綜合能源系統(tǒng)--2015-3-30

1、分布式綜合能源系統(tǒng)東南大學二一五年三月 報告人：顧 偉南大學電氣工程學院目 錄一、分布式發(fā)電與微電網(wǎng)二、冷熱電聯(lián)供三、分布式綜合能源系統(tǒng)利用各種分散存在的能源進行發(fā)電供能的技術。如:n風能、太陽能等可再生能源發(fā)電技術；n天然氣為燃料的冷/熱/電聯(lián)供技術（簡稱：CCHP ） 優(yōu)點：可利用豐富的清潔和可再生 能源。缺點：一些可再生能源具有間歇性 和隨機性。分布式能源風能太陽能海洋能其他生物質天然氣美國：n通過生產(chǎn)稅抵免政策和可再生能源配額等政策鼓勵風電發(fā)展。n2008年美國能源部開展了“20%風能目標可行性研究”，認為2030年美國風電占總消費電量20%是可行的。歐盟：n

2、通過提供度電補貼的方式鼓勵風電發(fā)展。一種形式是直接固定上網(wǎng)電價，電網(wǎng)企業(yè)按政府規(guī)定電價收購風電；另一種形式是風電項目參與市場競價，政府在市場電價基礎上基于一定補貼。n2010年歐盟成員國提交了“可再生能源國家行動計劃”。中國：n出臺了中華人民共和國可再生能源法，建立包含優(yōu)先上網(wǎng)、標桿電價、成本分攤等相關內容的可再生能源政策體系。 （全球風能理事會）n全球已有103個國家和地區(qū)在開發(fā)和利用風電；n2013年風電發(fā)電量約6400億千瓦時，約占發(fā)電總量的2.9%； （歐洲光伏工業(yè)協(xié)會）n歐洲是目前光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)模最大的地區(qū)；n2013年太陽能光伏發(fā)電量約1600億千瓦時，約占發(fā)電總量的0.7%；20

3、13年全球風電裝機容量居前十的國家基本情況年全球風電裝機容量居前十的國家基本情況資料來源：全球風能理事會，Annual Market Update 2013，全球新能源發(fā)展報告2014序號序號國家國家風機裝機容量風機裝機容量（萬千瓦）（萬千瓦）占本國總裝機占本國總裝機比重（比重（%）1中國中國77166.22美國美國61095.73德國德國342519.34西班牙西班牙229621.85印度印度20158.16英國英國105311.17意大利意大利8556.98法國法國8256.49加拿大加拿大7805.810丹麥丹麥47733.9序號序號國家國家光伏裝機容量光伏裝機容量（萬千瓦）（萬千瓦）占

4、本國總裝機占本國總裝機比重（比重（%）1德國德國357120.12中國中國19421.63意大利意大利179314.44日本日本13814.75美國美國13731.36西班牙西班牙5345.17法國法國4673.68英國英國3383.69澳大利亞澳大利亞3305.210比利時比利時29814.320132013年全球光伏裝機容量居前十的國家基本情況年全球光伏裝機容量居前十的國家基本情況河北張北國家風光儲輸示范工程河北張北國家風光儲輸示范工程甘肅酒泉風電基地甘肅酒泉風電基地青海格爾木光伏發(fā)電基地青海格爾木光伏發(fā)電基地浙江海寧分布式光伏發(fā)電浙江海寧分布式光伏發(fā)電（德國烏帕塔爾氣候環(huán)境與能源研究院&

5、amp;德國西門子研究中心）分布式可再生能源發(fā)電比例逐步提高優(yōu)點：接入方便，運行簡單缺點：n系統(tǒng)故障退出運行 n間歇性影響周邊用戶n能源綜合優(yōu)化困難n對電網(wǎng)運行調度提出了挑戰(zhàn) 上述缺點已制約了DG的發(fā)展以分布式電源（DG）為單元輸電網(wǎng)絡高壓配網(wǎng)110KVGGGG中壓配網(wǎng)35/10KV低壓配網(wǎng)0.4KV負荷負荷DGDGDGDGDG需要新的技術來解決分布式發(fā)電的高效利用問題！（微電網(wǎng)）大型電廠升壓變配電變壓器樞紐變電站配電變壓器常規(guī)電網(wǎng)配電變壓器工廠企業(yè)內燃機居民光伏電池燃料電池商業(yè)建筑商業(yè)建筑內燃機飛輪儲能燃氣輪機燃氣輪機 微電網(wǎng)簡稱微網(wǎng)，是由分布式電源、儲能和負荷構成的獨立可控供能系統(tǒng)，是發(fā)揮

6、分布式電源效能的最有效方式。微網(wǎng)優(yōu)勢： n 實現(xiàn)多種能源綜合互補利用n 保障重要負荷的持續(xù)供電n 解決偏遠地區(qū)的供電問題n 提高供電可靠性和電能質量n 分布式發(fā)電大規(guī)模工業(yè)化應用的關鍵實施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要手段微網(wǎng)技術微網(wǎng)12 12 12 12國家代表性的基礎項目相關技術美國Madriver微電網(wǎng)美國第一個微電網(wǎng)示范性工程美國電力可靠技術解決方案協(xié)會（GERTS）美國著名微網(wǎng)研究機構，于2006年開始進行微電網(wǎng)的示范工程夏威夷等潔凈能源計劃可再生能源發(fā)電技術歐盟國家歐盟科技框架計劃第5框架計劃（1998-2002）開始資助微電網(wǎng)的、研究，第6框架計劃（2002-2006）研究對象發(fā)展到多

7、個微電網(wǎng)的并列運行MICROGRID計劃微電網(wǎng)運行與控制技術等日本青森縣微電網(wǎng)示范工程全部采用可再生能源（風能、太陽能和生物質能）供給電能和熱能新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）NEDO于2003年啟動可再生能源的地區(qū)配電網(wǎng)項目，建立了3個微電網(wǎng)示范工程美國微網(wǎng)示范工程CERTS系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成三三臺臺60kW燃氣輪燃氣輪機機三三條饋線，負荷可條饋線，負荷可分為一般負荷分為一般負荷，可，可控負荷和敏感控負荷和敏感負荷負荷美國微網(wǎng)示范工程NREL微網(wǎng)微網(wǎng)組成組成200kW電網(wǎng)電網(wǎng)模擬模擬燃氣輪機，燃氣輪機，蓄電池蓄電池， 光光伏伏，風機，柴油機，風機，柴油機直流母線直流母線示范示范目的目的分

8、布式分布式發(fā)電系發(fā)電系統(tǒng)可靠性統(tǒng)可靠性測試測試分布式分布式發(fā)電，發(fā)電，微網(wǎng)運行導則微網(wǎng)運行導則制定制定美國微網(wǎng)示范工程DETL微網(wǎng)微網(wǎng)組成組成電網(wǎng)模擬電網(wǎng)模擬光光伏，燃料電池，伏，燃料電池，燃氣輪機燃氣輪機，風機風機示范示范目的目的建立微網(wǎng)建立微網(wǎng)經(jīng)濟模經(jīng)濟模型型特定特定地點建設微地點建設微網(wǎng)網(wǎng)可行性可行性加快加快微網(wǎng)技術和微網(wǎng)技術和制度上認知制度上認知度度含含分布式電源配分布式電源配電網(wǎng)電網(wǎng)規(guī)劃規(guī)劃美國微網(wǎng)示范工程Mad river示范示范目的目的分布式分布式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)可靠性可靠性測試測試示范示范目的：目的：聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)孤島自動聯(lián)網(wǎng)孤島自動切換切換黑黑啟動啟動能力能力維持維持孤島運行孤

9、島運行24小時小時蓄電池蓄電池智能充放電管理智能充放電管理微網(wǎng)微網(wǎng)組成：組成：u 380V，50Hz系統(tǒng)系統(tǒng)u 335kW光伏，光伏，蓄電池蓄電池u 提供提供200幢別墅電力幢別墅電力荷蘭的荷蘭的Zutphen度假村，荷蘭首個微網(wǎng)度假村，荷蘭首個微網(wǎng)項目項目日本微網(wǎng)示范工程 Sendai微網(wǎng)組成：燃料電池燃料電池，內燃機，內燃機，光光伏伏動態(tài)動態(tài)電壓電壓調節(jié)器調節(jié)器直流母線直流母線示范目的：供電供電質量分為質量分為A，B1，B2，B3四四個個等級，通過上層調等級，通過上層調度管理度管理，實現(xiàn)，實現(xiàn)不同不同等級供電質量等級供電質量舟山東福山島：1南京：2離網(wǎng)型微網(wǎng)工程，含210kW風電、100k

10、W光伏、200kW柴發(fā)、海水淡化裝置及鉛蓄儲能系統(tǒng)。并網(wǎng)型微網(wǎng)工程，可實現(xiàn)并網(wǎng)/孤網(wǎng)的切換，含15kW風電、30kW光伏及鉛蓄儲能系統(tǒng)。南麂離網(wǎng)型微網(wǎng)綜合示范工程現(xiàn)狀南麂是聯(lián)合國教科文組織世界生物圈保護區(qū)和國家級海洋自然保護區(qū)，是中國唯一的世界級貝類保護區(qū)。由于遠離大陸，常年用電緊張，尤其是現(xiàn)階段完全依靠柴油發(fā)電，不符合建設生態(tài)海島、環(huán)保海島的主題要求。南麂離網(wǎng)型微網(wǎng)綜合示范工程光伏發(fā)電500kW電動汽車充換電站（兼儲能）風力發(fā)電11*100kW柴油機發(fā)電1.1MW海洋能發(fā)電100kW特點南麂微網(wǎng)綜合示范工程是一個可靠性要求高，分布式電源種類多樣的復雜離網(wǎng)型微網(wǎng)系統(tǒng)，可對微網(wǎng)設計方法、控制保護

11、策略、能量管理方法、優(yōu)化運行策略及評價指標體系綜合進行測試與驗證。鹿西并網(wǎng)型微網(wǎng)綜合示范工程光伏發(fā)電500kW儲能電站風力發(fā)電1.2MW柴油機發(fā)電1.2MW35kV35kV35kV10kV特點特點浙江鹿西微網(wǎng)綜合示范工程為并網(wǎng)型綜合微網(wǎng)示范工程，可實現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)兩種模式的靈活切換，同樣可以對微網(wǎng)設計方法、控制保護策略、能量管理方法、優(yōu)化運行策略及評價指標體系綜合加以測試與驗證。東南大學東南大學 江蘇省智能電網(wǎng)技術與裝備重點實驗室江蘇省智能電網(wǎng)技術與裝備重點實驗室目 錄一、分布式發(fā)電與微電網(wǎng)二、冷熱電聯(lián)供三、分布式綜合能源系統(tǒng) 冷熱電聯(lián)供型微電網(wǎng)是一種以聯(lián)供設備為核心，包含多個分布式單元（發(fā)

12、電、負荷、儲能、蓄熱等），存在多元能量平衡的微電網(wǎng)形態(tài)。具有能源利用率高、供電可靠性高、環(huán)境污染小、調度靈活等特點。通過對余熱的回收利用，多聯(lián)供能夠實現(xiàn)對一次能源的高效利用，單位能源的產(chǎn)出效益從40%提高到85%以上。 1999年提出“CCHP創(chuàng)意”和“CCHP2010年綱領” 到2020年，50%新建商用、寫字樓類建筑及15%現(xiàn)有商用、寫字樓類建筑將采用燃氣分布式能源聯(lián)供系統(tǒng)美國 熱電聯(lián)供系統(tǒng)為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)是僅次于燃氣、電力的第三大公益事業(yè) 大型建筑物空調有七成以上采用吸收式制冷機日本 成立COGEN Europe組織，11%的市場占有率 丹麥，分布式聯(lián)供系統(tǒng)占電力市場的比例超過60%

13、 德國，預計到2020年，德國聯(lián)供系統(tǒng)的市場份額將從目前的12.5%增加至25%歐盟 2010 年中國燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)裝機容量達到400 萬千瓦，其中中小型分布式冷熱電三聯(lián)供裝機容量超過250 萬千瓦 到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機規(guī)模達到5000萬千瓦中國燃料電池型熱電聯(lián)供微電網(wǎng)結構燃料電池型熱電聯(lián)供微電網(wǎng)結構微型燃氣輪機型熱電聯(lián)微電網(wǎng)結構微型燃氣輪機型熱電聯(lián)微電網(wǎng)結構聯(lián)供設備日本東京地區(qū)日本東京地區(qū)CCHPCCHP系統(tǒng)系統(tǒng)包括東京瓦斯大樓、東芝大樓、靠海大樓4臺燃氣輪機，裝機容量4400KW區(qū)域性熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)生0.78Mpa蒸汽和7冷水燃氣輪機150

14、0kW；余熱蒸汽鍋爐4.6t/h；蒸汽輪機90kW驅動燃氣壓縮機；太陽能發(fā)電80kW可作燃氣輪機的啟動電源；吸收式制冷機利用蒸汽輪機排熱；壓縮式制冷機補充制冷；東京世貿(mào)中心大廈建筑面積 12 萬平方米，五星級酒店、公寓清華科技園A-02（文津國際大廈）內燃機：21160kW余熱直燃機：21745kW電制冷機：2700RT燃氣鍋爐：1.4MW+4.2MW燃氣內燃機4臺，總發(fā)電能力3000kW余熱煙氣熱水型冷溫水機組水源熱泵蓄熱及蓄冰裝置 19.6萬平方米建筑供電 8.6萬平方米建筑空調、生活熱水 供能規(guī)模主要設備蟹島三聯(lián)供能源中心大型發(fā)電機熱泵機組太陽能蟹島三聯(lián)供系統(tǒng)原理圖小型發(fā)電機供電備用鍋爐

15、生活熱水供電供電供電余熱余熱機組余熱電源采暖蓄熱水槽湖水備用冷卻制冷冷卻制冷冷卻供熱熱源供熱制冷供冷蓄冰槽發(fā)電蟹島三聯(lián)供系統(tǒng)能源利用發(fā)電余熱水源熱泵湖水吸收制冷、供熱與太陽能熱水系統(tǒng)聯(lián)合供應生活熱水夏季日間供冷、夜間蓄冰冬季日間供熱、夜間蓄熱發(fā)電機備用冷卻夏季制冷循環(huán)冷卻冬季熱泵循環(huán)低溫熱源主要供能源中心熱泵、水泵用電目 錄一、分布式發(fā)電與微電網(wǎng)二、冷熱電聯(lián)供三、分布式綜合能源系統(tǒng)未來，在以清潔能源為主導，以電為中心的能源發(fā)展格局下，電網(wǎng)將成為能源配置的主要載體。全球清潔能源的分布很不均衡，北極和赤道附近地區(qū)和各洲內的大型水電、風電、太陽能發(fā)電基地，大多數(shù)離負荷中心有數(shù)百至數(shù)千千米，因此構建電

16、網(wǎng)從能源基地向負荷中心輸電，即是最經(jīng)濟的能源配置方式。隨著全球能源的大規(guī)模開發(fā)，電網(wǎng)覆蓋將進一步擴大至全球，形成全球廣泛互聯(lián)的能源網(wǎng)絡。 優(yōu)點：實現(xiàn)了分布式電源管理，提高了供電可靠性和經(jīng)濟性。 缺點：能源利用效率低，大量余熱被浪費。 優(yōu)點：能源利用效率高，環(huán)境污染小。 缺點：未實現(xiàn)能量使用更廣范圍的優(yōu)化配置，在某些運行場景下會造成多余熱能的浪費。到2050年建成由跨國跨洲特高壓骨干網(wǎng)架和各國各電壓等級智能電網(wǎng)構成的全球能源互聯(lián)網(wǎng)，連接“一極一道”（北極和赤道附近地區(qū)）和各洲大型清潔能源基地 優(yōu)點：可實現(xiàn)能源在全球范圍內的高效配置。 缺點：國家間的協(xié)調問題和能源地域分散問題難以解決，同時間歇性資

17、源眾多，難以全球控制。 分區(qū)分層電網(wǎng)運行控制分區(qū)分層電網(wǎng)運行控制 全景信息分析與預警全景信息分析與預警可再生可再生能源能源能效分析能效分析工業(yè)監(jiān)測工業(yè)監(jiān)測智能用電智能用電電力市場電力市場氣象預測氣象預測智能交通智能交通電網(wǎng)設備電網(wǎng)設備運行運行全球調度中心全球調度中心洲洲/區(qū)調度中心區(qū)調度中心洲洲/區(qū)調度中心區(qū)調度中心洲洲/區(qū)調度中心區(qū)調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心國家調度中心世界各國世界各國英國：英國：英國2050年能源氣候發(fā)展路徑分析（2010年）的報告認為進行多種能源間的協(xié)調和優(yōu)化

18、即進行綜合能源系統(tǒng)建設，是實現(xiàn)進行綜合能源系統(tǒng)建設，是實現(xiàn)減排減排目標的根本保證目標的根本保證。在具體實施方面，英國政府重點關注風能、核能及智能電網(wǎng)的協(xié)調發(fā)展，智能電網(wǎng)受到高度重視。德國德國：2010.9.7發(fā)布德國能源構想草案，報告特別強調能源供應系統(tǒng)之間的協(xié)調和配合，并計劃于20112011年由政府啟動一個全面的綜合能源年由政府啟動一個全面的綜合能源研究計劃研究計劃，研究重點包括可再生能源、能源效率、能源儲存、電網(wǎng)技術及能源供應鏈中的可再生能源整合等。世界世界各國各國法國：法國：法國傳統(tǒng)能源較稀缺，注重各能源協(xié)調發(fā)展和綜合利用，二戰(zhàn)后確立以發(fā)展核電為主的國家能源戰(zhàn)略。近年來主要注重能源階梯

19、利用和發(fā)展各種可再生能源。西班牙：西班牙：主要利用綜合能源技術實現(xiàn)可再生能源的規(guī)?；_發(fā)利用。丹麥：丹麥：在發(fā)展綜合能源技術時，主要注重新能源開發(fā)和利用，希望在2050年徹底擺脫對化石能源的依賴，同時CO2減排1990年的80-95%。世界各國世界各國中國：中國：由于資源分布比較分散，因此因地制宜對可再生能源進行開發(fā)利用。西南部水力資源豐富，主要以發(fā)展水電為主；三北地區(qū)風電資源豐富，主要以發(fā)展風電為主，而西北地區(qū)太陽能資源比較豐富，該區(qū)域主要以光伏發(fā)電為主。俄羅斯俄羅斯：在發(fā)展綜合能源技術時，主要注重風能和水能的利用，同時加強和中亞一些國家的能源合作，實現(xiàn)能源互補。電源技術：n 風力發(fā)電技術n

20、 太陽能發(fā)電技術n 海洋能發(fā)電技術n 分布式電源技術電網(wǎng)技術：n 特高壓輸電技術和裝備n 海底電纜技術n 超導輸電技術n 直流電網(wǎng)技術n 微電網(wǎng)技術n .儲能技術：n 物理儲能n 電化學儲能n 電磁儲能信息通信技術：n 大數(shù)據(jù)技術n 傳感器技術n .中國實踐1智能電網(wǎng)技術： 中國在智能電網(wǎng)設備的監(jiān)控、系統(tǒng)運行、智能互動和通信信息等技術領域實現(xiàn)了全面突破。智能電網(wǎng)技術提升了電力系統(tǒng)運行的適應性和互動性，為開展綜合能源系統(tǒng)提供了堅實的基礎。特高壓技術： 特高壓技術是當年世界電網(wǎng)技術的制高點，中國自2004年全面開始發(fā)展特高壓以來，在技術和裝備等方面取得了重要突破，實現(xiàn)了“中國制造”和“中國引領”。

21、全球互聯(lián)是建立在各國堅強電網(wǎng)的基礎上的，因此特高壓技術對跨國輸電的意義更加重大。國際實踐2蘇聯(lián)美國日本與20世紀60年代后半期開展了特高壓技術的研究為了滿足經(jīng)濟和能源發(fā)展的需求，更加關注電力網(wǎng)絡基礎架構的升級更新，在Grid2030計劃中提出了美國全球互聯(lián)網(wǎng)的設想。于1972年啟動了特高壓輸電技術的研究開發(fā)計劃1988年開始建設計劃向東京送點的1000千伏特高壓輸電線路，全場426千米，一直降壓運行。是世界上最早開展特高壓輸電技術研究的國家之一，但90年代后，由于蘇聯(lián)解體等因素，很多特高壓工程就此擱淺。全球能源互聯(lián)？微電網(wǎng)？目前對于全球能源互聯(lián)的構想是很完美的，但是要想實現(xiàn)世界范圍內的能源互聯(lián)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，而微電網(wǎng)雖然可以實現(xiàn)可再生能源的高效利用，但由于其供電的范圍過于狹小，不具備經(jīng)濟性。因此，在二者各有利弊的情況下，我們力圖尋求一種適用于當前世界形勢的未來電網(wǎng)新發(fā)展形勢 近期未來能源系統(tǒng)將發(fā)展將以分布式單元（冷熱電源、負荷、儲能）為核心，包含多個微網(wǎng)結構，可