分布式能源业务形态及技术支撑知识.pptx
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分布式能源业务形态及技术支撑知识.pptx
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,分布式能源业务形态及技术支撑知识,1,研发管理部2016年7月20日,目录,2,3,一、分布式能源行业定义及分类,在国际上,较有影响力的机构采用不同的名词来描述分布式能源。
欧美一些机构组织和国内对分布式能源系统的定义分别见表1和表2。
分布式能源至今没有一个在世界共同认可的定义,在英语中对应的专有缩略词有以下几个:
DG(Distributed/DecentralizedGeneration)、DP(Distributed/DecentralizedPower)、DER(Distributed/DecentralizedEnergyResource)。
它们分别被翻译成分布式能源资源、分布式电力、分布式供能。
比较具有代表性的定义有:
DG的定义为:
存在于传统公共电网以外,任何能发电的系统,原动机包括内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池、小型水利发电系统以及太阳能、风能、垃圾、生物能等的发电系统。
DP的定义为:
包含所有DG的技术,并且能将电能通过蓄电池、飞轮、再生型燃料电池、超导磁力储存设备、水电储能设备等将电能储存下来的系统。
DER的定义为:
在用户当地或靠近用户的地点生产电或热能,提供给用户使用的能力供应和存储系统。
其包含了DG和DP的所有技术,并且包含那些与公共电网相连接的系统,用户可将本地多余的电能通过连接线路,出售给公共电力公司。
4,一、分布式能源行业定义及分类,由上可知,DG、DP、DER所指的范畴由狭义趋向广义,这可以从三者关系图得到直观的了解。
一、分布式能源行业定义及分类,欧美一些机构组织对分布式能源系统的定义,一、分布式能源行业定义及分类,6,国内对分布式能源系统的定义,一、分布式能源行业定义及分类,7,综上所述,分布式能源系统(DistributedEnergySystem,简称DES)是一种建立在能量梯级利用概念基础之上,分布安置在需求侧的能源梯级利用,以及资源综合利用和可再生能源设施。
它通过在需求现场根据用户对能源的不同需求,实现温度对口供应能源,将输送环节的损耗降至最低,从而实现能源利用效能的最大化。
分布式能源是以资源、环境和经济效益最优化来确定机组配置和容量规模的系统,它追求终端能源利用效率的最大化,采用需求应对式设计和模块化组合配置,可以满足用户多种能源需求,能够对资源配置进行供需优化整合。
分布式能源依赖于先进的信息技术,采用智能化、网络化控制和远程遥控技术,可实现现场无人职守。
同时,它也依靠于能源服务公司体系的社会化能源技术服务体系,实现投资、建设、运行和管理的专业化运作,以保障各能源系统的安全可靠运行。
分布式能源系统的工艺流程是通过冷、热、电三联供技术,利用先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电,再对做功后的余热进一步回收,用来制冷、供暖和生活热水,从而实现对能源的梯级利用,能够提高能源利用效率至80%90%。
二、分布式能源业务形态,
(一)分布式能源系统分类,8,二、分布式能源业务形态,
(二)分布式能源系统构成,9,二、分布式能源业务形态,10,(三)热电联产系统(CHP)分布式能源系统是在热电联产系统(以下简称CHP系统)的基础上发展而来的,CHP系统的应用已有超过100年的历史。
研究显示,当热电同时利用达到每年4500h时,系统的投资回收期大约为45年。
这表明热电联产系统产生的热量必须在低热量需求的季节(夏季)也得到利用才能达到经济性要求。
因此,有必要在CHP系统中增加吸收式制冷装置,使其成为冷、热和电三联产系统,使能量达到更高的利用率。
传统电厂将燃料转换为电能后,往往抛弃了大量多余的热能。
分布式发电具有与负荷相适应的规模与位置,能够合理经济地回收这些热能,用户需利用自身设备内或附近的组合式热电联产系统就能同时获得热能和电能。
二、分布式能源业务形态,11,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)冷/热电三联供系统(CCHP)是天然气分布式能源的典型形式,即以小规模、小容量(设计产能吻合区域能量负荷)、模块化、分散式的方式布置在用户附近,独立的输出冷热、电能的系统。
冷/热电联产既能满足能量供应,还具有低成本、高生产率等优点。
其最常见的形式是燃气蒸汽系统,能源综合利用效率达80%。
天然气(或煤层气等)燃烧产生1100摄氏度以上的高温气体,进入燃气轮机作功发电。
用余热锅炉收集从燃气轮机排出的高温烟气的余热,产生的中压蒸汽推动蒸汽轮机发电或在冬季直接供暖。
在夏季,采用溴化锂吸收式制冷技术,充分利用原用于冬季采暖的蒸汽进行供冷,即构成了热电冷多联产系统,天然气分布式能源项目典型流程见下图。
二、分布式能源业务形态,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)天然气分布式能源项目典型流程图,12,二、分布式能源业务形态,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)CCHP通过能源梯级利用,使能源综合利用效率提高到80%。
燃气冷热电三联供以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备运行,产生的电力满足用户的电力需求,系统排出的废热通过余热锅炉或者余热直燃机等余热回收利用设备向用户供热、供冷。
经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右,节省了大量一次能源。
13,二、分布式能源业务形态,14,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)使用CCHP的先决条件是有较大的热负荷,同时要求冷热负荷稳定。
虽然微型燃机发电效率己从17%-20%上升到当前的26%-30%,但以微型燃气轮机作为动力的简单的分布式供电系统的热转功效率依然远小于大型集中供电电站。
冷热电三联供系统如果仅作为发电使用不考虑利用余热的效益,则发电成本高于目前市电平均价格,单独发电是不经济的。
对于热负荷变化较大的建筑物或者负荷率很低的场所,能源综合利用效率一般很难达到期望的效果,并且发电机的使用寿命也会受到影响。
二、分布式能源业务形态,15,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)1.燃气内燃机CCHP系统燃气内燃机CCHP系统是以燃气内燃机作为热动力装置,冷水经由润滑油/水换热器、燃烧室外的水冷壁以及烟气换热器,向热用户提供蒸汽或热水。
制冷则由热水或蒸汽送入吸收式制冷装置(如蒸汽/热水溴化锂制冷机),产生冷冻水,再由冷冻水作为冷媒向用户提供空调服务。
燃气内燃机的额定功率通常为505000kW。
内燃机的造价相对较低,但其运动部件费用较高,因此运行费用高。
下图是燃气内燃机CCHP系统示意图。
16,二、分布式能源业务形态,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)2.微型燃气轮机CCHP系统微型燃气轮机是指容量为25300kW、可以简单循环的燃气轮机。
右图为微型燃气轮机在CCHP系统中应用的一个示例。
系统的发电机组效率为21.2,全效率可达81。
微型燃气轮机主要有2种形式:
一种是高速单轴形式,压缩机和涡轮与交流发电机装在同一根轴上,涡轮转速为(512)104r/rain;另一种是分离轴形式,转速为3600r/rain的涡轮通过变速箱与常规发电机相连。
微型燃气轮机与内燃机相比,具有较,少的运动部件,因此维护费用较低,但造价比内燃机高。
二、分布式能源业务形态,(四)冷/热电三联供系统(CCHP)3.燃料电池CCHP系统燃料电池是一种新型技术,一般用于1MW以下的系统。
燃料电池通常采用天然气作为燃料。
天然气经过重整装置生成氢,氢和氧在阳极和阴极通过电解质溶液进行离子交换发生电化学反应,从而产生电能,反应的副产物是热能和水。
由其工作原理可知,燃料电池具有高效率(发电效率为35。
60)、无污染、无噪声、运行可靠等优点。
燃料电池产生的CO2、NOx、CO和有机挥发分的体积分数较低。
17,二、分布式能源业务形态,(五)建筑冷热电联产(BCHP)建筑冷热电联产(BCHP)是针对具有特定功能的建筑物,如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统,一般仅需容量较小的机组,机房往往布置在建筑物内部,不要要考虑外网建设。
解决建筑冷、热、电等全部能源需要并安装在用户现场的能源中心,是利用发电废热制冷制热的阶梯级能源利用技术,能源利用率高达80%以上。
18,二、分布式能源业务形态,(五)建筑冷热电联产(BCHP)1.烟气型烟气型为发电机项建筑送电,非电空调用烟气制冷制热,空调完全不用燃料。
19,二、分布式能源业务形态,(五)建筑冷热电联产(BCHP)2.烟气及补燃型烟气及补燃型为发电机向建筑送电,非空调用烟气制冷制热,不发电或少发电时用天然气补燃制冷制热。
20,二、分布式能源业务形态,(五)建筑冷热电联产(BCHP)3.烟气、热水及补燃型烟气、热水及补燃型为发电机向建筑送电,非电空调用烟气热水制冷制热,不发电或少发电时用天然气补燃制冷制热。
21,二、分布式能源业务形态,(五)建筑冷热电联产(BCHP)4.蒸汽型蒸汽型为热电厂汽轮机利用高压蒸汽发电,发电送人城市电网,发电后低压蒸汽供给蒸汽非电空调。
22,二、分布式能源业务形态,(六)分布式能源系统的节能减排,节能图解,23,CO2减排图解,二、分布式能源业务形态,(七)建议陕鼓实施分布式能源销售构想,4,三、分布式能源技术支撑,25,
(一)分布式能源主要技术和装备分布式能源系统是将冷、热、电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户附近,可独立地输出冷、热、电能的系统。
本系统主要包括分布式发电、分布式储能、并网技术和具有潜在功率产品价值的需求方负荷响应资源。
涉及到的主要技术和装备如下:
分布式能源发电技术:
燃气分布式发电系统、太阳能光伏分布式发电系统、太阳能建筑一体化、光伏热电联产、柴油发电机组、燃料电池、垃圾发电、沼气发电、汽轮发电机、污水发电、地热发电、生物质能分布式发电、风能分布式发电、小水电分布式发电系统、煤气层和矿井瓦斯利用等分布式发电系统。
分布式能源智能控制与群控优化技术:
分布式能源并网接入技术和设备;智能化监控、网络化群控和远程遥控技术等。
26,三、分布式能源技术支撑,
(一)分布式能源主要技术和装备,燃气冷热电联供技术及设备:
燃气轮机、燃气内燃机、蒸汽轮机、小型燃气轮机、微燃机、斯特林发动机、溴化锂吸收式制冷机、多联式空调机组、余热吸收式制冷机、吸附式冷水机组、水冷冷水机组、风冷冷水机组、热泵热水机组、蒸汽吸收式制冷、空间加热系统、吸收式空调装置、热泵、燃气锅炉、阀门等;余热利用技术及设备:
余热发电、燃气机热泵余热回收、空调余热回收、烟热余热回收技术、热泵余热回收技术、废水余热回收热泵技术、低温余热回收、蒸汽轮机、余热锅炉、空压机余热回收装置、纯低温余热发电机技术、蒸汽供热系统等新工艺、新材料、新设备及其他辅助设备。
分布式储能装置:
电化学储能(如蓄电池储能装置)、电磁储能(如超导储能和超级电容器储能等)、机械储能装置(如飞轮储能和压缩空气储能等),热能储能装置等。
三、分布式能源技术支撑,27,
(二)动力与能源转换设备小型燃气轮机在小型航空涡轮发动机技术的基础上,实现地面发电和供热的联产技术。
目前中国在这一技术上已经可以开发相应产品,主要的问题是需要提高设备的能源转换效率,提高可靠性,延长设备检修周期,提高设备的自动智能控制水平;微型燃气轮机这是基于汽车发动机增压涡轮技术的延伸,关键技术在于精密铸造和烧结金属陶瓷转子,空气或磁悬浮轴承,高效回热利用技术,永磁发电技术,可控硅变频控制技术等。
由于技术层次并不高,其中许多项目已经有专家在研究,只要国家真正重视,中国完全可以赶超世界先进水平;,三、分布式能源技术支撑,28,
(二)动力与能源转换设备燃气内燃机内燃机技术对于中国已经非常成熟,但是燃气内燃机的制造水平与国际先进设备还存在比较大的差距,主要是转换效率、排放控制、电子控制和设备大修周期等,此外,国外正在发展的预燃、回热、增压涡轮技术,以及电子变频等技术,都是发展的重要方向;斯特林发动机外燃式斯特林技术中国已经有了比较大的突破,上海711所已经可以生产该技术的产品,目前主要是提高设备可靠性和发电效率,以及自动化控制水平;燃料电池该技术有质子交换膜、固体氧化物、熔融硅酸盐和氢氧重整等多种技术方式,该技术应用极为广泛,污染极小,而且可以同燃气轮机技术整合,发电效率将可能达到80%,是未来最具有发展价值的技术;,三、分布式能源技术支撑,29,
(二)动力与能源转换设备微型蒸汽轮机蒸汽轮机是非常传统的技术,但是利用一部噪音小、振动小、运行方便可靠的小型蒸汽轮机代替热交换器,将其中一部分能量转换为价值较高的电能,或者利用蒸汽管网中较低品位的蒸汽为制冰机组提供低温冷能,可以更好地利用蒸汽中的能量;微型水轮机和微型抽水蓄能电站小型、微型水轮机组不仅可以在任何有水位落差的地方使用,而且可以广泛利用在分布式能源项目上。
利用自来水管网的水能压力,或者建筑物可能产生的落差进行发电,并在用电低谷进行抽水蓄能,新型的微型水轮发电机组将何以采用电子变频控制技术,调整电能品质;太阳能发电和太阳热发电利用太阳能量的发电技术,关键是降低成本,同时需要研究与其他能源利用方式和载体进行整合,将太阳热发电与沼气利用整合,将光伏电池与建筑材料整合,利用光导纤维与照明技术整合等等;,30,三、分布式能源技术支撑,
(二)动力与能源转换设备,风能风力发电是世界能源发展的一个重要方向,在大型风场大量利用大型风机发电将何以代替现有的火力发电系统,但是对于居住分散的用户小型高效的风力发电系统更加具有普及意义,小型风力发电系统主要需要解决的是成本、可靠性和蓄能问题;余热制冷系统利用动力机产生的余热供热制冷是分布式热电冷三联供系统的重要环节,尤其是制冷,可以采用吸收式制冷,也可以采用吸附式,以及余热动力转换低温制冷等技术,这些技术均比较成熟,关键是系统的集成和提高效率,以及降低造价等问题;热泵利用地源、水源和其他温差资源的能源利用技术,重点在于提高效率和增强于其他能源利用技术的整合能力;能量回收系统诸如将建筑物内电梯下行、汽车制动、自来水减压等能量回收的技术以及应用设备的研发。
三、分布式能源技术支撑,31,(三)与分布式能源系统相关的一次和二次能源相关技术天然气系统的优化利用,以及管道输送技术;液化天然气的生产和利用分散化的液化天然气生产技术可以充分利用石油开采中的伴生气资源,减少温室气体排放,提高资源的综合利用率,液化天然气利用中对于冷能的有效利用可以有效节能等等,在液化天然气利用中,将产生大量的新课题;煤层气和矿井瓦斯利用,世界上可能有60%以上的矿工是死在中国的矿井里,而瓦斯爆炸是元凶之一,减少矿工死亡和提高煤层气和矿井瓦斯资源的利用有着密切关联,利用煤层气和矿井瓦斯发电等技术不仅可以挽救无数矿工的生命,还能有效减少温室气体排放,缓解全球变暖问题;可燃冰存在于海底和高寒地区的天然气水化合物是人类未来的主要能源,它是为分布式能源系统提供燃料的重要途径;,三、分布式能源技术支撑,32,(三)与分布式能源系统相关的一次和二次能源相关技术煤地下气化中国目前有100亿吨以上的煤炭资源在开发过程中被遗弃在地下,如何利用可控地下气化技术将其变为气体燃料回收利用是中国煤炭工业的重要课题;地热利用和开发地热资源,将地下低品位热能转换为高品位的电能或冷能是技术的关键;深层海水冷能利用沿海深层海水的低温资源,解决沿海城市的制冷问题,并降低城市热岛效应;水能利用水利资源,特别是小型水电设施解决农村以水代柴,保护植被;沼气利用城市垃圾、农村废弃物资源等进行发电或热电联产,减少温室气体排放,提高资源综合利用水平;,三、分布式能源技术支撑,33,(三)与分布式能源系统相关的一次和二次能源相关技术甲醇利用煤等矿物资源生产甲醇,以代替石油。
甲醇可以满足燃料电池对氢的需要;乙醇利用植物资源生产乙醇,以代替石油和其他矿物燃料,乙醇可以作为燃料直接使用,也可以作为燃料电池的氢分离的原料;氢对于氢的利用将决定人类的未来,如何从水中低成本地重整氢气将是技术的关键;压缩空气利用低估电力或其他能源生产高压空气,作为汽车和其他动力设备,以及分布式能源的动力源,主要解决高增压比压缩技术、设备小型化、材料和效率等问题。
三、分布式能源技术支撑,34,(四)智能控制与群控优化技术分布式能源机组和系统自身的智能化控制解决设备“无人职守”问题,能够根据需求进行调节,自动跟踪电、热、冷负荷;分布式能源与载体的信息互动解决分布式能源系统成为智能化建筑的一个组成部分,与建筑系统的需求进行优化整合,提高建筑的能源可靠性和节能性;分布式能源机组的联合控制分布式能源采用模块化组合设计,需要对模块组合联合控制,根据需求变化进行智能调节,决定每一模块的运行状态和模块之间的调节优化关系;远程遥控通过电话线、因特网、无线网络和电源线对设备进行远程监视控制,需要解决安全和协议统一等问题;,三、分布式能源技术支撑,35,(四)智能控制与群控优化技术群控优化根据一个区域内各种用户对于电力、热力、制冷等需求的变化,以及燃料、气温变化趋势、蓄能量库存等等因素,优化控制各个用户的分布式能源系统,以及公共能源系统,进行多系统容错优化,减少冗余,提高各系统的安全性和需求适应性,降低造价,提高效率;智能电网技术必须建立电网信息化管理系统,对于电网特别式近用户低压供电电网的信息化控制,流量平衡控制、网内分布式能源智能管制系统、智能保护系统等;信息化计量与结算系统建立网络化能源系统的各种能源产品和各个用户与分布式能源设施拥有者之间、各时段间根据预约定价进行计量和结算的智能系统;自动信息发布系统对于用户与临近用户能源使用状态、用户与临近用户的分布式能源系统伺服状态、以及燃料系统和公共能源供应系统的运行状态信息进行发布,以便智能化建筑、用户能源管理系统、分布式能源设施、储能设施、设备运行服务机构、以及燃料供应者和公共电网能够根据每一信息源所发布的实时信息进行状态优化调整,实现资源共享。
三、分布式能源技术支撑,36,(五)综合系统优化技术多种能源系统整合优化将各种不同的能源系统进行联合优化,例如:
将分布式能源与传统能源系统整合后,进行联合优化;或者,将分布式能源系统与冰蓄冷系统整合并进行联合再优化,将微型燃气轮机与热泵系统整合优化,以及太阳能与分布式系统的优化整合等等,达到取长补短的目的,充分发挥各个系统的综合优势;将分布式能源与交通系统整合优化利用低谷电力为电动汽车蓄电或燃料电池汽车储氢等,将燃料电池和混合动力汽车作为电源形成随着人流移动的电源和供水系统。
实现节约投资经费,降低高技术产品使用成本等目的;分布式能源系统电网接入研究解决分布式能源与现有电网设施的兼容、整合和安全运行等问题;,三、分布式能源技术支撑,37,(五)综合系统优化技术储能技术通过蓄能技术的开发应用,解决能源的延时性调节问题,提高能源系统的容错能力,其中包括蓄电、蓄热、蓄冷和蓄能四个技术方向。
蓄电包括化学蓄电:
电池;物理蓄电:
飞轮和水能、气能储热包括项变储热、热水、热油和蒸汽等多种形式。
储冷:
冰和水。
储能包括物理蓄能:
机械储能、水蓄能、以及记忆金属蓄能等多种方式;地源蓄能技术利用地下水和土壤将冬季的冷和夏季的热蓄能储存,进行季节性调节使用,结合热泵技术进行直接利用,减少城市热岛效应;网络式能源系统互联网式的分布式能源梯级利用系统是未来能源工业的重要形态,它是由燃气管网、低压电网、冷热水网络和信息共同组成的用户就近互联系统,复合网络的智能化运行、结算、冗余调整和系统容错优化。
38,三、分布式能源技术支撑,(六)资源深度利用技术,天然气凝结水技术利用天然气燃烧后的化学反应结果回收水,解决部分城市水资源紧缺问题;将分布式能源与大棚结合的技术将分布式能源系统发电设备排除的余热、二氧化碳和水蒸汽注入大棚,作为气体肥料和热源,解决城市绿化和蔬果供应,同时减少温室气体和其他污染物排放问题;利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术利用热泵的技术,将低品位热源转换为较高品位的生活热水,减少能源消耗;空调系统废热回收技术发展全新风空调系统中有效利用回风中的余热和余冷,减少能耗;污水水源热泵系统利用生活污水中的热量;小型生物质沼气生产技术利用民用设施污水、垃圾和大棚废弃生物质就地生产沼气的技术。
39,四、国内外分布式能源相关标准,
(一)国外有关DER/CCHP的标准欧洲分布式能源实验室对目前已经颁布执行的与DER相关的标准进行了统计,如下:
IECTC8SystemaspectsforelectricalenergysupplyIECTC57PowersystemcontrolandassociatedcommunicationIEC61850CommunicationnetworksandsystemsinsubstationsIEEE1547TMStandardfouinterconnectingdistributedresourceswithelectricpowersystems,40,四、分布式能源相关标准,
(二)国内有关分布式能源的标准国内目前尚无DER的相关标准,据悉DER的相关指导、补贴等政策,以及DER的标准正在制定之中。
2011年3月1日,我国第一个CCHP行业标准CJJ1452010燃气冷热电三联供工程技术规程开始实施,但是该标准只适合15MW发电机总容量以下的CCHP。
CCHP的国家标准还有待制定。
目前国内CCHP的可行性报告、初步设计和施工图设计参照的标准基本上是已经颁布的火力发电和热电联产标准和相关规定。
中国电科院主编的以下7项能源行业标准已于2015年3月1日起实施:
NB/T33010-2014分布式电源接入电网运行控制规范、NB/T33011-2014分布式电源接入电网测试技术规范NB/T33012-2014分布式电源接入电网监控系统功能规范NB/T33013-2014分布式电源孤岛运行控制规范、NB/T33014-2014电化学储能系统接入配电网运行控制规范NB/T33015-2014电化学储能系统接入配电网技术规定NB/T33016-2014电化学储能系统接入配电网测试规定,感谢聆听!
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