清华-低碳电力技术发展趋势ppt

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• 但对全球升温的贡献百分比来说, 二氧化碳由于含量较多,所占的 比例也最大
各种温室气体在不同时期的含量,来源以及温
室效应强度(GWP),以CO2为参考值。
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六氟化硫排放
• 在电器制造行业大量使用SF6气体,由于使用、管理不当 或没有按正确的方法对其进行回收、再生处理,导致SF6 气体及在高温电弧作用下产生的有毒分解物排放到大气中 ,给人类赖以生存的环境带来污染和破坏,同时给电器设 备的正常运行和人们身体健康带来不利影响。
– 美国计划十年内投入1500亿美元用于新能源 技术的研发和示范,增加750万就业岗位。
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全球各行业碳排放情况
• 全球:电力行业首当其冲!
• 发展低碳电力,是实现电力行业可持续发展的重要途径。
• 我国:电源结构以煤为主。煤炭发电装机占总装机容量比
例超过70%,低碳电源比重较小;而煤电的CO2排放占发电
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一、低碳发展模式对电力行业的 挑战
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低碳的内涵
气候变化 & 能源问题:碳
低碳:是一种新型发展模式:
• 以能效技术、可再生能源技术和温室气体减排技术的开发和运用为核心, • 以市场机制、制度框架和政策措施为先导, • 以减少化石燃料消耗和温室气体排放为标志, • 以经济社会与生态环境相互和谐为目标
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用电侧低碳化: 智能电网所引导的新技术
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低碳设备——高效用电实现减排
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低碳生态社区——基于零碳的微电网系统
集中发电

办公楼
家庭
储能 设备 微型涡
轮电机
热电联产机 组
燃料电 池
虚拟电 厂
工厂
风电 厂
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科学问题:低碳电力技术
发电
电网
行业
其它
基础技术 ★★★★★ ★★
★★★★
★★
技术 层面
调度与运行 ★★★★★
投资与规划 ★★★★★
★★★★★ ★★★
★★★★★
市场与交易 ★★★★
★★★★
★★★★
★★★★
宏观 层面
政策层面 机制层面
★★★ ★★
• 低碳电力是一个新的研究领域,涉及电气工程与经济、气 候、环境、化学工程、热能动力工程等学科的交叉和融合
– 电力工程 – 公共管理:宏观政策的建模与决策、机制实施与执行等等 – 经济:交易机制设计、成本效益评估、创新金融工具的运用、融
资渠道、技术引进等等…… – 气候与环境:各种气候变化趋势的分析、极端气候灾难的风险评
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低碳家庭——实现低碳的最小单 元
• 太阳能 发电
• 即插式 电动汽 车 • 智能 电表
• 高速通信 连接
• 低碳 • 储能装置 控制
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• 温度可 调的低 碳设备
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三、低碳电力技术概要
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低碳电力技术——新的研究领域
低,碳实电现力能:源以结降构低的C多O2元排化放,为形重成要清目洁标的,能有源利供于应改体善系电;源促结进构发 电技术发展,提高能效,引入各种清洁发电技术,降低污染; 提高电能生产、传输与消费的效率,促进节能,减缓能源资源 的消耗,降低碳排放。
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寻找六氟化硫的替代方案是一个世界 性的难题
• 六氟化硫气体主要用于电力工业中。由于其具有良好的灭 弧绝缘特性,因此在全世界电力系统中用量很大。
• 六氟化硫是一种温室效应气体,是《京都议定书》中明确 列出的6种温室效应气体之一。
• 二氧化碳在大气中的生命期为50~200年,六氟化硫则要经 过上千年时间才能分解。这些气体一旦进入大气,几乎无 法回收,只有靠自然的过程让它们逐渐消失
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二、电力系统低碳化的 技术与途径
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认识:不同环节
电力行业碳排放 主要来源
1、输变电设备自身排放(含损耗) 2、实现发电侧与用电侧低碳效益 的重要载体(规划、调度)
用能方式扩充节能减 排的潜力
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发电侧低碳化的途径
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低碳电力调度的前瞻性研究
• 常规火电厂

• 水电(抽水蓄能) •
• 核电 • 可再生能源

• 碳捕集电厂


• 智能电网

• 电价
• 碳价

可再生能源调度方法 与碳捕集电厂的调度特性、低碳运 行方式相关的基础理论 新型低碳电源与各类传统电源的协 调运行技术 面向低碳的电力调度建模、优化与 决策技术 低碳环境下电力系统的结构特征与 运行特征分析 低碳电力调度的实施方式与运行风 险分析 面向低碳目标的新型电力调度技术 、机制与策略
市召开,会议由中国电机工程学会主办,中国华能集团公司协
办,会议主题为“低碳时代的电力发展”。
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电力系统低碳化的科学问题
低碳化与节能发电调度:是否一致?
减排:SO2 vs CO2
节煤
火电厂基本煤耗
+ 火电厂节能空间
碳减排
火电厂基本碳排放
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+ 火电厂减排空间 EI LAB 35
估等等 – 化学工程:各种“去碳”的新技术、新材料、新工艺 – 热能动力工程:各类“低碳”电源、高效发电技术、电动汽车等

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低碳电力技术——新的研究领域
• 可再生发电技术
– 水电、风电、光伏发电、生物质能发电、地 热发电、潮汐发电等
• 碳捕集、利用与封存技术(CCS/CCUS)
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全球应对气候变化将推进世界范围内经济和社会发展 方式的重大变革,对我国经济发展方式转变和技术创 新将带来重要影响
• 夺取低碳技术的竞争优势和制高点,是大国参与气候变化领域博弈的 重要动因和战略目标
– 各国都把低碳技术作为战略必争的高新科技领域,加大研发投入和政策 支持力度。
CCR:二氧化碳捕集预留(Carbon Capture Ready) Ø 在电厂及特定的位置有充足的空间,可以增建 二氧化碳收集设备及相互连接的设备 Ø CCR的建设成本只占电厂建设成本的约1%。
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重要的低碳技术——CCS技术
• CO2捕集技术
目前的捕集技术主要有三种:
• 讨论:建立低碳电力消纳机制
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低碳能源消纳机制
• 低碳能源消纳机制(LCEUM)的目标
–目标:在电力行业内建立起一个以市场为基础、可操 作性强的低碳能源鼓励性政策,为全国性的风电等低 碳能源消纳,提供制度保障与市场交易平台
• 低碳能源消纳机制的意义
–有利于为风电等低碳能源消纳提供制度保障;
如:风能和太阳光伏技术、先进核能、生物燃料、清洁煤和CCS技术、超 低能耗建筑、电动汽车和智能电网等。
– 欧盟等发达国家积极推动应对气候变化进程,有其凭借自身在能效和新 能源领域的技术优势,扩充新的经济增长点,保持和扩大与发展中国家 差距的战略意图
• 加强新能源技术研发和产业发展,也成 为主要国家应对金融危机、实现绿色复 苏的主要领域
• 2009年2月,国内首个六氟化硫清洁发展机制(CDM)研究项 目——“基于绿色电网的六氟化硫气体减排研究与应用” 通过评审
• 评委会一致认为,该项目环境效益、经济效益和社会效益 显著,研究成果填补了国内空白,在六氟化硫CDM项目开 发方面达到领先,具有重要的推广应用价值。
• 该项目是经国家发改委批准的国内首个纳入联合国清洁发 展机制的六氟化硫气体排放、回收研究项目
Ø 燃烧后捕集
Ø 燃烧前捕集 Ø 富氧燃烧捕集
吸收/吸附体多为碱性的液态材料,如乙醇胺类水溶液(MEA) 电机系 康重庆
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挪威北海碳捕集电厂示意图
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华能高碑店热电厂碳捕集设备
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火力发电低碳技术的效应
良好的调节特性 对系统调峰的贡献
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• 不同的研究方案和技术路线
– 如何防止六氟化硫泄露 – 如何寻找新的替代气体
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调度方式优化(节能调度)
• 节能发电调度对 推动电力行业低 碳化发展具有巨 大效益与示范意 义
CO2 减排率(%)
6
5
4
3
2
1
0
0
500
1000
1500
2000
控制因子△h(小时)
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– 电动汽车、高效电器
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低碳电力技术
11月12日至13日,由中国电机工 程学会主办、清华大学电机系承 办的中国电机工程学会第十一届 青年学术会议在清华大学召开。 本届青年学术会议的主题是“低 碳时代的电力技术”。
2010年中国电机工程学会年会定于2010年11月25-27日在海口
– C技O术2捕(集CC技R)术、运输与封存技术;碳捕集预留
• 清洁发电技术
– 超临界、超超临界发电技术、整体煤气化联 合循环(IGCC)、天然气联合循环(NGCC)、热 电联产发电(CHP)、增压流化床联合循环 (PFBC),等
• 高效输电技术
– 特高压输电技术、超导输电等
• 高效储能技术 • 高效用能技术
–从机制设计角度,将行政手段转变为各省(区、市)电 力公司内在的经济激励;
–提供了弹性、灵活的交易机制,充分体现了各方的交 易意愿
–将极大地促进低碳能源快速发展
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应用于电力行业的低碳技术——CCS、 CCR
CCS:二氧化碳捕集和封存技术(Carbon Capture &Storage),是指将CO2从工业或相 关能源的源分离出来,输送到一个封存地点,并且长期与大气隔绝的一个过程。 CCS技术主要包括捕集,运输和封存三大方面的技术
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电网低碳化: 设备、技术和机制
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正确认识电网低碳效益
输变电设备(SF6替代、 改进运维) 提高输变电系统的效率 (损耗)
调度方式优化(节能减 排、低碳调度) 非化石能源接入(改善 电源结构)
其它 。。。。。。
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电网低碳效益
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华北电网SF6减排研究通过专家评审
• SF6是电网环节的主要温室气体来源,由于其温室效应强
度极大而受到关注
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电力行业低碳化:重要前景
• 电力行业是减排的主力军 • 电力碳排放具有源少、量大、集中程度高的
特点,易于实现大规模减排,管理成本低, 具有重要的示范作用
• 挑战 与 机遇 并存!
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可再生能源
• 目前风电是主流和代表 • 太阳能、生物质能、海洋能
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大规模风电消纳模式值得深入研究 • 承载能力:硬件建设、政策机制
• 远端风电开发,负荷中心是否愿意接纳( 技术角度、经济角度):
–送电曲线,平滑?关口考核 –落地价格,竞争能力
低碳电力技术发展趋势
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清华大学电机系 cqkang@tsinghua.edu.cn
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提纲
一、低碳发展模式对电力行业的挑战 二、电力系统低碳化的技术与途径 三、低碳电力技术概要 四、电力行业的低碳策略 五、智能电网的低碳效益 六、结束语:省级电网企业低碳之路
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大核电、大水电
• 我国2020年非化石能源占一次能源消费比重达到 15%左右
• 核电、水电将起到关键性作用,担当起实现低碳 目标的重任
• 核电配套:重视抽水蓄能电站的建设 • 水电开发,应持续发展
–南网:利用地理优势,逐步实现大规模接纳与我国接 壤的缅甸、老挝水电电力,进一步降低区域内碳排放 水平。
总排放比例超过95%。
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世界温室气体排放情况
Source:United Nations Environment Programme /GRID-Arendal
1997年于日本京都召开的联合国气
候变化纲要公约第三次缔约国大
会中所通过的《京都议定书》, 明确针对六种温室气体进行削减 1. 二氧化碳(CO2) 2. 甲烷(CH4) 3. 氧化亚氮(N2O) 4. 氢氟碳化物(HFCs) 5. 全氟碳化物(PFCs) 6. 六氟化硫(SF6) • 后三类气体造成温室效应的能力 最强
• 全球每年六氟化硫气体中,约有50%以上用于电力工业。 而在电力工业中,高压开关设备约占用气量的 80% 以上 ,中压开关的用气量约占1/10 ;主要是用在高压、 超高 压领域,包括各电压等级的断路器( GCB )、六氟化硫 封闭组合电器( GIS )、充气柜( C-GIS )、 六氟化 硫气体绝缘管道母线( GIL )中。
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