區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化配置

1、區(qū)域能源規(guī)劃區(qū)域能源規(guī)劃第九講第九講 區(qū)域能源系統(tǒng)的優(yōu)化區(qū)域能源系統(tǒng)的優(yōu)化和配置（三）和配置（三）1.1. 區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化配置的三大導向和區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化配置的三大導向和思路思路2.2. 分布式能源熱電聯(lián)產系統(tǒng)分布式能源熱電聯(lián)產系統(tǒng)3.3. 能源總線系統(tǒng)能源總線系統(tǒng)4.4. 多能源互補系統(tǒng)多能源互補系統(tǒng)5.5. 能源互聯(lián)網系統(tǒng)能源互聯(lián)網系統(tǒng)4.4.多能源互補系統(tǒng)多能源互補系統(tǒng) 目前，我國各類新能源的利用率還很低，由新目前，我國各類新能源的利用率還很低，由新能源造成的二次污染問題也成為制約新能源發(fā)展的能源造成的二次污染問題也成為制約新能源發(fā)展的主要障礙。根據各地具體能源構成方式，合理采用主要障

2、礙。根據各地具體能源構成方式，合理采用風能、太陽能和生物質能等可再生能源，構成多種風能、太陽能和生物質能等可再生能源，構成多種能源互補的功能系統(tǒng)，實現(xiàn)電、熱、冷聯(lián)供，既能能源互補的功能系統(tǒng)，實現(xiàn)電、熱、冷聯(lián)供，既能充分利用資源，提高能源利用率，又可以減少單一充分利用資源，提高能源利用率，又可以減少單一能源供電的劣勢，緩解能源消耗給環(huán)境造成的壓力。能源供電的劣勢，緩解能源消耗給環(huán)境造成的壓力。l 風光互補發(fā)電系統(tǒng)風光互補發(fā)電系統(tǒng)u利用太陽能和風能在時間和地域上都很強的互補性，陽光最強時一般風很??；而在晚上沒有陽光時，由于溫差比較大，空氣的流動導致風的形成。u然而在晴天太陽比較充足而風會相對較少，

3、在陰雨天氣的時候，陽光很弱但是陰雨天氣會伴隨著大風，風資源相對較多。 所以根據風光的互補特性，使用風光互補系統(tǒng)可以很好的解決無線通信系統(tǒng)的供電問題白天在有光照的情況下，電池白天在有光照的情況下，電池板在陽光的照射下發(fā)生光電轉板在陽光的照射下發(fā)生光電轉換，產生電量，提供給負載工換，產生電量，提供給負載工作的能量，同時將多余的能量作的能量，同時將多余的能量儲存到蓄電池中。儲存到蓄電池中。在沒有陽光照射而且沒有風在沒有陽光照射而且沒有風力的情況下，則蓄電池中的力的情況下，則蓄電池中的電量釋放出來供給負載工作。電量釋放出來供給負載工作。在夜晚，葉片在風推動下發(fā)在夜晚，葉片在風推動下發(fā)生將機械能轉化為電

4、能，產生將機械能轉化為電能，產生電量，提供給負載工作的生電量，提供給負載工作的能量，同時將多余的能量儲能量，同時將多余的能量儲存到蓄電池中。存到蓄電池中。在陰雨天氣，葉片在風推動在陰雨天氣，葉片在風推動下發(fā)生將機械能轉化為電能，下發(fā)生將機械能轉化為電能，產生電量，提供給負載工作產生電量，提供給負載工作的能量，同時將多余的能量的能量，同時將多余的能量儲存到蓄電池中。儲存到蓄電池中。實現(xiàn)了無縫隙實現(xiàn)了無縫隙供電供電概率較小概率較小風光互補發(fā)電系統(tǒng)的結構簡圖風光互補發(fā)電系統(tǒng)的結構簡圖 風電系統(tǒng)是利用小型風力發(fā)電機，將風能轉換成電能，通過控制器對蓄電池充電再通過逆變器對用電設備供電的一套系統(tǒng)。 風電系

5、統(tǒng)的優(yōu)點是日發(fā)電量大、系統(tǒng)造價及運行維護成本低。 缺點是常規(guī)水平軸風力發(fā)電機對風速的要求比較苛刻。而且這個問題至今也一直沒能有效地解決。 光電系統(tǒng)是利用光電板將太陽能轉換成電能，通過控制器對蓄電池充電。再通過逆變器對用電設備供電的一套系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的優(yōu)點是供電可靠性高。運行維護成本低，但是系統(tǒng)造價高。風光互補的特點風光互補的特點 (1)風電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，使成本大大降低同時可以設計逆變系統(tǒng)具有自動穩(wěn)壓功能，改善供電質量。 (2)風光互補系統(tǒng)關鍵的控制部分要根據日照強度、風力大小及負載的變化不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié)。在發(fā)電量充足時把一部分電量供給負載，另

6、一部分電能則存入蓄電池組中；當發(fā)電量不足時。由蓄電池組提供部分負載所需電能，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。 (3)由于風光互補系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性和保證率高，可以設計較低的光電陣列容量和蓄電池容量。使整個系統(tǒng)的成本下降風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用 無電農村的生活、生產用電 半導體室外照明中的應用 航標上的應用 監(jiān)控攝像機電源中的應用 通信基站中的應用 抽水蓄能電站中的應用都能應用都能應用啦！啦！各式各樣的風光互補路燈各式各樣的風光互補路燈風光互補路燈視頻監(jiān)控系統(tǒng)風光互補路燈視頻監(jiān)控系統(tǒng)風光互補發(fā)電系統(tǒng)工程成功案例風光互補發(fā)電系統(tǒng)工程成功案例廣州亞運金山大道風光互補廣州亞運金山大道

7、風光互補監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)湖北漢宜高速風光互補湖北漢宜高速風光互補監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)珠海橫琴島風光互補監(jiān)控系統(tǒng)珠海橫琴島風光互補監(jiān)控系統(tǒng)青海格爾木風光互補監(jiān)控系統(tǒng)青海格爾木風光互補監(jiān)控系統(tǒng)福州森林防火風光互補監(jiān)控系統(tǒng)福州森林防火風光互補監(jiān)控系統(tǒng)茂名海上平臺風光互補發(fā)電系統(tǒng)茂名海上平臺風光互補發(fā)電系統(tǒng)青島奧運帆船中心風能路青島奧運帆船中心風能路燈燈臺灣風光互補路燈工程臺灣風光互補路燈工程澳大利亞風光互補路燈工澳大利亞風光互補路燈工程程其他國外風光互補工程其他國外風光互補工程風光互補發(fā)電系統(tǒng)的未來風光互補發(fā)電系統(tǒng)的未來1）中小型風力機與太陽能電池結合作為最合理的獨立電源可開發(fā)更多的應用領域，包括風光互

8、補便攜式電源、風光互補泵水系統(tǒng)、風光互補增氧系統(tǒng)、風光互補供暖系統(tǒng)、風光互補海水淡化系統(tǒng)、風光互補景觀照明系統(tǒng)等等。隨著中小型風力發(fā)電機產品的多樣化，風光互補獨立供電系統(tǒng)在市政項目、邊防哨所、偏遠地區(qū)都有著極廣的應用前景。 2）中小型風力發(fā)電機并網發(fā)電系統(tǒng)。大家都知道，德國和日本的太陽能屋頂計劃大大促進了太陽能電池產業(yè)的發(fā)展。但在英國等陽光資源不好的國家，正在推廣風力發(fā)電機屋頂發(fā)電計劃。在家庭安裝中小型風力發(fā)電機并網發(fā)電，可節(jié)省輸配電系統(tǒng)，改善電網結構，是分布式電源的理想方式。在國外還作為夜間照明和獨立供電來減少犯罪率的公共設施。 l 家用燃料電池家用燃料電池 燃料電池作為燃料電池作為2121

9、世紀的高科技產品，早已受到西方發(fā)到世紀的高科技產品，早已受到西方發(fā)到國家的重視，企業(yè)界也紛紛投入巨資從事燃料電池技術的國家的重視，企業(yè)界也紛紛投入巨資從事燃料電池技術的研究與開發(fā)，均取得了重大進展，技術走向成熟，并在一研究與開發(fā)，均取得了重大進展，技術走向成熟，并在一定程度上實現(xiàn)了商業(yè)化，使得燃料電池即將逐步取代傳統(tǒng)定程度上實現(xiàn)了商業(yè)化，使得燃料電池即將逐步取代傳統(tǒng)發(fā)電機和內燃機而廣泛應用于發(fā)電和汽車上。發(fā)電機和內燃機而廣泛應用于發(fā)電和汽車上。MWMW級成套燃級成套燃料電池發(fā)電設備已進入商業(yè)化生產，各等級的燃料電池發(fā)料電池發(fā)電設備已進入商業(yè)化生產，各等級的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達國家建成，

10、燃料電池汽車也已經開發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達國家建成，燃料電池汽車也已經開發(fā)出來，家庭用燃料電池也已經進入實用性試驗，這充分顯出來，家庭用燃料電池也已經進入實用性試驗，這充分顯示了燃料電池所具有的廣闊發(fā)展前景。示了燃料電池所具有的廣闊發(fā)展前景。 1839 1839年，英國科學家年，英國科學家設計出了第設計出了第一款燃料電池，之后，燃一款燃料電池，之后，燃料電池得到了廣泛的研究。料電池得到了廣泛的研究。隨著能源危機的出現(xiàn)，燃隨著能源危機的出現(xiàn)，燃料電池更得到了進一步的料電池更得到了進一步的關注。關注。和傳統(tǒng)的和傳統(tǒng)的內燃機內燃機比較，二者都是用比較，二者都是用化學燃料作為能源，但是化學燃料作為能源，

11、但是在燃料利用率上，傳統(tǒng)的在燃料利用率上，傳統(tǒng)的內燃機只有約內燃機只有約18%18%的效率的效率，而而燃料電池的效率可高達燃料電池的效率可高達80%80%。燃料電池的組成和工作原理 n 燃料電池的基本組成：燃料電池的基本組成：陽極、陰極、電解質和外電路。燃料電池中的電解質有不同的種類。 燃料電池的基本單元燃料電池的基本單元 燃料電池的工作原理（以氫氧磷酸型電池為例）（1）氫氣在陽極催化劑的作用下，發(fā)生下列陽極反應：（2）氫離子穿過電解質到達陰極。電子則通過外電路及負載也達到陰極。在陰極催化劑的作用下，生成水反應式為：（3）綜合起來，氫氧燃料電池中總的電池反應為：伴隨著電池反應，電池向外輸出電能

12、。只要保持氫氣和氧氣的供給，該燃料電池就會連續(xù)不斷地產生電能。eHH222OHOeH222122OHOH22222u燃料電池的特點燃料電池的特點n燃料電池的能量轉換效率高，不受卡諾效率限制。 n清潔、環(huán)保。燃料電池不需要鍋爐、汽輪機等大型設備、沒有SO x、NO x氣體和固體粉塵的排放。 n可靠性和操作性良好，噪聲低。 n所用燃料廣泛，占地面積小，建廠具有很大靈活性。 燃料電池的分類燃料電池的分類 1、按燃料電池的運行機理分。、按燃料電池的運行機理分。 分為酸性燃料電池和堿性燃料電池 2. 按電解質的種類不同，有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質按電解質的種類不同，有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電

13、解質 2.1堿性燃料電池（AFC）、 2.2質子交換膜燃料電池（PEMFC） 2.3磷酸燃料電池（PAFC）、 2.4熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、 2.5固體氧化物燃料電池（SOFC）、 3. 按燃料類型分。按燃料類型分。 3.1氫燃料電池 3.2甲烷燃料電池 3.3甲醇燃料電池 3.4乙醇燃料電池 低溫質子交換膜燃料電池或磷酸燃料電池幾乎可以滿足私人居低溫質子交換膜燃料電池或磷酸燃料電池幾乎可以滿足私人居戶和小型企業(yè)的所有熱電需求。目前，這些燃料電池還不能供戶和小型企業(yè)的所有熱電需求。目前，這些燃料電池還不能供小型的應用，美國，日本和德國僅有少量的家庭用質子交換膜小型的應用，美國，日本和

14、德國僅有少量的家庭用質子交換膜燃料電池提供能源。質子交換膜燃料電池的能源密度比磷酸燃燃料電池提供能源。質子交換膜燃料電池的能源密度比磷酸燃料電池大，然而后者的效率比前者高，且目前的生產成本也比料電池大，然而后者的效率比前者高，且目前的生產成本也比前者便宜。這些燃料電池應該能夠為單個私人居戶或幾家居戶前者便宜。這些燃料電池應該能夠為單個私人居戶或幾家居戶提供能源，通過設計可以滿足居民對能源的所有要求，或者是提供能源，通過設計可以滿足居民對能源的所有要求，或者是他們的基本負載，高峰時的需求由電力網提供。他們的基本負載，高峰時的需求由電力網提供。 為了有利于該技術的應用，可以用天然氣銷售網作為氫燃料

15、源為了有利于該技術的應用，可以用天然氣銷售網作為氫燃料源。當前，許多生產商預測在不久的將來便會出現(xiàn)其它燃料源泉。當前，許多生產商預測在不久的將來便會出現(xiàn)其它燃料源泉，這有助于進一步降低排放，加速燃料電池進入新的理想市場，這有助于進一步降低排放，加速燃料電池進入新的理想市場。l 以熱定電以熱定電l以熱定電以熱定電，就是以熱需求，就是以熱需求( (冷熱負荷冷熱負荷) )確定電力驅動熱泵的確定電力驅動熱泵的電力需求，使分布式能源熱電聯(lián)供系統(tǒng)綜合效率達到電力需求，使分布式能源熱電聯(lián)供系統(tǒng)綜合效率達到200200以上。為區(qū)域能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置提供了有效的方案。以上。為區(qū)域能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置提供了有效的方

16、案。5.5.能源互聯(lián)網系統(tǒng)能源互聯(lián)網系統(tǒng)u 智能電網技術智能電網技術u 微網技術微網技術u 能源互聯(lián)網能源互聯(lián)網智能電網是以物理電網為基礎將現(xiàn)代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網 1 硬件基礎：電網和建立在集成的、高速雙向通信網絡。2 軟件基礎：智能的控制技術，是指診斷電網狀態(tài)，防止供電中斷，改善電能質量擾動的裝置和算法。智能電網的定義智能電網的定義 （1）2001 年,美國電力科學研究院（EPRI）提出“Intelligrid”（智能電網）的概念，并于2003年提出智能電網研究框架展開研究；美國能源部（DOE）隨即發(fā)布Grid203

17、0 計劃,通過采用先進的材料技術、超導技術、電力電子技術，重點研究控制技術、廣域測量技術、實時仿真技術、儲能技術、可再生能源發(fā)電技術、微型燃氣輪機發(fā)電技術等，以構建全美骨干電網、區(qū)域性電網、地方電網和微型電網（分布式電力系統(tǒng)）等多層次的電力網絡，爭取到2030 年建成完全自動化、高效能、低投資、安全可靠、靈活應變的輸配電系統(tǒng)，以保障大電網的安全性、穩(wěn)定性，提高供電的可靠性及電能質量。 （2）2005 年歐洲提出類似的“smartgrid”概念，2006 年，歐盟智能電網技術論壇推出了歐洲智能電網技術框架，認為智能電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發(fā)展方向，主要著重于輸配電過程中的自

18、動化技術 （3）我國在智能電網概念的提出方面雖然稍晚，但之前就在相關技術領域開展了大量的研究和實踐。1999年進行的“我國電力大系統(tǒng)災變防治和經濟運行的重大科學問題研究”，就已經提出過“數字電力系統(tǒng)”的概念。近年來國內也在一直不斷關注國內外智能電網方面的最新研究進展。 2007 年10 月，華東電網正式啟動了智能電網可行性研究項目，計劃建成具有自愈能力的智能電網。 2008 年11 月11 日到13 日，中美清潔能源合作組織特別會議召開，在會上開始使用“Smart Grid”，中國將之翻譯為“智能電網”，并在國內統(tǒng)一推廣這一概念，以指導相關研究的開展。 在2009 年5 月召開的“2009 特

19、高壓輸電技術國際會議”上，中國國家電網公司正式提出“堅強智能電網”的概念，并計劃于2020 年基本建成中國的堅強智能電網，正式拉開了中國堅強智能電網的研究與建設序幕。將來智能電網的功能特征目前將來激勵激勵/ /包括電力用戶包括電力用戶電價不透明，缺少實時定價，選擇電價不透明，缺少實時定價，選擇很少很少充分的電價信息，實時定價，有許多充分的電價信息，實時定價，有許多方案和電價可供選擇方案和電價可供選擇提供發(fā)電提供發(fā)電/ /儲能儲能中央發(fā)電占優(yōu)，少量分布式發(fā)電中央發(fā)電占優(yōu)，少量分布式發(fā)電, , 儲能或可再生能源儲能或可再生能源大量大量“即插即用即插即用”的分布式電源補助的分布式電源補助中央發(fā)電（節(jié)

20、能、環(huán)保）中央發(fā)電（節(jié)能、環(huán)保）使市場化成為可能使市場化成為可能有限的躉售市場，未很好的集成有限的躉售市場，未很好的集成成熟、健壯、很好集成的躉售市場成熟、健壯、很好集成的躉售市場滿足電能質量需要滿足電能質量需要關注停運，不關心電能質量關注停運，不關心電能質量電能質量需保證，有各種各樣的質量電能質量需保證，有各種各樣的質量/ /價格方案可供選擇價格方案可供選擇優(yōu)化優(yōu)化很少計及資產管理很少計及資產管理電網的智能化同資產管理軟件深度集電網的智能化同資產管理軟件深度集成成自愈自愈擾動發(fā)生時保護資產（保護跳閘）擾動發(fā)生時保護資產（保護跳閘）防止斷電，減少影響防止斷電，減少影響抵御攻擊抵御攻擊對恐怖襲擊

21、和自然災害脆弱對恐怖襲擊和自然災害脆弱具有快速恢復能力具有快速恢復能力智能電網是促進電力行業(yè)全價值鏈生產、運行、經營各環(huán)節(jié)根本性轉變的解決方案智能電網是促進電力行業(yè)全價值鏈生產、運行、經營各環(huán)節(jié)根本性轉變的解決方案 配電數據通信網絡：覆蓋配電網中所以節(jié)點的IP通信網，采用光纖、無線與載波等組網技術，支持各種配電終端與系統(tǒng)“上網” 先進的傳感測量技術：光學或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設備狀態(tài)在線監(jiān)測、電能質量測量技術 先進的保護控制技術：廣域保護、自適應保護、配電系統(tǒng)快速模擬仿真、網絡重構等 高級配電自動化（ADA)：配電運行自動化（SCADA、變電所自動化、饋線自動化）、配電管理

22、自動化（配電GIS、設備管理、檢修管理等） 高級計量體系（AMI）：使用智能電表通過多種通信介質，按需或以設定的方式測量、收集并分析用戶用電數據的系統(tǒng)智能電網技術內容和功能 并網技術（DER)：包括DER在配電網的即插即用以及微網技術。即插即用包括：DER高度滲透的配電網的規(guī)劃建設、DER并網保護 控制與調度管理、系統(tǒng)與設備接口的標準化等；微網指接有分布式電源的配電子系統(tǒng)。DER并網研究還包括有源網絡技術，即分布式電源大量應用、深度滲透、潮流雙向流動的網絡 DFACTS：柔性交流輸電（FACTS）技術在配電網的延伸。包括電能質量與動態(tài) 潮流控制。設備包括：靜止無功發(fā)生器（SVC)、靜止同步補償器（STATCOM)、有源電力濾波器（APF）、動態(tài)不停電電源（UPS）、動態(tài)電壓恢復器（DVR）、固態(tài)斷路器（SSCB）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC) 等 故障電流限制技術：利用電力電子、高溫超導技術限制短路電流微網技術微網技術 由各種分布式電源/微電源、儲能單元、負荷以及