分布式能源和微电网发展与沿革

分布式能源和微电网发展与沿革——核心理念与关键技术1/46黄伟教授华北电力大学-输配电系统研究所智能电网发展1主动配电网关键技术4相关问题和应用实例分析5目录2/46智能电网核心价值2未来发展及展望6分布式电源和微电网技术3智能电网的驱动因素驱动因素AddYourText数字信息技术的推广温室气体排放量增加对安全要求的升级能源需求不断增加追求高效益电力市场化进程的推进能源需求不断增加温室气体排放量增加•温室气体排放量不断增加，导致地球环境不断恶化，极大的影响全球气候世界碳排放量及变化趋势AddYourTexthere对安全要求的升级•左图为2003年8月14日美加大停电事件的卫星地图。•智能电网的“自愈”特性可以保证店里的安全可靠运行，通过对故障区的隔离或者交叉供电，尽量减少受影响区域。部分孤岛仍有电力供应根据美国的电网停电事故统计可知，美国每年影响1~10万用户的停电次数为5~10次，影响10~100万用户的停电次数为1~5次，影响100~1000万用户的停电次数为0.1~1次。其中40%的大停电是由级联事件演变而成。电力市场化进程的推进•目前的中国仍处于国家统一制定电价，随着社会的进步和市场的开放，用户可以根据实时的电力价格信息及时调整自己的能耗，以最大限度的减小开支，提高能源使用率。家庭用电的高峰期数字信息技术的推广•数字信息技术以宽带网络为纽带运用海量信息对事物进行描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。这一技术日益成熟，逐渐走入了每个人的生活，同时也与电力日臻融合。中科院院士、清华大学电力系统国家重点实验办公室主任卢强在《新世纪的电力系统科技发展方向》一文，为“数字电力系统”所下的定义是：对某一实际运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况、科教活动等数字化地、形象化地、实时地描述与再现。追求高效益•这里所提的效益，既指经济效益，但更多指代的是社会效益。智能电网的每个环节都会带动整个社会的经济发展和社会进步，提高人民的生活水平。•仅从插入式电动汽车来看，若美国普及使用支持插入式汽车的使用，则可代替73%的燃油汽车，将减少约24%的碳排放和52%的石油进口。•智能配电网发展的背景内部因素：电力系统长期发展起来的以集中发电，远距离输电为特点的互联电网存在一些弊端：1、随着受端电网对外来电力依赖程度不断提高，电网运行的安全性和稳定性下降，近年来屡屡发生的大面积停电事故更暴露出这种系统的“脆弱性”；（特高压同步和三华电网）2、不能适应负荷的灵活性；（电力市场环境）1、外部因素：严峻的环境问题(温室效应等)；（2000年的京东会议，2005年哥本哈根会议，2015年巴黎会议）2、能源的匮乏；一些新型、清洁、高效的发电装置问世与新型储能装置的发展为分布式技术的实现提供了支持。（配电网的发展，自动化和可靠性要求，需求侧管理）。智能电网的发展回顾200920012003200820041995200420052008欧洲智能电网的发展2005200720082009中国智能电网的发展智能电网的发展回顾20172010201220162015中国国家电网公司——统一坚强智能电网•2009年5月21日，我国首次提出智能电网发展目标。国家电网公司在“2009特高压输电技术国际会议”期间表示：国家电网将立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。•统一坚强智能电网包括“三华”（华北-华中-华东）同步电网、西北和东北电网，涵盖所有电压等级，由发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节有机组成，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互助的电网。其中，“统一”是前提，“坚强”是基础，“智能”是关键。建设方法紧密结合现有国际电工标准体系，全面梳理国内外智能电网相关标准，建立涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节以及信息通信平台的统一标准二.坚持统一标准充分发挥企业在自主创新中的主体作用，加强特高压、智能控制、信息通信、新材料、储能技术等关键技术攻关和设备研制三.坚持自主创新按照统一规划和统一标准，针对坚强智能电网发展的重点领域和关键环节，组织开展试点工作，积累经验，在试点基础上全面推进后续工作四.坚持试点先行加强规划编制、标准制订等方面的组织协调和指导，对智能电网建设给予必要的财税、资金和电价等政策支持五.坚持政府主导明确坚强智能电网的发展目标、建设思路和重点，形成统一的坚强只能电网规划，并建立滚动调整机制一.坚持统一规划建设方法智能电网发展1主动配电网关键技术4相关问题和应用实例分析5目录17/46智能电网核心价值2总结和展望6分布式电源和微电网技术3智能电网的三要素•目前需要解决的三个首要问题，对应了智能电网的三要素WHYWHATHOW核心价值主要特征关键技术1、WHY--核心价值更可靠更高效高灵活性更经济美国智能电网环境更友好使用更安全更坚强高可接入性欧洲智能电网主要特性的收益主要特征收益自愈节省费用、提高可靠性以及剩余电力的市场化盈利互动用户灵活用电，帮助电力企业高效运作，产生大范围的环境效益坚强电网阻止或者承受物理和信息的攻击优质电能供应避免由电能质量引起的生产损失，尤其是在电子设备环境下兼容各种发电和储能多种资源以即插即用的方式相互连接，增强发电和储能的灵活性，包括生产高效、洁净能源的机会活跃市场电网的开放式市场抑制浪费和低效，并给用户提供选择，比如绿色电能产品优化资产提高运行效率以最小的成本实现需求的功能，并指导电网运行和资产使用3、HOW—关键技术集成通信传感与测量决策支持高级控制方法4.Descriptionofthebusiness5.Descriptionofthebusiness1.Descriptionofthebusiness2.DescriptionofthebusinessPPTBOXisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.高级电力设施3.Descriptionofthebusiness第一代电网：孤立、低压、分散发电、近距离传输第二代电网：互联、高压、集中发电、远距离传输第三代电网？微网技术MG“3G+A”分布式发电DG智能电网技术SGDistributedGenerationMicro-gridSmartGrid主动配电网ADNActiveDistributionNetwork智能电网发展不同阶段智能配电网发展1主动配电网关键技术4相关问题和应用实例分析5目录23/46智能配电网核心价值2智能电网未来发展展望6分布式电源和微电网技术3分布式电源（DG）分布式电源介入改变传统电力系统思维模式•分布式发电技术•至今分布式发电没有统一定义，一般是•1为满足特定用户的需要或支持现有配电网经济运行，以分散方式布置在用户附近、发电功率为数kW-50MW小型模块与环境兼容的独立电源。比如：DG、冷热电联产、以及各种储能技术等。利用分散存在的资源进行发电的系统。如：天然气为燃料的冷/热/电联供系统（简称:CCHP）风能等可再生资源发电系统；优点：可利用丰富的清洁和可再生资源。缺点：一些可再生资源具有间歇性和随机性。•分布式发电的特点：1.节能效果好，通过不同循环的有机融合及能源的综合梯级利用，同时提供热、冷、电多种能源的发电方式，能源利用率高达80%；2.环境负面影响小，DG主要以风力、太阳能、天然气等可再生清洁能源为发电原材料，减少有害气体的排放；3.DG投资成本低、风险小、占地少、建设周期短，有力于短时解决电力供应不足；4.降低网损和输配电投资，无须建设昂贵的输电网及变电站，输配电损耗低；5.提高供电可靠性，与大电网配合来弥补其稳定方面的不足；归纳18个典型国家（组织）关于分布式电源的界定标准，具有四个基本特征。28电网电网特征一：直接向用户供电，潮流一般不穿越上一级变压器。特征二：装机规模小，一般为10MW及以下。18个典型国家（组织）中，13个为10MW及以下，3个为数十MW级，2个为100MW级。1、国外界定标准特征三：通常接入中低压配电网，一般为10（35）kV及以下。18个典型国家（组织）中，8个为10kV及以下，7个为35kV级，3个为110（66）kV级。特征四：发电类型主要为可再生能源发电、资源综合利用发电、高能效天然气多联供（能效一般达到70%以上）。（一）分布式电源的界定标准综合国际上有关国家及组织界定标准和我国电网特点，分布式电源一般可定义为：利用分散式资源，装机规模小，位于用户附近，通过10（35）kV及以下电压等级接入的可再生能源、资源综合利用和能量梯级利用多联供发电设施。29*我国分布式电源发展重点是风电、光伏发电、小水电和小型天然气多联供等技术类型。*分布式电源的概念常常与可再生能源发电、热电联产的概念发生混淆，大型可再生能源发电、大型燃气蒸汽联合循环机组不属于分布式电源。2、分布式电源一般定义各国分布式电源的发展是由其资源分布特点、政策激励和产业基础等决定。30（一）分布式电源发展现状1、发展基础政策激励我国小水电、风电、生物质发电以及资源综合利用发电政策已较完备。光伏发电、天然气多联供政策相比欧美尚有欠缺。产业基础我国风电、光伏发电产业基础与国外相当，燃机产业基础与国外尚有差距。资源分布我国风能、太阳能资源主要富集在“三北”地区，主要以大规模发展为主，分布式开发条件不及欧美；天然气资源匮乏；小水电资源丰富，优于欧美。类型国别天然气多联供水电风电、太阳能发电等合计中国70226610483384美国15601259072592日本4534007021555德国24020029063346英国42548102575丹麦1521324477注：数据来源于IEA、美国能源信息署（EIA）、日本天然气协会、德国光伏协会等。2010年中国、德国、美国、日本分布式电源装机规模分别为3384、3346、2592、1555万千瓦，占总装机比重分别为3.5%、22.8%、2.5%、5.5%，均未成为能源供应主导方式。我国分布式电源以小水电为主，总规模2266万千瓦，居世界第一；近年来余热、余压、余气等资源综合利用和生物质发电增长迅速，总规模821万千瓦，居世界前列；但分布式光伏、风电、天然气多联供还处于发展初期，规模相对较小。312、国内外发展情况图：2010年我国分布式电源装机构成2266656165100702010705001000150020002500小水电综合利用生物质分布式风电天然气多联供分布式光伏煤层气、地热等2015年7200万千瓦2020年1.8亿千瓦32风电光伏水电天然气生物质综合利用3、国内发展规划分布式电源并网技术分布式电源燃料电池光伏微型燃气轮机风机储能装置发电机互连技术电力电子逆变器电能转换电能质量开关、保护装置保护电源和负载控制辅助服务通信计量电力系统电力系统负载分布式发电在输电网中产生双向潮流•当分布式可再生能源发电达到一定比例时，不仅在低压侧会出现双向潮流，在中压测，甚至在高压侧，也会出现双向潮流。（一）对配电网电压的影响3522122PRQXUUU影响因素：分布式电源容量接入点距离导线截面功率因数（二）孤岛现象36孤岛是分布式电源特有现象，在发电与负荷基本相当时不宜检测。孤岛运行的危害：危及运行和检修人员的安全；重合闸导致设备损坏；孤岛供电质量差损坏用电设备。孤岛实例37光伏发电孤岛检测失败，出现孤岛运行（三）对保护的影响38对三段式电流保护的影响-拒动的可能性线路AB故障(接地阻抗0Ω)，保护1DL短路电流不变接地阻抗不为0，保护1DL的短路电流减小，保护范围减小(后备保护)DG39对三段式电流保护的影响-误动的可能性之一线路AE故障，导致1DL保护误动作DG40对三段式电流保护的影响-误动的可能性之二3DL后端故障，导致2DL的瞬时速断保护范围增大，失去选择性DG2、虚拟发电厂技术：分布式电源大规模接