盧強(qiáng)院士講解智能微能源網(wǎng)

1、智能微能源網(wǎng)Smart micro-energy grid, SMEG第一部分 微電網(wǎng)與智能微電網(wǎng)1.1 微電網(wǎng)（Microgrid, MG） 定義： 在一個最高電壓等級小于在一個最高電壓等級小于3535千伏（一般為千伏（一般為1010千伏）千伏）的區(qū)域內(nèi)，由一種或多種新能源發(fā)電站和的區(qū)域內(nèi)，由一種或多種新能源發(fā)電站和相應(yīng)的儲能相應(yīng)的儲能設(shè)備以及本設(shè)備以及本區(qū)用戶相聯(lián)接而成的電網(wǎng)。該電網(wǎng)所發(fā)之電能應(yīng)以本區(qū)自用為主區(qū)用戶相聯(lián)接而成的電網(wǎng)。該電網(wǎng)所發(fā)之電能應(yīng)以本區(qū)自用為主，其多余和不足之部分與，其多余和不足之部分與外部配外部配網(wǎng)雙向互通。這樣的電網(wǎng)稱為微網(wǎng)雙向互通。這樣的電網(wǎng)稱為微電網(wǎng)，以電網(wǎng)，以

2、MGMG記之。記之。儲能電池儲能電池光光伏電站伏電站小水電站小水電站風(fēng)電站風(fēng)電站逆變器逆變器逆變器逆變器自用自用AC負(fù)荷負(fù)荷10kvAC總母線總母線配電網(wǎng)配電網(wǎng)MG示意圖自用自用DC負(fù)荷負(fù)荷自用自用DC負(fù)荷負(fù)荷第一部分 微電網(wǎng)與智能微電網(wǎng)微電網(wǎng)的幾大特征1）有一定容量的儲能單元。2）嚴(yán)格實現(xiàn)CO2及其它污染物的零排放。3）所發(fā)出的清潔能源以區(qū)內(nèi)自用為主；不足或多余之電量 可與外部配電網(wǎng)（一般為35千伏）互調(diào)節(jié)。4）總裝機(jī)容量一般小于雙位數(shù)兆瓦級。第一部分 微電網(wǎng)與智能微電網(wǎng)1.2 智能微電網(wǎng)（SMG） 定義： 在微電網(wǎng)中可在微電網(wǎng)中可實現(xiàn)清潔能源發(fā)電實現(xiàn)清潔能源發(fā)電、儲電、自用電與、儲電、自用

3、電與外接配電網(wǎng)交互電能的自動優(yōu)化外接配電網(wǎng)交互電能的自動優(yōu)化控制；其控制；其優(yōu)化控制以用電效率最優(yōu)化控制以用電效率最高和年平均停電時間極小為高和年平均停電時間極小為指標(biāo)；其指標(biāo)；其控制過程與狀態(tài)變化具有可控制過程與狀態(tài)變化具有可視化功能，以視化功能，以SMGSMG記之。記之。儲能設(shè)備光伏電站小水電站風(fēng)電站逆變器自用AC負(fù)荷AC母線逆變器自用DC負(fù)荷SCADA趨優(yōu)化控制中心SMG示意圖配電網(wǎng)配電網(wǎng)第一部分 微電網(wǎng)與智能微電網(wǎng)智能微電網(wǎng)的幾大特征1）具有微網(wǎng)的所有特征，特別是零碳排放的特征。2）自動實現(xiàn)自動實現(xiàn)發(fā)電、儲電、自用電以及與外部配電網(wǎng)交互 電量的趨優(yōu)化趨優(yōu)化控制控制。3）微電網(wǎng)內(nèi)部的保護(hù)

4、系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化配置，其優(yōu)化指標(biāo)為 設(shè)備安全和全微電網(wǎng)年平均停電時間極小。4）控制系統(tǒng)能實現(xiàn)微網(wǎng)與外部配電網(wǎng)“并網(wǎng)”與“離網(wǎng)” 的干擾極小化。第一部分 微電網(wǎng)與智能微電網(wǎng)1.3 智能微網(wǎng)群（The group of microgrids）配電網(wǎng)配電網(wǎng)10千伏2.1 壓縮空氣儲能（CAES）原理電能輸入壓縮機(jī)儲氣裝置透平膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)壓縮熱（供暖）低溫空氣（制冷）輸出電能高溫高壓常溫高壓低溫中壓高溫中壓常溫常壓壓縮熱交換加熱低溫常壓膨脹節(jié)流閥第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題儲氣罐壓縮機(jī)空氣透平發(fā)電機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)減速器監(jiān)控平臺（2樓）設(shè)計參數(shù)儲氣壓力10 MPa儲罐體積50 m32充氣時間5.5 h發(fā)電功

5、率500 kW發(fā)電時間1h2.2 壓縮空氣儲能（CAES）物理試驗系統(tǒng)第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題2.3 壓縮空氣儲能系統(tǒng)全景第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題2.4 壓縮空氣儲能系統(tǒng)視頻介紹第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題2.5 壓縮空氣儲能（CAES）的儲能密度第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題進(jìn)氣溫度進(jìn)氣溫度氣壓氣壓儲能密度儲能密度d40010Mpa23kWh/m3儲能密度表直徑直徑D長度長度L可儲電能可儲電能4m170m5萬度5m100m5萬度即：2.6 與磷酸鐵鋰電池對比第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題投資概算表（10兆瓦，發(fā)電4小時）類型類型平均壽命平均壽命每度電投資每度

6、電投資40年內(nèi)更新次數(shù)年內(nèi)更新次數(shù)全壽命周期總投資全壽命周期總投資鋰電池8年5000元510億CAES40年4500元11.8億注：CAES運(yùn)行維護(hù)費(fèi) 遠(yuǎn)小于鋰電池運(yùn)維費(fèi)；廢舊鋰電池的后處理成本較高，我國尚未建廠。2.7 天然的冷-熱-電三聯(lián)供系統(tǒng)：“co-generation”第二部分 新儲能技術(shù)及其工業(yè)化問題性能概算表（10兆瓦，發(fā)電4小時）日發(fā)電量日發(fā)電量40 MWh供熱水量供熱水量120，1,200噸噸供暖面積供暖面積100,000 m2供暖戶數(shù)供暖戶數(shù)約約1,200 戶戶供冷面積供冷面積22,000m2每年節(jié)約標(biāo)煤每年節(jié)約標(biāo)煤4,000噸噸減排二氧化碳減排二氧化碳8,000噸噸 空氣

7、壓縮過程產(chǎn)生的空氣壓縮過程產(chǎn)生的壓縮熱壓縮熱，可可產(chǎn)生產(chǎn)生1,200噸噸120的熱水和的熱水和20萬萬m3的的45的冷氣。故該的冷氣。故該CAES是一種天然的冷熱是一種天然的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，綜合利用電三聯(lián)供系統(tǒng)，綜合利用效率是目前儲能系統(tǒng)中最效率是目前儲能系統(tǒng)中最高的。高的。既然是冷既然是冷-熱熱-電三聯(lián)供的電三聯(lián)供的系統(tǒng)，那就不僅是微系統(tǒng)，那就不僅是微電電網(wǎng)網(wǎng)而是微而是微能源能源網(wǎng)。網(wǎng)。第三部分 結(jié)論3.1 給出了“微電網(wǎng)”的定義。微網(wǎng)以至少是一種新能源或一種可再生能源（如小水電站）與一種儲能單元所組成的，所發(fā)電能以自用為主的，盈缺電能可與外部配電網(wǎng)互調(diào)的一種低電壓電網(wǎng)。第三部分 結(jié)論3.

8、2 給出了“智能微網(wǎng)”的定義。所謂智能微電網(wǎng)是一種具有多目標(biāo)自趨優(yōu)能力的微電網(wǎng)。其優(yōu)化目標(biāo)至少有兩類： 第一類屬經(jīng)濟(jì)范疇，即高效率，充分利用能源，使損耗達(dá)最低值； 第二類屬安全類，安全性的高低是以用戶年平均停電時間來度量的（應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)尚無）。第三部分 結(jié)論3.3 中國學(xué)派，今天在此正式提出“智能微網(wǎng)群”的新概念，并認(rèn)為這是我國“智能微網(wǎng)”的發(fā)展方向；若按此理念建設(shè)，定會使中國智能微網(wǎng)的發(fā)展領(lǐng)先于世。 此處應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是智能微網(wǎng)群將m個智能微網(wǎng)加以整合，其內(nèi)部實現(xiàn)優(yōu)化潮流（OPF）對外部有n個出線與配電網(wǎng)聯(lián)接，其n應(yīng)顯著小于m，即nm。第三部分 結(jié)論3.4 3.4 重要的是提出了重要的是提出了CA

9、ESCAES的儲能方式以取代磷酸鐵鋰電池。的儲能方式以取代磷酸鐵鋰電池。3.4-1 鋰電池不僅單位電度投資高于CAES，且二者壽命比為 8年:40年；應(yīng)指出鋰電池的8年壽命為“理想”值，即每天深度充放電一次，且對其儲存空間的溫度、濕度參數(shù)要求很高，幾乎應(yīng)恒溫恒濕，這樣的要求對于東北如鞍山等城市需付出很高的額外代價。 CAES運(yùn)行壽命至少為40年，故二者全壽命周期投資之比為 10:1.8，鋰電池比CAES低5.6倍。 還應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出：鋰電池的后處理投資較大，約為新電池的25%30%。第三部分 結(jié)論3.4-2 CAES是天然的電熱冷三聯(lián)供系統(tǒng)。這正是西方各國所熱追的稱為“co-generation”

10、的節(jié)能方式。 CAES在儲、發(fā)4萬度電的情態(tài)下，能夠供應(yīng)1,200噸120的熱水和溫度為45的20萬m3的冷氣。 供暖所用熱量可覆蓋1200戶；至于45的冷風(fēng)正好是夏季蔬菜和水果保鮮所需求的資源。 這種電熱冷三聯(lián)供的儲能系統(tǒng)被證明是最節(jié)能的儲能系統(tǒng)。第三部分 結(jié)論3.4-3 零排放 CAES無燃燒，故CO2排放絕對為零；“空氣進(jìn),空氣出”。像這種絕對零排放，電熱冷三聯(lián)供的系統(tǒng)是國網(wǎng)公司和清華大學(xué)的專利技術(shù)，是世界上目前獨(dú)有的。第三部分 結(jié)論3.4-4 其可行性已被科學(xué)試驗所證實。 如上各位所見，在安徽省蕪湖市國家級高新科技開發(fā)區(qū)，以院士工作站為依托，完成了一個“麻雀雖小”的500kW的CAES

11、系統(tǒng)，運(yùn)行一年證明符合設(shè)計要求。今年七月份驗收。其中國網(wǎng)公司副總和科技部主任親臨現(xiàn)場“督導(dǎo)”，給出很高評價稱：“為世界所獨(dú)有”，“符合驗收要求”。第三部分 結(jié)論3.4-5 在鞍山市的推廣應(yīng)用的設(shè)想。 以建設(shè)鞍山市智能微網(wǎng)群為目標(biāo)。 首先建一個10兆瓦，可發(fā)電45兆瓦時的CAES，作為一個光伏智能小區(qū)的示范項目。 然后可提高至20兆瓦，并帶動其他城鎮(zhèn)智能小區(qū)的建設(shè)。 需要國家政策的支持，主要是合理的電價政策。第三部分 結(jié)論3.4-6 設(shè)備國產(chǎn)化率與提供就業(yè)崗位 設(shè)備國產(chǎn)化率100% 建立1/4智能鞍山市，約可提供50萬個就業(yè)崗位。 至少冬季供暖和夏季空調(diào)及蔬果保鮮供冷用，共減少標(biāo)煤4,000噸；CO2減排約7,500噸。第三部分 結(jié)論3.5 3.5 對建設(shè)鞍山市智能微能源網(wǎng)群的建議對建設(shè)鞍山市智能微能源網(wǎng)群的建議第第1 1步，步，清查本市配電網(wǎng)和用電網(wǎng)的現(xiàn)況；特別查明那些全年幾乎處于空載運(yùn)行狀態(tài)的線路和變壓器。查明后繪制一張鞍山市2015年配網(wǎng)圖，標(biāo)明上述幾乎空載運(yùn)行的設(shè)備，新增線路及設(shè)備應(yīng)按此改造現(xiàn)有配網(wǎng)；第第2 2步，步，給出2020年和2050年鞍山市智能微能源網(wǎng)群的規(guī)劃，亦即智能鞍山市的規(guī)劃藍(lán)皮書；第第3 3步，步，按調(diào)研結(jié)果