多能互补集成

多能互补集成李先瑞中国城市燃气协会分布式能源专业委员会2016.08目录一、多能互补集成是构建“互联网+智慧能源系统”的重要任务二、天然气分布式能源和可再生能源的融合三、微网实现了天然气分布式能源和可再生能源融合效益的最大化四、天然气分布式能源和可再生能源融合是互联网+智慧能源的先行者1、多能互补集成的模式之一多能互补集成模式之一是面向终端用户电、热、冷、气等多种用能需求，因地制宜、统筹开发、互补利用传统能源和新能源，优化布局建设一体化集成供能基础设施，通过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网等方式，实现多能协同供应和能源综合梯级利用2、多能互补集成的意义是构建“互联网+”智慧能源系统的重要任务之一，有利于提高能源供需协调能力，推动能源清洁生产和就近消纳，减少弃风、弃光、弃水限电，促进可再生能源消纳，是提高能源系统综合效率的重要抓手，对于建设清洁低碳、安全高效现代能源体系具有重要的现实意义和深远的战略意义一、多能互补集成是构建“互联网+智慧能源系统”的重要任务3、多能互补集成的任务1）在新城镇、新产业园区、新建大型公用设施（机场、车站、医院、学校等）、商务区和海岛地区等新增用能区域，加强终端供能系统统筹规划和一体化建设，因地制宜实施传统能源与风能、太阳能、地热能、生物质能等能源的协同开发利用，优化布局电力、燃气、热力、供冷、供水管廊等基础设施，通过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网等方式实现多能互补和协同供应，为用户提供高效智能的能源供应和相关增值服务，同时实施能源需求侧管理，推动能源就地清洁生产和就近消纳，提高能源综合利用效率.2）在既有产业园区、大型公共建筑、居民小区等集中用能区域，实施供能系统能源综合梯级利用改造，推广应用上述供能模式，同时加强余热、余压以及工业副产品、生活垃圾等能源资源回收和综合利用。4、多能互补集成的目标1）2016年，在已有相关项目基础上，推动项目升级改造和系统整合，启动第一批示范 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 建设。“十三五”期间，建成国家级终端一体化集成供能示范工程20项以上，国家级风光水火储多能互补示范工程3项以上。2）到2020年，各省（区、市）新建产业园区采用终端一体化集成供能系统的比例达到50%左右，既有产业园区实施能源综合梯级利用改造的比例达到30%左右。国家级风光水火储多能互补示范工程弃风率控制在5%以内，弃光率控制在3%以内。二、天然气分布式能源和可再生能源的融合1、2020年可再生能源和天然气分别占我国一次能源消费比重的15%和10%可再生能源的迅速发展是未来能源需求继续增长和碳排放约束的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。在我国《能源发展战略行动计划（2014~2020）》提出“着力优化能源结构，坚持发展非化石能源与化石能源高效清洁利用并举，大力增加风电、太阳能、地热等可再生能源和核电消费比重。到2020、2030年，非化石能源将占一次能演消费比重分别达到15%、20%。天然气是“十三五”时期油气行业的发展重点，目前天然气消费占我国一次能源消费比重低于6%，与世界平均24%的水平相比，发展潜力巨大。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》的重要目标是生产方式和生活方式绿色、低碳水平上升。绿色发展要求，天然气到2020年将占一次能源消费比重为10%。2、分布式能源是电力供应的主要市场在国家能源局《关于征求做好电力市场建设有关工作的通知》中指出，特高压和分布式能源是未来电力供应的两部分，二者互相补充，发挥各自的优势。分散式风电、生物质发电、小水电等因为本身的局限性无法大规模展开，燃料电池和储能技术开发难度目前很大，“天然气分布式能源站+分布式光伏电站”的组合将成为市场重要组成部分，两手都要抓，两手都要硬。3、分布式能源系统概念：是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源为气体燃料和可再生能源，利用一切可以利用的资源，二次能源为分布在用户端的冷热电，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用。并通过中央能源供应系统提供支持和补充。实现多系统优化，将电力、热力、制冷与储能技术结合，实现利用效率最大化。方式：分布安置在近用户需求侧，根据用户对能源的不同需求，实现能源对口供应。特点：分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。分类天然气分布式能源（CCHP,CombinedCooling,HeatingandPower）是分布式能源系统中前景最为明朗，也是最具实用性和发展活力的系统，符合吴仲华先生提倡的“温度对口，梯级利用”准则，是在热电联产系统基础上发展起来的，直接面向用户，按用户需求提供电、冷、热以及生活热水等，同时解决多重用能需求和实现多重目标，满足建筑或工业能源需求的总能系统。4、天然气分布式能源和可再生能源融合的必要性（1）天然气和可再生能源在功能上相辅相成，互相补充，发挥各自作用，风能和太阳能属于间歇性能源，在使用期间必须随时储存，或设置后备电源来补偿供电不足时的供能。天然气分布式能源调度灵活，与可再生能源功能上相辅相成。（2）天然气分布式能源是可再生能源的主动动力支持。天然气分布式电站属于主动用能，而风电、光伏及其它可再生能源属于被动式用能，其利用因自然条件的不同而存在随机性和不可控性，多种能源互补式利用模式不但可以以最优化的方式利用当地资源，并能在很大程度上节省巨额输电费用，从而达到能源利用全过程中的效率，最大化和成本最小化。（3）天然气分布或能源和可再生能源融合的作用①将可再生能源供能的间歇性不稳定性，难调度转变为供热可持续、稳定、可靠和可控；②将天然气分布式能源年平均综合利用率＞70%提高至100%以上；③增加了天然气分布式能源用电负荷，扩大了分布式的装机规模提高了系统的节能率；④融合系统合理地配置了设备，减少了投资，提高了全系统的经济性。5、天然气分布式能源与热泵的融合系统（1）融合机理特性天然气分布式能源与可再生能源系统的耦合耦合机理：最大限度的利用环境势能和清洁能源，提高能源的综合利用率，减少环境排放。(将不可利用的低品位热能,如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能和工业废热等,转换为可以利用的高品位热能。)耦合特性：热泵系统在利用低品位能源时会受到低温侧热源的影响从而降低系统的运行效率甚至无法运行，如水源侧温度低于5度时制热效率会显著下降。冬夏季从地下吸/放热量长期不对等会影响系统的运行效率。CCHP与热泵耦合使用，利用CCHP余热提升极端天气下热泵系统低温侧温度可大大提高系统效率；同时利用CCHP技术作为调节，可保证冬夏季热泵系统向地下的放热量一致，提高系统运行的稳定性。（2）融合效益分析天然气分布式能源与热泵系统的耦合（应用分析）多种能源技术的耦合使用与单一热泵系统供热相比，系统一次能源利用率提高了61%；与单一燃气系统供热相比，系统一次能源利用率提高了113.4%。（3）融合系统项目案例中德生态园项目项目概况中德生态园位于山东青岛经济技术开发区国际生态智慧城内，规划面积11.59平方公里。定位为具有国际化示范意义的高端生态示范区、技术创新先导区、高端产业集聚区、和谐宜居新城区。分布式能源站满足幸福社区（5万㎡居民+3.2万㎡配套公建）供热、德国中心南区和北区共7.26万m2供冷供热，采用“自发自用，余电上网”的并网模式。能源站 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 总规模为4.03MW制冷量，19.27MW制热量和1.25MW发电量。本项目新奥总投资6730万元建设运营。由新奥投资、建设和运营。技术方案系统以燃气冷热电分布式能源技术为核心，采用2台625kW的燃气内燃机和1台1358kW的余热锅炉，结合1台406kW的地源热泵、1台1711kW螺杆式水冷冷水机组、3台20t/h燃气热水锅炉及1台1200kW热水溴冷机等系统构成整体方案。按照能源规划，在中德生态园区域内共建设6+1个分布式能源站，分布式能源站的位置的设置基本按照供能分区考虑和建设进度规划，在每一个供能分区区块的负荷中心规划设置一个分布式能源站；在项目的中心规划设置一个区域分布式能源站。廊坊市新朝阳泛能微网示范项目项目概况廊坊市政府从源头入手，采纳新奥集团泛能微网的理念，全面升级区域能源体系，打造新朝阳泛能微网示范项目。该泛能网共包含四个用户：热力三处、华航、新朝阳和乐晟，服务面积共40万m2。微网系统充分利用原有用户的设备，并在原有系统的基础上进行优化重组，实现各个用户的互联互通，能量的传输、调配和交易。设置一座分布式能源站，地下独立布置，减少噪音、振动等影响。与简单煤改气相比，泛能网建成后每年可实现NOx减排7150吨，SO2减排3360吨，粉尘减排2860吨。该项目由廊坊新奥燃气设备有限公司投资5202.6万元建设和运营。技术方案能源站设两台功率为800kW的燃气发电机组和1台2100kW的余热锅炉，发电机出口电压0.4kV，升压后通过10kV电力电缆分别接入热力三处原有变配电间两段10kV母线。在冬季工况下，热力三处燃气内燃机余热和燃气锅炉产蒸汽为区域提供主热源，除满足自身需求外，供给华航和乐晟商场供热，新朝阳项目由于采用蓄热电锅炉，可以根据运行时段的成本来给选择给自己供热或利用热力三处的热源。季，乐晟和新朝阳采用电制冷+蓄冰供冷，运行的经济性明显好于燃气锅炉+蒸汽溴冷机，满足新朝阳、乐晟、热力三处的供冷需求，不足部分由热力三处的蒸汽溴冷机补充。6、天然气分布式能源与太阳能的融合系统耦合机理：天然气分布式能源也可与太阳能（风能、生物质能等）及热泵耦合，构成另一种具代表性分布式能源耦合系统。在该耦合系统中，太阳能可以是太阳能光伏发电，作为CHP发电系统的电力补充；也可以是太阳能集热热水系统，与热泵系统互补使用，并耦合天然气分布式能源构成耦合系统。某些情况下，太阳能也可单独与热泵系统耦合构成分布式能源耦合系统。耦合特性：太阳能与热泵分布式能源耦合系统特性举例优先使用太阳能：太阳能集热器集热量设计应以满足热水总负荷40%作为太阳能热量。确保用热需求：采用集中热水系统可有效保证大流量用水特点，保证用水可靠性和舒适性需求。新能源利用最大化：采用水源热泵作为太阳能辅助热源，按使用热水最高日用水量进行设计，即太阳能集热量为0时，仍能满足热水负荷需求。并对公建等其他部分提供冷源，实现太阳能和水源热泵耦合利用，高效节能。投资合理、运行经济：采用“以热定冷”设计原则，合理确定生活热水供热量，根据总热量确定供冷范围供冷负荷总量。7、天然气分布式能源与太阳能、热泵的融合系统蓄能技术主要包括：势能蓄积，包括抽水蓄能、压缩空气蓄能等。动能蓄积，如飞轮蓄能等。热能蓄积，包括显热与潜热蓄热技术等。电磁能量蓄积，包括超导磁体蓄能、超级电容器蓄能等。化学能蓄积，包括常规的蓄电池技术以及将可再生能源转化为甲醇、氢等二次能源等。基于可再生能源的分布式能源耦合系统工艺流程图8、天然气分布式能源与可再生能源融合的工艺流程耦合三、微电网实施了天然气分布式能源和可再生能源融合系统效率的最大化1、微电网的定义：（1）定义：微电网是由分布式电源、储能和负荷构成的可控供能系统。（2）基本结构燃汽轮机柴油发电机风力发电光伏发电沼气发电波浪能发电生物质能发电燃汽轮机柴油发电机风力发电光伏发电沼气发电波浪能发电生物质能发电数字化变电站智能继电保护系统电力线路在线监测系统电力故障实时报警系统智能调度系统智能电表远程抄表系统负荷监测系统无功补偿系统分布式微能源能量管理系统输配电系统用户负载智能微电网（3）发展微电网的意义2、微电网技术应用于天然气分布式能源和可再生能源融合系统的案例（1）某机场航站楼天然气分布式能源和可再生能源融合供能系统废热蒸汽热水供热水都市燃气变电设备　20MVA×2动力・照明电力电力能源中心航站楼热水制热冷水制冷NAS电池　1,000kW×1备用发电机　1,000kW×2涡轮冷冻机地源热泵燃气热水锅炉蒸汽吸収冷冻机燃气吸收冷热水机空气源热泵冷热水机组三联供CGS1,000KwX1废热热水光伏发电主要能源系统：三联供CGS:1,000KW×1涡轮冷冻机:1000RT×2涡轮冷冻机:2250RT×2涡轮冷冻机:2500RT×1蒸汽吸收式冷机:2500RT×7燃气锅炉:35T×3燃气锅炉:15T×1NAS电池:1,000KW×1太阳能发电:2,000KW地源热泵能源结构柴油（2）融合系统能量管理系统DCS/PLCDDC设备EneSCOPEBEMS控制器自动控制系统设施能源管理系统最佳操作指导系统能源站航站楼可选项可选项传感、执行器环境/能耗信息发布系统AEMS机场能源管理系统某机场能源优化管理系统的功能设备台帐管理设备维护管理备品备件管理设备更换管理空调设备照明设备动力设备表计系统楼宇自控系统能耗监测系统设施管理系统机场能耗公示系统（3）融合系统运行能耗停车场4,023,163Kwh空调冷水51,458GJ空调热水20,539GJ生活热水6,237GJ（4）融合系统评价指标（5）融合系统的节能率3、苏州协鑫工研院“六位一体”项目案例1）“六位一体”微能源网结构综合利用天然气热电冷联产、太阳能、风能、低位热能、LED、储能六种能源形成分布式能源微电网系统，通过多种能源之间的有机结合和相互转换，最经济、高效、可靠、环保地提供用户的能源供应方式，，如电能、采暖、制冷、生活热水、蒸汽等2）“六位一体”微能网能源控制调度策略能源使用调度遵循“安全有限、低碳优先、效率优先、经济优先、需求优先”的五大原则，实现能源安全、清洁、高效、低碳利用，全面提升能源品质3）项目投资投资范围包含各系统所需的辅助设备如冷却塔、水泵、高低压变配电系统、自动控制系统等投资包含工程建设费用4）协鑫工研院能源清洁能源容量占比5）协鑫工研院“六位一体”微能源网技术亮点6）协鑫工研院“六位一体”微能源网推广意义因地制宜，创新机制。本项目在可再生能源贫乏的城市电网实施，选择多种新能源功能的微电网方式，提供能源消耗清洁指数高，电价承受能力强的工业园区、建筑物实施，有积极推广意义；多能互补，自成一体。通过智能调度管理，优先低碳调度，以光伏、风力优先，多余能源进行储存，需求侧相应，降负荷削峰；能效调度，以热定电；探索微电网的抗扰动性能力研究，为示范推广积累经验。技术先进，经济合理。采用多种分布式新能源供能，智能调度，符合政策对新能源扶持。典型示范、易于推广。项目为实施结合了风电、光电、天然气分布式供能及储能，采用模块化典型性设计，作为探索新能源微电网应用推广项目研究。4、微电网实现了天然气分布式能源和和可再生能源融合系统效益的最大化，从以上两案例结果可知：微电网具有以下作用（1）太阳能光伏减少了天然气发电成本（2）可再生能源接入方便，灵活，增加了可再生能源的发电量（3）提高了系统发电供电的质量（4）储存只是对微电网内部能量差值进行调节，减少了储能设备用地和投资（5）将可再生能源与负荷的不稳定性因素消耗在微电网内，减少对上一级微电网的冲击（6）当上一级电网发生故障时，子网可以利用储能和可再生能源为负荷提供电力（7）微电网接收并响应上一级电网的能量调度，并能起到对上一级电网支撑作用。（8）实现可再生能源利用效益的最大化（9）实现天然气分布式能源利用效益的最大化。四、天然气分布或能源和可再生能源融合系统是互联网+智慧能源的先行者1、互联网智慧能源的定义和作用（1）定义：互联网是能源生产、传输、存储、消费以及与能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具备设备智能，多能协同，信息对称，供需分散，系统扁平，交易开放等主要特征。（2）作用：能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效益，推动能源市场开放和产业升级，形成新的增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。2、互联网+天然气分布式能源和可再生能源融合系统（1）互联网+天然气分布式能源和可再生能源融合系统①互联网+融合系统风电光电技术光热技术蓄能技术多能互补—智能电网热泵技术燃料电池燃气分布式②互联网的构成从上幅图中我们可以看出：互联网的功能和结构与人类大脑相似。物联网对应了天然气分布式能源的在线监测和后评估的数据，包括余热供电量、供热量、供冷量；包括用户端的用热量、用冷量和用电量；包括用户端的室内外温度、湿度、粉尘浓度等；还包括了设备系统的运行参数。云计算是互联网的核心硬件层与核心软件层的集合，也是互联网的中枢神经系统萌芽。大数据代表了互联网的信息层（数据海洋），是互联网智慧和意识产生的基础。包括物联网、传统互联网、移动互联网在源源不断地向互联网大数据层汇集数据和接收数据。③互联网+天然气分布式能源融合系统的作用有利于推动天然气及可再生能源智能化生产，鼓励用户侧建设冷热电三联供，热泵等综合能源利用基础设施提高融合系统综合利用水平。（2）互联网+天然气分布式和融合系统的发展趋势以分布式多联供技术为核心，结合可再生能源构建区域“小型化区域能源网络”，形成多能互补的互联网与智能冷热气网相融合；区域型能源系统的优势在于可以引进高效热电机组，实现燃气、电、热、冷的最优匹配，提高能源利用率；实现建筑物之间、企业之间的连接和能源共享，有效融入太阳能发电、太阳热利用、生物质发电、地热利用等，从而有效减低二氧化碳排放。3、天燃分布式能源和可再生能源融合系统是互联网+智慧能源建设的先行者（1）互联网+智慧能源建设的三个步骤第一步：对现有电网的改造，以适应分布式能源的投入第二步：接入现有分布式能源，实现对推广前的初步探索，包括在输配、交易，效率等领域的提升第三步：全面推广，大量推广分布式能源并接入电网，实现互联网+智慧能源（2）大数据应用和微网调配是互联网+智慧能源的支撑，分布式能源拥有分散化、体量大的特征，能为互联网提供足够大的电力消费，供给输配等一系列数据，满足了互联网信息样本的要求（3）实现用户终端电力的互联互通是互联网+智慧能源与传统集中配送的不同，以分布式能源站为基础，能够实现局部整合和统一供需的格局。谢谢！