《综合能源系统》PPT课件

《《综合能源系统》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《综合能源系统》PPT课件（53页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

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 13814005169东南大学电气工程学院 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 利用各种分散存在的能源进行发电供能的技术。如:n风能、太阳能等可再生能源发电技术；n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 美国：n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。n2008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

2、的。欧盟：n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。n2010年欧盟成员国提交了“可再生能源国家行动计划”。中国：n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。 （全球风能理事会） n全球已有103个国家和地区在开发和利用风电；n2013年风电发电量约6400亿千瓦时，约占发电总量的2.9%； （欧洲光伏工业协会） n欧洲是目前光伏发电发展规模最大的地区；n2013年太阳能光伏发电量约1600亿千瓦时，约占发电总

3、量的0.7%； 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 7 7 1 6 6 .22 美 国 6 1 0 9 5 .73 德 国 3 4 2 5 1 9 .34 西 班 牙 2 2 9 6 2 1 .85 印 度 2 0 1 5 8 .16 英 国 1 0 5 3 1 1 .17 意 大 利 8 5 5 6 .98 法 国 8 2 5 6 .4

4、9 加 拿 大 7 8 0 5 .81 0 丹 麦 4 7 7 3 3 .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 3 5 7 1 2 0 .12 中 国 1 9 4 2 1 .63 意 大 利 1 7 9 3 1 4 .44 日 本 1 3 8 1 4 .75 美 国 1 3 7 3 1 .36 西 班 牙 5 3 4 5 .17 法 国 4 6 7 3 .68 英 国 3 3 8 3 .69 澳 大 利 亚 3 3 0 5 .21 0 比 利 时 2 9 8 1 4 .3 2013年 全 球 光 伏 装 机 容 量 居

5、前 十 的 国 家 基 本 情 况 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 （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 优点：接入方便，运行简单缺点：n系统故障退出运行 n间歇性影响周边用户n能源综合优化困难n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 DGDG DG DG需要新的

6、技术来解决分布式发电的高效利用问题！（微电网） 大型电厂 升压变配电变压器枢纽变电站 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： n 实现多种能源综合互补利用n 保障重要负荷的持续供电n 解决偏远地区的供电问题n 提高供电可靠性和电能质量n 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 12 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

7、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 美国微网示范工程CERTS系 统 组 成 三

8、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

9、 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Mad river示 范 目 的 分 布 式 发 电 系 统可 靠 性 测 试 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 ：u 380V， 50Hz系 统u335kW光 伏 ， 蓄 电 池u提 供 200幢 别 墅 电 力荷 兰 的 Zutphen度 假 村 ， 荷 兰 首 个 微 网 项 目 日本微网示范工程 Sendai微网组成： 燃 料 电 池 ， 内 燃 机 ，光 伏

10、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 舟山东福山岛：1 南京： 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

11、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 35kV35kV35kV 10kV特 点浙江鹿西微

12、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。 东 南 大 学 江 苏 省 智 能 电 网 技 术 与 装 备 重 点 实 验 室 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

13、到85%以上。 1999年提出“CCH P创意”和“CCH P2010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 成立COG EN 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

14、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 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 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 4400K W区 域 性 热 电 冷 三 联 供 系 统产 生 0.78Mpa蒸 汽 和 7 冷 水 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 ；

15、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 ；东 京 世 贸 中 心 大 厦 建 筑 面 积 12 万 平 方 米 ， 五 星 级 酒 店 、 公 寓清 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台 ， 总 发 电 能 力 3000kW 余 热 烟 气 热 水 型 冷 温 水

16、 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 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

17、 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，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

18、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。 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。 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。 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 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

19、 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 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

20、 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

21、储 存 、 电 网 技 术 及 能 源 供 应 链 中 的 可再 生 能 源 整 合 等 。 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

22、 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%。 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

23、 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 。 电源技术：n 风力发电技术n 太阳能发电技术n 海洋能发电技术n 分布式电源技术 电网技术：n 特高压输电技术和装备n 海底电缆技术n 超导输电技术n 直流电网技术n 微电网技术 n . 储能技术：n 物理储能n 电化学储能n 电磁储能信息通信技术：n 大数据技术 n 传感器技术n . 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，

24、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。 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

25、 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 。 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

26、 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 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。 48 49截

27、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 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 51 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装备研制技术123456 n 国 家 8 6 3 重 大 项 目 “ 含 分 布 式 电 源 的 微 电 网 关 键 技 术 研 发 ” （ 批 准 号 ：2 0 1 1 AA0 5 A1 0 7 ）n 国 家 自 然 科 学 基 金

28、“ 冷 热 电 联 供 型 微 电 网 高 效 运 行 的 建 模 和 优 化 方 法 ”n 国 家 自 然 科 学 基 金 “ 含 微 电 网 的 配 电 网 协 同 保 护 研 究 ”n 国 家 自 然 科 学 基 金 “ 含 多 微 电 网 的 配 电 网 分 层 分 布 式 协 调 控 制 研 究 ”国 家 级 项 目n 江 苏 省 自 然 科 学 基 金 项 目 “ 微 电 网 多 源 频 率 支 撑 潜 能 挖 掘 及 协 同 控 制 研 究 ”n 国 家 电 网 公 司 科 技 项 目 “ 燃 气 分 布 式 能 源 能 效 标 准 体 系 和 测 试 方 法 研 究 ” n 国 家 电 网 公 司 科 技 项 目 “ 智 能 社 区 低 碳 能 源 系 统 的 集 成 关 键 技 术 ”其 他 项 目 报告人：顾 伟 13814005169