新朝阳、乐晟、热力三处供冷需求，不足部分由热力三处蒸汽溴冷机补充。第17页6、天然气分布式能源与太阳能融合系统耦合机理： 天然气分布式能源也可与太阳能（风能、生物质能等）及热泵耦合，组成另一个具代表

14、性分布式能源耦合系统。在该耦合系统中，太阳能能够是太阳能光伏发电，作为CHP发电系统电力补充；也能够是太阳能集热热水系统，与热泵系统互补使用，并耦合天然气分布式能源组成耦合系统。一些情况下，太阳能也可单独与热泵系统耦合组成份布式能源耦合系统。 耦合特征：太阳能与热泵分布式能源耦合系统特征举例 优先使用太阳能：太阳能集热器集热量设计应以满足热水总负荷40%作为太阳能热量。确保用热需求：采取集中热水系统可有效确保大流量用水特点，确保用水可靠性和舒适性需求。 新能源利用最大化：采取水源热泵作为太阳能辅助热源，按使用热水最高日用水量进行设计，即太阳能集热量为0时，仍能满足热水负荷需求。并对公建等其它部

15、分提供冷源，实现太阳能和水源热泵耦合利用，高效节能。 投资合理、运行经济：采取“以热定冷”设计标准，合理确定生活热水供热量，依据总热量确定供冷范围供冷负荷总量。 第18页7、天然气分布式能源与太阳能、热泵融合系统蓄能技术主要包含： 势能蓄积，包含抽水蓄能、压缩空气蓄能等。 动能蓄积，如飞轮蓄能等。 热能蓄积，包含显热与潜热蓄热技术等。 电磁能量蓄积，包含超导磁体蓄能、超级电容器蓄能等。 化学能蓄积，包含常规蓄电池技术以及将可再生能源转化为甲醇、氢等二次能源等。 基于可再生能源分布式能源耦合系统工艺流程图第19页8、天然气分布式能源与可再生能源融合工艺流程耦合第20页三、微电网实施了天然气分布式

16、能源和可再生能源融合系统效率最大化1、微电网定义：（1）定义：微电网是由分布式电源、储能和负荷组成可控供能系统。第21页（2）基本结构燃汽轮机柴油发电机风力发电光伏发电沼气发电波浪能发电生物质能发电燃汽轮机柴油发电机风力发电光伏发电沼气发电波浪能发电生物质能发电数字化变电站智能继电保护系统电力线路在线监测系统电力故障实时报警系统智能调度系统智能电表远程抄表系统负荷监测系统无功赔偿系统分布式微能源 能量管理系统输配电系统用户负载智能微电网 第22页（3）发展微电网意义第23页2、微电网技术应用于天然气分布式能源和可再生能源融合系统案例（1）某机场航站楼天然气分布式能源和可再生能源融合供能系统废热

17、蒸汽热水供热水城市燃气变电设备20MVA2动力照明电力电力能 源 中 心航 站 楼热水制 热冷水制 冷NAS电池1,000kW1备用发电机1,000kW2涡轮冷冻机地源热泵燃气热水锅炉蒸汽吸収冷冻机燃气吸收冷热水机空气源热泵冷热水机组三联供 CGS 1,000Kw X1废热热水光伏发电主要能源系统：三联供CGS :1,000KW1涡轮冷冻机:1000RT2涡轮冷冻机:2250RT2涡轮冷冻机:2500RT1蒸汽吸收式冷机:2500RT7燃气锅炉:35T3 燃气锅炉:15T1 NAS电池:1,000KW1太阳能发电:2,000KW地源热泵能 源 结 构柴油第24页（2）融合系统能量管理系统DCS

18、 / PLCDDC设 备EneSCOPEBEMS控制器自动控制系统设施能源管理系统最正确操作指导系统能源站航站楼可选项可选项传感、执行器环境/能耗信息公布系统AEMS机场能源管理系统第25页暖通空调监测与控制环境舒适度控制照明控制电梯控制BAS建筑能耗监测区域能耗监测系统能耗监测设备能耗监测EMS设备台帐管理设备维护管理备品备件管理设备更换管理FMS空调设备照明设备动力设备表计系统 AEMS机场能 源 管 理 系 统楼宇自控系统能耗监测系统设施管理系统机 场 能 耗 公 示 系 统 某机场能源优化管理系统功效 第26页（3）融合系统运行能耗 航站楼（动力/照明）涡轮冷冻机地源热泵空气源热泵冷热

19、水机组电力总量：43,891,794 KwhNAS电池（1,000 Kw）发电：4,424,420 Kwh充电：1,234,800 Kwh放电：1,026,750 Kwh备用发电机（1,000 Kw x 2）补电：285,120 Kwh光伏发电(130kW)绿电：269,514 Kwh购入电力：39,120,790 Kwh变 电 设 备废热蒸汽 热水： 2,910 GJ蒸汽： 10,147 GJ三联供CGS 1,000 Kw X 1废热热水能 源 中 心40.5%25.8%7.4%购入燃气：1,104,724 m3 购入燃油：42,768 L冷冻/冷却水泵/风机25,123,211 Kwh14

20、,745,420 Kwh停车场4,023,163 Kwh 空调冷水 51,458 GJ 空调热水 20,539 GJ 生活热水 6,237 GJ第27页（4）融合系统评价指标第28页（5）融合系统节能率第29页3、苏州协鑫工研院“六位一体”项目案例1）“六位一体”微能源网结构 综合利用天然气热电冷联产、太阳能、风能、低位热能、LED、储能六种能源形成份布式能源微电网系统，经过各种能源之间有机结合和相互转换，最经济、高效、可靠、环境保护地提供用户能源供给方式，如电能、采暖、制冷、生活热水、蒸汽等第30页2）“六位一体”微能网能源控制调度策略 能源使用调度遵照“安全有限、低碳优先、效率优先、经济优

21、先、需求优先”五大标准，实现能源安全、清洁、高效、低碳利用，全方面提升能源品质第31页3）项目投资 投资范围包含各系统所需辅助设备如冷却塔、水泵、高低压变配电系统、自动控制系统等投资包含工程建设费用第32页4）协鑫工研院能源清洁能源容量占比 第33页5）协鑫工研院“六位一体”微能源网技术亮点 第34页6）协鑫工研院“六位一体”微能源网推广意义因地制宜，创新机制。本项目在可再生能源贫乏城市电网实施，选择各种新能源功效微电网方式，提供能源消耗清洁指数高，电价承受能力强工业园区、建筑物实施，有主动推广意义；多能互补，自成一体。经过智能调度管理，优先低碳调度，以光伏、风力优先，多出能源进行储存，需求侧

22、对应，降负荷削峰；能效调度，以热定电；探索微电网抗扰动性能力研究，为示范推广积累经验。技术先进，经济合理。采取各种分布式新能源供能，智能调度，符合政策对新能源扶持。经典示范、易于推广。项目为实施结合了风电、光电、天然气分布式供能及储能，采取模块化经典性设计，作为探索新能源微电网应用推广项目研究。第35页4、微电网实现了天然气分布式能源和和可再生能源融合系统效益最大化，从以上两案例结果可知：微电网含有以下作用（1）太阳能光伏降低了天然气发电成本（2）可再生能源接入方便，灵活，增加了可再生能源发电量（3）提升了系统发电供电质量（4）储存只是对微电网内部能量差值进行调整，降低了储能设备用地和投资第3

23、6页（5）将可再生能源与负荷不稳定性原因消耗在微电网内， 降低对上一级微电网冲击（6）当上一级电网发生故障时，子网能够利用储能和可再生能源为负荷提供电力（7）微电网接收并响应上一级电网能量调度，并能起到对上一级电网支撑作用。（8）实现可再生能源利用效益最大化（9）实现天然气分布式能源利用效益最大化。第37页四、天然气分布或能源和可再生能源融合系统是互联网+智慧能源先行者1、互联网智慧能源定义和作用（1）定义：互联网是能源生产、传输、存放、消费以及与能源市场深度融合能源产业发展新形态，具备设备智能，多能协同，信息对称，供需分散，系统扁平，交易开放等主要特征。（2）作用：能源互联网是推进我国能源革命主要战略支撑对提升可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效益，推进能源市场开放和产业升级，形成新增加点，提升能源国际合作水平含有主要意义。第38页2、互联网+天然气分布式能源和可再生能源融合系统 （1）互联网+天然气分布式能源和可再生能源融合系统互联网+融合系统风 电光电技术光热技术蓄能技术多能互补 智能电网热泵技术燃料电池燃气分布式第39页互联网组成第40页从上幅图中我们能够看出：互联网功效和结