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分布式发电技术分布式发电技术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分布式发电发展政策分布式发电发展政策美国：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”
2、认为2030年美国风电占总消费电量20%是可行的。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。分布式发电现状分布式发电现状 2000201320002013年世界风电装机容量及增长率年世界风电装机容量及增长率（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
3、亿千瓦时，约占发电总量的2.9%；分布式发电现状分布式发电现状 2000201320002013年世界太阳能发电装机容量及增长率年世界太阳能发电装机容量及增长率 （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，约占发电总量的0.7%；分布式发电现状分布式发电现状2013年全球风电装机容量居前十的国家基本情况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序号序号国家国家风机装机容量机装机容量（万千瓦）（万千瓦）占本国占本国总装机装机比重（比重
4、1中国中国77166.22美国美国61095.73德国德国342519.34西班牙西班牙229621.85印度印度20158.16英国英国105311.17意大利意大利8556.98法国法国8256.49加拿大加拿大7805.810丹麦丹麦47733.9序号序号国家国家光伏装机容量光伏装机容量（万千瓦）（万千瓦）占本国占本国总装机装机比重（比重（%）1德国德国357120.12中国中国19421.63意大利意大利179314.44日本日本13814.75美国美国13731.36西班牙西班牙5345.17法国法国4673.68英国英国3383.69澳大利澳大利亚3305.210比利比利时2
5、9814.32013年全球光伏装机容量居前十的国家基本情况年全球光伏装机容量居前十的国家基本情况中国分布式中国分布式发电示范工程发电示范工程河北张北国家风光储输示范工程河北张北国家风光储输示范工程甘肃酒泉风电基地甘肃酒泉风电基地青海格尔木光伏发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浙江海宁分布式光伏发电分布式发电前景广阔分布式发电前景广阔 对对能源发展趋势的预测能源发展趋势的预测（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分布式发电并网带来的挑战分布式发电并网带来的挑战优点：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
6、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110KVGGGG中压配网35/10KV低压配网0.4KV负荷负荷DGDGDGDGDG需要新的技术来解决分布式发电的高效利用问题！（微电网）微电网定义微电网定义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
7、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微电网的主要作用微电网的主要作用12121212提高抗灾能力及应急供电提高抗灾能力及应急供电提高抗灾能力及应急供电提高抗灾能力及应急供电新农村电气化新农村电气化新农村电气化新农村电气化最大化接纳分布式电源最大化接纳分布式电源最大化接纳分布式电源最大化接纳分布式电源节能降耗、提高能效节能降耗、提高能效节能降耗、提高能效节能降耗、提高能效智能电网智能电网智能电网智能电网的的的的有机组成部分有机组成部分有机组成部分有机组成部分 满足用户多类满足用户多类满足用户多类满足用户多类电能质量需求电能质量
8、需求电能质量需求电能质量需求 国内外研究现状国内外研究现状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
9、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美国美国微网示范工程CERTS系统组成系统组成三三台台60kW燃气轮燃气轮机机三三条馈线，负荷可条馈线，负荷可分为一般负荷分为一般负荷，可，可控负荷和敏感控负荷和敏感负荷负荷美国微网示范工程NREL微网微网组成组成200kW电网电网模拟模拟燃气轮机，燃气轮机，蓄电池蓄电池，光光伏伏，风机，柴油机，风机，柴油机直流母线直流母线示范示范目的目的分布式分布式发电系发电系统可靠性统可靠性测试测试分布式分布式发电，发电，微网运行导则微网运行导则制定制定美国微网示范工程DETL微网微网组成组成电网模拟电网模拟光光伏，燃料电池，伏，燃料电
10、池，燃气轮机燃气轮机，风机风机示范示范目的目的建立微网建立微网经济模经济模型型特定特定地点建设微地点建设微网网可行性可行性加快加快微网技术和微网技术和制度上认知制度上认知度度含含分布式电源配分布式电源配电网电网规划规划美国微网示范工程Mad river示范示范目的目的分布式分布式发电系统发电系统可靠性可靠性测试测试欧盟欧盟示范示范目的：目的：联网联网联网孤岛自动联网孤岛自动切换切换黑黑启动启动能力能力维持维持孤岛运行孤岛运行24小时小时蓄电池蓄电池智能充放电管理智能充放电管理微网微网组成：组成：u 380V，50Hz系统系统u335kW光伏，光伏，蓄电池蓄电池u提供提供200幢别墅电力幢别墅电
11、力荷荷兰的的Zutphen度假村，荷度假村，荷兰首个微网首个微网项目目日本日本日本微网示范工程 Sendai微网组成：燃料电池燃料电池，内燃机，内燃机，光光伏伏动态动态电压电压调节器调节器直流母线直流母线示范目的：供电供电质量分为质量分为A，B1，B2，B3四四个个等级，通过上层调等级，通过上层调度管理度管理，实现，实现不同不同等级供电质量等级供电质量中国中国舟山东福山岛：风光柴储海水淡风光柴储海水淡化综合示范工程化综合示范工程1南京：风光储微网综合风光储微网综合示范工程示范工程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
12、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
13、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1.2MW35kV35kV35kV10kV特点特点浙江鹿西微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。微型电网微型电网微型电网微型电网东南大学东南大学 江苏省智能电网技术与装备重点实验室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冷热电联供型微电网 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、
14、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%提高到85%以上。背景及现状背景及现状1999年提出“CCHP创意”和“CCHP2010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美国成立COGEN 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%
15、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%日本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 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5000万千瓦欧盟中国冷热电联供型微电网结构冷热电联供型微电网结构燃料燃料电池型池型热电联供微供微电网网结构构微型燃气微型燃气轮机型机型热电联微微电网网结构构联供设备冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍日本东京地区日本东京地区CCHPCCHP系统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4400KW区域性热电冷
16、三联供系统产生0.78Mpa蒸汽和7冷水冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍燃气轮机1500kW；余热蒸汽锅炉4.6t/h；蒸汽轮机90kW驱动燃气压缩机；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；冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍东京世贸中心大厦建筑面积 12 万平方米，五星级酒店、公寓冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍清华科技园A-02（文津国际大厦）内燃机：21160kW余热直燃机：21745kW电制冷机：2700RT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机组水源热泵蓄热及蓄冰装置
17、 19.6万平方米建筑供电 8.6万平方米建筑空调、生活热水 供能规模主要设备冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍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冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍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冷热电联冷热电联供工程介绍供工程介绍主要供能源中心热泵、水泵用电目 录一、
18、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能源系统的形式未来能源系统的形式未来，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。未来能源系统的形式未来能源系统的形式微电网？微电网？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。未来能源系统的
19、形式未来能源系统的形式冷热电联供系统冷热电联供系统？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。未来能源系统的未来能源系统的形式形式全球能源互联网？全球能源互联网？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未来能源系统的形式未来能源系统的形式全球能源互联网全球能源互联网？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。分区分层电网运行控制分区分层电网
20、运行控制 全景信息分析与预警全景信息分析与预警可再生可再生能源能源能效分析能效分析工业监测工业监测智能用电智能用电电力市场电力市场气象预测气象预测智能交通智能交通电网设备电网设备运行运行全球调度中心全球调度中心洲洲/区调度中心区调度中心洲洲/区调度中心区调度中心洲洲/区调度中心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综合能源系统研究现状综合能源系统研究现状世界各国世界各国英国：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化即进行综合能源系
21、统建设，是实现进行综合能源系统建设，是实现减排减排目标的根本保证目标的根本保证。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20112011年由政府启动一个全面的综合能源年由政府启动一个全面的综合能源研究计划研究计划，研究重点包括可再生能源、能源效率、能源储存、电网技术及能源供应链中的可再生能源整合等。综合能源系统研究现状综合能源系统研究现状世界世界各国各国法国：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
22、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：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：丹麦：在发展综合能源技术时，主要注重新能源开发和利用，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%。综合能源系统研究现状综合能源系统研究现状世界各国世界各国中国：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。俄罗斯俄罗斯：在发展综合能源技术时，主要注重风能和水能的利用，同时加强和中
23、亚一些国家的能源合作，实现能源互补。综合能源系统技术创新综合能源系统技术创新电源技术：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.综合能源系统实践基础综合能源系统实践基础中国实践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，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，
24、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。综合能源系统实践基础综合能源系统实践基础国际实践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
25、90年代后，由于苏联解体等因素，很多特高压工程就此搁浅。未来能源发展形势讨论未来能源发展形势讨论全球能源互联？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未来未来能源系统的形式能源系统的形式 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
26、环境污染小。48分布式综合能源系统的一种典型形式分布式综合能源系统的一种典型形式49分布式综合能源系统的一种典型形式分布式综合能源系统的一种典型形式截止至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。智能小区分布式分布式综合能源系统主要作用综合能源系统主要作用节能降耗、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的关键技术分布式综合能源系统的关键技术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
27、合能源系统核心装备研制技术123456研究基础及条件研究基础及条件n国家国家863重大项目重大项目“含分布式电源的微电网关键技术研发含分布式电源的微电网关键技术研发”（批准号：（批准号：2011AA05A107）n国家自然科学基金国家自然科学基金“冷热电联供型微电网高效运行的建模和优化方法冷热电联供型微电网高效运行的建模和优化方法”n国家自然科学基金国家自然科学基金“含微电网的配电网协同保护研究含微电网的配电网协同保护研究”n国家国家自然科学基金自然科学基金“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”国家级项目国家级项目n江苏省自然科学基金项目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智能社区低碳能源系统的集成关键技术”其他项目其他项目止于至善止于至善报告人：顾 伟 13814005169
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