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分布式综合能源系统东南大学二〇一五年三月报告人：顾伟wgu@seu.edu.cn13814005169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利用各种分散存在的能源进行发电供能的技术。如:风能、太阳能等可再生能源发电技术；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美国：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。2008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%是可行的。欧盟：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。2010年欧盟成员国提交了“可再生能源国家行动计划”。中国：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2000~2013年世界风电装机容量及增长率（全球风能理事会）全球已有103个国家和地区在开发和利用风电；2013年风电发电量约6400亿千瓦时，约占发电总量的2.9%；分布式发电现状2000~2013年世界太阳能发电装机容量及增长率（欧洲光伏工业协会）欧洲是目前光伏发电发展规模最大的地区；2013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，AnnualMarketUpdate2013，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77166.22美国61095.73德国342519.34西班牙229621.85印度20158.16英国105311.17意大利8556.98法国8256.49加拿大7805.810丹麦47733.9序号国家光伏装机容量（万千瓦）占本国总装机比重（%）1德国357120.12中国19421.63意大利179314.44日本13814.75美国13731.36西班牙5345.17法国4673.68英国3383.69澳大利亚3305.210比利时29814.32013年全球光伏装机容量居前十的国家基本情况中国分布式发电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青海格尔木光伏发电基地浙江海宁分布式光伏发电分布式发电前景广阔对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优点：接入方便，运行简单缺点：系统故障退出运行间歇性影响周边用户能源综合优化困难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：实现多种能源综合互补利用保障重要负荷的持续供电解决偏远地区的供电问题提高供电可靠性和电能质量……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1212提高抗灾能力及应急供电新农村电气化最大化接纳分布式电源节能降耗、提高能效智能电网的有机组成部分满足用户多类电能质量需求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微网示范工程—CERTS系统组成•三台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—Madriver示范目的•分布式发电系统可靠性测试欧盟示范目的：•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：380V，50Hz系统335kW光伏，蓄电池提供200幢别墅电力荷兰的Zutphen度假村，荷兰首个微网项目日本日本微网示范工程—Sendai微网组成：•燃料电池，内燃机，光伏•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中国舟山东福山岛：风光柴储海水淡化综合示范工程1南京：风光储微网综合示范工程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。微型电网微型电网东南大学江苏省智能电网技术与装备重点实验室MVLVPCC配电网光伏0.38kV微电网中央运行管理不间断负荷重要负荷可调负荷储能电池1充放电桩30kW20kW10kW5kW40kW10kW15kW储能电池2风机本地控制本地控制本地控制本地控制本地控制图解信号供电电能质量监测平台目录一、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天然气供冷供热供热供电供热公共电网蓄电池光伏阵列燃料电池吸收式制冷机燃气锅炉蓄热槽控制中心图解电压信号供电供热供冷供气余热锅炉废气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%提高到85%以上。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COGENEurope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5000万千瓦中国冷热电联供型微电网结构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冷热电联供工程介绍日本东京地区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4400KW区域性热电冷三联供系统产生0.78Mpa蒸汽和7℃冷水冷热电联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、公寓冷热电联供工程介绍清华科技园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冷热电联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供工程介绍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—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。天然气供冷供热供热供电供热公共电网蓄电池光伏阵列燃料电池吸收式制冷机燃气锅炉蓄热槽控制中心图解电压信号供电供热供冷供气余热锅炉废气未来能源系统的形式—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。未来能源系统的形式—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—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