智慧城市建设之智慧能源讲座

智能燃气网
智能电网
智能交通
智能建筑
智…慧气象系统
智慧水系统
智慧能源系统 智慧金融系统
…
…
智慧地球
智慧能源体系
智慧能源——难以定义的技术概念，需要以对信息技术的认识方式来理解智慧 能源
从互联网到物联网（the Internet of things）——世界的智慧化将实现“无所不 在的连接”（pervasive connectivity），将所有需要东西实现数字化的互联，将 整个系统居于掌控之中，实现不断扩大、不断深入的整合优化
智慧城市建设之智慧能 源讲座
2020年7月16日星期四
目录
1. 新技术革命将再次改变世界 2. 智慧能源系统及关键技术 3. 中国能源供应现状与预测 4. 改革停顿和倒退没有出路
2009：奥巴马“无畏的希望”
奥巴马应对危机转败为胜的出路 • 利用美国在技术创新、资本市场和制度方面的优势重新夺回经济和技术的“制高点” • 在争夺全球气候变化斗争领导权和控制权上重建占据优势地位 • 通过主导排放交易制度继续维持美元作为全球性主导货币的战略地位 • 充分利用美国信息技术的优势地位，整合能源并延伸至工业、商业系统完成信息化社会建设 全球气候变化加速——威胁人类生存 • 传统能源技术已经无法逆转全球气候变化的趋势，必须进行一次深刻的能源革命 • 奥巴马政府在减排问题上已经转变态度，参众两院无异议批准朱棣文说明国会将支持减排 信息革命技术成就倒逼能源革命 • 信息技术革命将与新的能源革命进行深度整合，并依附于能源系统影响整合经济社会 • 和讯：IT产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟，智能电网改革将推动能源革命的深度 裂变
2020
2030
0
2006到2030 年，预计97%的排放量增长来自非OECD国家, 其中中国,印度和中东占3/4
数据来自国家能源署
450政策情景中能源相关的二氧
Gigatonnes
化碳排放量
45 40 35
30 25
International marine bunkers and aviation OECD - gas OECD - oil
33.2
俄罗斯
22.5 15.4 15.9 16.7
日本
11 12.1 12.5 12.5
其他
57.2 56.4 63.8 66.7
世界
206 223 259 276
美国的压Βιβλιοθήκη Baidu更为突出
年度 1990 2000 2005 2007
总量占世界总排放比例（%）
中国
美国
印度
11.2
23.7
5.4
14.9
25.8
能源利用的原则
高温段 1000OC以上
中温段 300~500OC
低温段 200OC以下
环境 温度
电
能
热泵
吸收式制 冷机 除
生湿 活 供 热水 热 排
分配得当， 各得所需， 温度对口， 梯级利用。
分布式能源的系统优化
传统方式
优化方式
燃气系统
供热系统 辅助供电系统 制冷系统 主供电系统
主 制 供热
供 冷 热水
美国的战略意图是什么
• 奥巴马不救三大汽车公司，却出资支持发展新能源汽车.美国提出2016年小型汽车和轻 型卡车的平均能耗每加仑汽油行驶35.5英里，相当节省18亿桶原油，环保功效相当于减 少1.77亿辆行驶
• 美国在伊拉克撤军，放弃打赢两场战争，不在非洲建立军事指挥部，不在非洲保持任何 军事存在；并停止制造F22隐形战斗机，减少航母战斗群
OECD - coal Non-OECD - gas Non-OECD - oil
Non-OECD - coal
2 0
1 5
1 0 0 15980
1990
2000
2010
2020
2030
450政策情景中，排放量在2020 年达到最高点后开始下降。 数据来自国家能源署 到2030年下降1/3 ，至260亿吨。
胡锦涛总书记指出：“纵观人类社会发展的历史， 人 类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。”
全球能源革命新浪潮
2、智慧能源系统及关键技术
关键技术
微电网 智能控制
电力线 数字通信
分布式 能源系统
超导输变电 技术
分布式电 热冷储能
蓄电式 交通工具
建筑智能化 控制
智能电器与 智能家电
…
…
云计算网络
7.0
21.5
22.7
7.2
24.4
21.4
7.5
数据来自厦门大学中国能源经济中心
人均排放比较（吨/人）
中国
美国
印度
2.2
19.6
1.3
2.6
20.4
1.6
4.3
19.8
1.7
5.1
19.6
1.8
CO2浓度已经接近400ppm
2013年两会期间北京逐日天气对 比
各种能源相关的二氧化碳排放量
Gigatonnes
450政策情景中能源相关的二氧 化碳减排
45
Gigatonnes
Reference Scenario
40
CCS - 21% Nuclear - 14%
35% (5.2 Gt reduction)
OECD+
Renewables & biofuels - 18%
Energy efficiency - 47% CCS -
源、储能、高温超导输电及超导电机、蓄电式汽车和电动农机、智能家电等
相关：智慧交通系统、智慧燃气系统、智慧水系统、智慧金融等
分布式能源系统与智能电网
• 分布式能源是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式 • 与传统的集中式能源系统相比，分布式能源接近负荷，不需要建设大电网进行远距离 高压或超高压输电，可大大减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；由于兼具发 电 、供热等多种能源服务功能，分布式源可以有效地实现能源的梯级利用，达到更高 能源 综合利用效率 • 分布式能源设备起停方便，负荷调节灵活，各系统相互独立，系统的可靠性和安全性 较高； 此外，分布式能源多采取天然气、可再生能源等清洁能源为燃料，较之传统的 集中式能源系统更加环保 • 分布式能源解决了用户参与节能环保和增加清洁能源供应，并降低了用户的综合能源 费用 • 分布式能源解决了能源投资及社会投资效益问题 • 分布式能源为发展智能电网奠定了基础，它如同互联网中的PC • 分布利用方式是可再生能源合理利用的最有效途径
美国能源部在2003年8月14日美加大停电之后，成立了负责输电配电的办公室OETD，任 务是 1、实现美国电力基础设施现代化以满足21世纪需要；2、完成向区域电力市场转 化；3、改进输电系统运行；4、使输电系统投资高效能；5、研究对电力政策的调整； 6、提供有效的联邦领导以达到上述目标
35
10%
Nuclear - 6%
Non-OECD
Renewables & biofuels - 25%
30
65% (9.5 Gt reduction)
Energy efficiency - 59%
25
450 Policy Scenario
20 2005
2010
2015
2020
2025
2030
OECD 国家和非OECD国家必须为二氧化碳减排一同工作 能源效率对OECD 国家和非OECD国家都是关键
互联网技术对能源的启示——分布在用户端的分布式能源系统对用户电、热、 冷、热水、除湿等需求及变化；根据电力、燃气、日光、水等供应和排放控制 因素，兼顾周边互临能源设施间的互供互补，进行协同优化
分布式能源——微电网——智能电网——智慧能源 包括：智能电网、电力线数字通讯、微电网控制技术；分布式能源及可再生能
大型电网 Vs 布式能源+智能电网
主力发电厂
升压变压器
智能气象
风电
光电 小水电 储能
住宅
2013/3/22
配电站 内燃机 智能电网
降压站 配电站
配电站
沼气
内燃机
微燃机
电动 汽车
工业
燃气轮机
Beijing Energy-net De Co., Ltd
燃料电池
商业
储能系统
商业 智能燃气
23
美国电网的“Grid2030”计划
45
International
marine bunkers
40
and aviation OECD - gas
35
OECD - oil OECD - coal
Non-OECD - gas
30
Non-OECD - oil
25
Non-OECD - coal
2 0
1 5
1 0
51980
1990
2000
2010
能源技术进步是人类文明的根本动力
• 驾驭火——动物蛋白——狩猎——迁移——旧石器时代 • 制造陶器——植物蛋白——农耕——城邦——新石器时代 • 木炭——铜和铁器——农业——封建国家——农业文明时代 • 煤炭——蒸汽机——工业——殖民地——早期工业文明时代 • 石油/电力——内燃机/电器——交通和通讯——国家集团/联合国——现代工业文明时代 • 天然气/新能源——分布式能源系统（信息化能源系统）——数字化信息系统——全球 化——信息时代 • 酶/细菌——氢能/生物能源系统——生物工程技术——宇宙——生物时代
数据来自国家能源署
不同情景下今天和2030年总发电 能力
煤 石油 核能
1.2 x today 1.5 x today 1.8 x today
氢能 风能 其它可再生能源
2.1 x today 13.5 x today 12.5 x today
碳捕获与封存CCS
15% of today’s coal & gas capacity
0
1 000
2 000
3 000 GW
Today
2030参考情景
450 政策情景 2030
在450政策情景中， 电力工业经历巨大变化，CCS 、 可再生能源和核能起到关键性作 用。
数据来自国家能源署
IBM CEO彭明盛的“智慧的地球”
世界不仅正变得更小、更扁平，而且“更智慧”
• 首先，高科技应用越发普遍；其次，世界将连为一体；最后，所有的事物 都变得 智能 • 从互联网到“物联网”(the Internet of things)时代，世界的智慧化将 实现 “无所不在的连接” • 智慧能源：据美国能源部的研究结果，由于电网效率低下而造成的电能损 失高达 总电能的67%。为此，美国得克萨斯州、丹麦、澳大利亚和意大利的公 共事业公 司正在建设新型数字化电网，以便对能源系统进行实时监测。这不 仅有助于他们 更迅速地修复供电故障，而且有助于他们更“智慧”地获取和 分配电力。消费者 也能够加强他们对能源消耗的掌控——每户最多可减少25% 的能源花费——而且 “智慧能源”管理还能够改善可靠性、服务、效率乃至 法令透明度。另外还有可 能合并传统能源和新能源——风能、插电式混合动 力车、太阳能等——以提供对 一个社区、一个国家乃至全世界的涉及所有能 源形式的端到端洞察力。 • 智慧建筑、智慧金融和保险系统、智慧交通、智慧水系统等
• 奥巴马在埃及大学演讲，美国将从伊拉克、阿富汗撤军，允许伊朗和平利用原子能，反 对以色列扩建移民点
• 《美国清洁能源安全法案》获得众议院通过，该法案规定，美国有权对包括中国在内的 不实施碳减排限额国家进口产品征收碳关税
• 公布72项标准，出资34亿带动80亿建设智能电网，改造700个数字化变电站，20万台变 压器，安装1800万块并将总量升值4000块智能电表，覆盖1/4～1/3家庭，每年节约4% 的电力节省204亿美元，到2020年将可再生能源比例达20%
电
燃
热
气
水
辅助
系
供电
分布能源系统
统
系统
或使
用可 再生
燃气系统
能源
分布式能源系统
天然气基分布式能源 • 模块化的热电冷联产，利用天然气在用户端发电，利用余热制冷、供暖、除湿、供生 活热水、燃气水回收等，实现多能源联合供应 • 主要采用燃气轮机、燃气内燃机、微型燃气轮机，未来将使用燃料电池 • 使用直燃机、余热锅炉、蒸汽或热水溴化锂机组、蒸汽离心机等制冷或供暖 可再生能源的分布式供能 • 中小水电站（全国现有5000万千瓦，未来可装机容量超过1亿千瓦） • 太阳能发电（单晶硅、多晶硅、薄膜、非晶和太阳热发电） • 生物质发电（直接燃烧、气化和沼气） • 分布式风力发电 煤基分布式能源 • 高效燃煤热电联产（热电效率80%，140~180克标煤/kWh） • 煤气化分布式能源（工业煤气、焦炉煤气、地下气化气等） • IGCC清洁煤热电气三联供 • 小型煤基多联产（电、热、蒸汽、煤气、甲醇、二甲醚、海绵铁、氨、尿素等）
• 金本位——石油本位——碳本位
气候变化——中美压力空前
G20的压力—全球温室气体排放量 单位：亿吨
年代
1990 2000 2005 2007
中国
23.1 33.3 55.7
67.2
美国
48.9 57.5 58.7
59.0
印度
11.1 15.7 18.6 20.7
欧盟 15国 32.2
32.6
33.8