区域能源系统优化配置

区域能源规划
第九讲 区域能源系统的优化 和配置（三）
1. 区域能源系统优化配置的三大导向和 思路
2. 分布式能源热电联产系统
3. 能源总线系统
4. 多能源互补系统
5. 能源互联网系统
4.多能源互补系统
目前，我国各类新能源的利用率还很低，由新 能源造成的二次污染问题也成为制约新能源发展的 主要障碍。根据各地具体能源构成方式，合理采用 风能、太阳能和生物质能等可再生能源，构成多种 能源互补的功能系统，实现电、热、冷联供，既能 充分利用资源，提高能源利用率，又可以减少单一 能源供电的劣势，缓解能源消耗给环境造成的压力。
，并计划于2020 年基本建成中国的坚强智能电网，正式拉 开了中国坚强智能电网的研究与建设序幕。
将来智能电网的功能
特征
激励/包括电力用户
目前
电价不透明，缺少实时定价，选择 很少 中央发电占优，少量分布式发电, 储能或可再生能源 有限的趸售市场，未很好的集成
将来
充分的电价信息，实时定价，有许多 方案和电价可供选择 大量“即插即用”的分布式电源补助 中央发电（节能、环保） 成熟、健壮、很好集成的趸售市场 电能质量需保证，有各种各样的质量 /价格方案可供选择
电子技术，重点研究控制技术、广域测量技术、实时仿真技
术、储能技术、可再生能源发电技术、微型燃气轮机发电技 术等，以构建全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微型
电网（分布式电力系统）等多层次的电力网络，争取到2030
年建成完全自动化、高效能、低投资、安全可靠、灵活应变 的输配电系统，以保障大电网的安全性、稳定性，提高供电
珠海横琴岛风光互补监控系统
青海格尔木风光互补监控系统
福州森林防火风光互补监控系统
茂名海上平台风光互补发电系统
青岛奥运帆船中心风能路 灯
台湾风光互补路灯工程
澳大利亚风光互补路灯工 程
其他国外风光互补工程
风光互补发电系统的未来
• 1）中小型风力机与太阳能电池结合作为最合理的独立电源可开发更 多的应用领域，包括风光互补便携式电源、风光互补泵水系统、风光 互补增氧系统、风光互补供暖系统、风光互补海水淡化系统、风光互 补景观照明系统等等。随着中小型风力发电机产品的多样化，风光互 补独立供电系统在市政项目、边防哨所、偏远地区都有着极广的应用 前景。 • 2）中小型风力发电机并网发电系统。大家都知道，德国和日本的太 阳能屋顶计划大大促进了太阳能电池产业的发展。但在英国等阳光资 源不好的国家，正在推广风力发电机屋顶发电计划。在家庭安装中小 型风力发电机并网发电，可节省输配电系统，改善电网结构，是分布 式电源的理想方式。在国外还作为夜间照明和独立供电来减少犯罪率 的公共设施。
并网技术（DER)：包括DER在配电网的即插即用以及微 网技术。即插即用包括：DER高度渗透的配电网的规划建 设、DER并网保护 控制与调度管理、系统与设备接口的 标准化等；微网指接有分布式电源的配电子系统。DER并 网研究还包括有源网络技术，即分布式电源大量应用、深 度渗透、潮流双向流动的网络 DFACTS：柔性交流输电（FACTS）技术在配电网的延 伸。包括电能质量与动态 潮流控制。设备包括：静止无 功发生器（SVC)、静止同步补偿器（STATCOM)、有源 电力滤波器（APF）、动态不停电电源（UPS）、动态电 压恢复器（DVR）、固态断路器（SSCB）、统一潮流控 制器（UPFC) 等 故障电流限制技术：利用电力电子、高温超导技术限制短 路电流
的可靠性及电能质量。
• （2）2005 年欧洲提出类似的“smartgrid”概念，2006 年，
欧盟智能电网技术论坛推出了《欧洲智能电网技术框架》
，认为智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键 技术和发展方向，主要着重于输配电过程中的自动化技术 • （3 ）我国在智能电网概念的提出方面虽然稍晚，但之前就 在相关技术领域开展了大量的研究和实践。1999年进行的“ 我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题研究” ，就已经提出过“数字电力系统”的概念。近年来国内也在一 直不断关注国内外智能电网方面的最新研究进展。 • 2007 年10 月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究 项目，计划建成具有自愈能力的智能电网。
提供发电/储能
使市场化成为可能
满足电能质量需要
关注停运，不关心电能质量
优化 自愈 抵御攻击
很少计及资产管理 扰动发生时保护资产（保护跳闸） 对恐怖袭击和自然灾害脆弱
电网的智能化同资产管理软件深度集 成
防止断电，减少影响 具有快速恢复能力
智能电网是促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变的解决方案
载也达到阴极。在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为：
1 2 H 2e O2 H 2 O 2
（3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为：
2H 2 O2 2H 2 O
伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气 的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。


燃料电池的特点 燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率限制。
示了燃料电池所具有的广阔发展前景。
1839年，英国科学家 William Grove设计出了第 一款燃料电池，之后，燃 料电池得到了广泛的研究。 随着能源危机的出现，燃 料电池更得到了进一步的 关注。燃料电池和传统的 内燃机比较，二者都是用 化学燃料作为能源，但是 在燃料利用率上，传统的 内燃机只有约18%的效率， 而燃料电池的效率可高达 80%。
以热定电
以热定电，就是以热需求(冷热负荷)确定电力驱动热泵的 电力需求，使分布式能源热电联供系统综合效率达到 200％ 以上。为区域能源系统的优化配置提供了有效的方案。
5.能源互联网系统
智能电网技术 微网技术 能源互联网
智能电网的定义
智能电网是以物理电网为基础将现代先进的传感测量技术、通讯技 术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新 型电网 1 硬件基础：电网和建立在集成的、高速双向通信网络。 2 软件基础：智能的控制技术，是指诊断电网状态，防止供电中断， 改善电能质量扰动的装置和算法。
• 2008 年11 月11 日到13 日，中美清洁能源合作组织特别 会议召开，在会上开始使用“Smart Grid”，中国将之翻译 为“智能电网”，并在国内统一推广这一概念，以指导相 关研究的开展。 • 在2009 年5 月召开的“2009 特高压输电技术国际会议”
上，中国国家电网公司正式提出“坚强智能电网”的概念

清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机等大型设备 、没有SO x、NO x气体和固体粉尘的排放。 可靠性和操作性良好，噪声低。 所用燃料广泛，占地面积小，建厂具有很大灵活性。

燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分。 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质 2.1碱性燃料电池（AFC）、 2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2.3磷酸燃料电池（PAFC）、 2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、 2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）、 3. 按燃料类型分。 3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
家用燃料电池的应用
• 低温质子交换膜燃料电池或磷酸燃料电池几乎可以满足私人居 户和小型企业的所有热电需求。目前，这些燃料电池还不能供 小型的应用，美国，日本和德国仅有少量的家庭用质子交换膜 燃料电池提供能源。质子交换膜燃料电池的能源密度比磷酸燃 料电池大，然而后者的效率比前者高，且目前的生产成本也比 前者便宜。这些燃料电池应该能够为单个私人居户或几家居户 提供能源，通过设计可以满足居民对能源的所有要求，或者是 他们的基本负载，高峰时的需求由电力网提供。 • 为了有利于该技术的应用，可以用天然气销售网作为氢燃料源 。当前，许多生产商预测在不久的将来便会出现其它燃料源泉 ，这有助于进一步降低排放，加速燃料电池进入新的理想市场 。
风光互补发电系统的应用
• • • • • • 无电农村的生活、生产用电 半导体室外照明中的应用 航标上的应用 监控摄像机电源中的应用 通信基站中的应用 抽水蓄能电站中的应用
各式各样的风光互补路灯
风光互补路灯视频监控系统
风光互补发电系统工程成功案例
广州亚运金山大道风光互 补监控系统
湖北汉宜高速风光互补 监控系统
实现了无缝隙 供电
白天在有光照的情况下，电池 板在阳光的照射下发生光电转 换，产生电量，提供给负载工 作的能量，同时将多余的能量 储存到蓄电池中。 在夜晚，叶片在风推动下发 生将机械能转化为电能，产 生电量，提供给负载工作的 能量，同时将多余的能量储 存到蓄电池中。
在没有阳光照射而且没有风 力的情况下，则蓄电池中的 电量释放出来供给负载工作。
家用燃料电池
燃料电池作为 21 世纪的高科技产品，早已受到西方发到 国家的重视，企业界也纷纷投入巨资从事燃料电池技术的 研究与开发，均取得了重大进展，技术走向成熟，并在一 定程度上实现了商业化，使得燃料电池即将逐步取代传统 发电机和内燃机而广泛应用于发电和汽车上。 MW 级成套燃 料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发 电厂相继在一些发达国家建成，燃料电池汽车也已经开发 出来，家庭用燃料电池也已经进入实用性试验，这充分显
在阴雨天气，叶片在风推动 下发生将机械能转化为电能， 产生电量，提供给负载工作 的能量，同时将多余的能量 储存到蓄电池中。
概率较小
风光互补发电系统的结构简图
• 光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，通 过控制器对蓄电池充电。再通过逆变器对用电设 备供电的一套系统。 • 该系统的优点是供电可靠性高。运行维护成本低 ，但是系统造价高。
智能电网——技术内容和功能
配电数据通信网络：覆盖配电网中所以节点的IP通信网， 采用光纤、无线与载波等组网技术，支持各种配电终端与 系统“上网” 先进的传感测量技术：光学或电子互感器、架空线路与电 缆温度测量、电力设备状态在线监测、电能质量测量技术 先进的保护控制技术：广域保护、自适应保护、配电系统 快速模拟仿真、网络重构等 高级配电自动化（ADA)：配电运行自动化（SCADA、变 电所自动化、馈线自动化）、配电管理自动化（配电GIS 、设备管理、检修管理等） 高级计量体系（AMI）：使用智能电表通过多种通信介质 ，按需或以设定的方式测量、收集并分析用户用电数据的 系统