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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-8-29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-8-29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-8-29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-8-29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-8-29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007-8-29,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,分布式发电与微电网DistributedGeneration&Microgrid,2007-9,0,4 How: Method and Techniques for DG & Microgrid Problem,分布式发电和微电网的研究思路与方法,3 What: Themes of DG & Microgrid RD&D,分布式发电和微电网的研究内容,5 Vision & Roadmap of DG & Microgrid,分布式发电和微电网的发展前景和技术路线图,1 Glossary & Basic Conception,术语和基本概念,2 Why: the Origin of DG & Microgrid,分布式发电和微电网的兴起,1,1 GLOSSARY & BASIC CONCEPTION,术语和基本概念,分布式发电,新能源发电,微电网,2,DG,的定义,国内：,分布式发电（,Distributed Generation,）,是指功率不大（一般几十,kW,到几十,MW,）、建设在负荷中心附近的、模块式采用先进信息控制技术的、清洁环保、经济、高效、可靠的自主智能发电形式。,国外：,DR (Distributed Resource)-,分布式电源,，非直接接入大输电系统的电源，包括发电机和储能,DG (Distributed Generation)-,分布式发电,，是分布式电源,DR,的一个子集,DG,（,Dispersed Generation) ,分散式发电,3,新能源发电,VS.,分布式发电,新能源发电分布式发电：概念和内容上有发展,DG,大多利用新的能源和新型发电技术；,利于环保；,电源容量小，电压等级低；,接近负荷中心，接入配电网；,电力生产者和消费者合一，功率双向流动；,运行方式灵活，可连接于配电网，也可不联网；,比集中发电更可靠；在一批小型发电机组成的系统中发生大的停电（,高负荷、风暴、地震、恐怖袭击、战争,）几率较小；,4,分布式发电技术分类,燃气轮机,(,Gas Turbine,，,Combustion Turbine Generators),微燃机,(Micro-turbine),内燃机,(,Gas Engine,，,Internal Combustion Reciprocating Engines and Generators),燃料电池,(Full cell),太阳能光伏电池,(Photo-voltaic panel,）,风能（,Wind Power),生物质能,(Biomass Energy),5,微电网的概念,双重,角色,发电 负荷 储能 保护,对于电力部门,对于用户,Model citizen,Good citizen,两个,特征,紧紧围绕全网的能量需求,个性化电能供给,单一可控的单元,同时向用户供给电和热,6,CERTS,的微电网示范网络结构,7,具有分布式发电的示范配电系统,8,2 WHY: THE ORIGIN OF DG & MICROGRID,分布式发电和微电网的兴起,（,1,）从电力工业的发展历史规律看,DG,兴起的必然性,（,2,）,DG,兴起的原因,（,3,）,DG,的发展现状,9,大机组、大电厂、大系统、高电压，资金密集，技术密集，高度信息化；复杂系统特性突出，石化能是主要一次能源,分散式，小容量发电机，低电压，小系统，交、直流输电,和谐、可持续发展成为发展目标，传统发电方式追求清洁高效，新发电方式应用高技术获得发电、环保、经济的综合效益,电力工业发展的历史,产生与兴起阶段,现代化工业阶段,可持续发展阶段,10,电力工业发展的轨迹,能源利用多样化，新发电方式层出不穷，朝着可持续能源利用方向发展；,小机组、小电厂、小系统,集中发电,大机组（高参数）、大电厂、高电压、大系统（互联）,分散的小发电系统、微型电网（联网或不联网）快速发展，成为现代电力系统的有力补充；,简单技术,先进技术,高技术,电力生产者和消费者的分离与结合；,电网由单一的供电网，单向输电,混合能源网，双向输电,11,电力工业走向何方？,大系统与小系统？,大机组、大电厂、大电网、大电流、高电压,独立电力系统、分布式发电、微型电力系统,集中与分散？,强大与脆弱系统？,美国,GRID2030,的电网蓝图,（,1,）,Electricity Backbone,（,2,）,Regional Interconnection,（,3,）,Local Distribution,（,4,）,Mini-Grids,（,5,）,Micro-Grids,12,2.2 DG,兴起的现实原因,（,1,）电力用户对供电可靠性的更高的要求,传统的电网不能提供超过”,3,个九或,4,个九”的供电可靠性，这种限制主要是电力系统不确定、不可控制的事件如天气和设计电网的成本。,家庭用户希望达到,99.9999%(“6,个九”,),的可靠性，也就是平均一年停电,30,秒,某些灵敏的电子设备，需要至少,99.9999999% %(“9,个九”,),的供电可靠性,分布式发电和传统的电网结合起来达到更高的可靠性是可能的,；,（,2,）新材料和新型的发电技术为分布式发电提供了技术上的支持；,（,3,）解决能源危机的一个途径；,（,4,）环保要求；,（,5,）电力市场要求进行分布式发电，打破垄断,13,DG,的优点,（,1,）,投资和风险：,分布式发电本身投资和风险都要很小；,（,2,）,安全与可靠性：,与电网配合，可以大大提高供电的可靠性，在电网崩溃或者发生意外灾害（战争、台风、地震、恐怖活动等）的情况下，继续维持重要用户的供电。,分布式发电可以满足特殊场合的需求，如在大型集会或庆典场合，安排处于热备用状态的移动分散式发电车，则可以大大提高供电可靠性。,（,3,）,环保,（,4,）,电力市场,：适应电力市场发展需要，多家办电，打破电力部门垄断,14,分布式发电优点（续）,（,5,）,经济：能源综合利用，提高能源利用效率（,60%-90%,）,。电、冷、热三联产，为能源的综合利用提供了可能，具有较高的能源利用率。,（,6,）由于分散式发电装置工作流程简单，参与运行的系统少，因而启动和停机快速，与电网配合使用时具有良好的调峰性能，且便于实现全自动控制。（,“即用即插式”，“友好发电方式”,）,（,7,）扶贫：,解决边远地区供电困难,相对于化石能源而言，可再生能源密度较低、分散性强，不太方便作为集中供电的能源，已开发的可用电量有限。,15,2005,年可再生能源容量（,GW,）,16,1995-2005,年可再生能源年投资量（,10,亿美元）,17,世界风电发展快速,18,1995-2005,年太阳能光伏电池容量（,MW,）,19,2005,年太阳能热水器,/,供热容量（总容量,=88GWth,）,20,3 WHAT: THEMES OF DG & MICROGRID RD&D,分布式发电和微电网的研究内容,（,1,）新能源发电方式,（,2,）,DG,接入系统与微电网,21,3.1,分布式发电技术,22,分布式发电装置,发电技术,能源种类,内燃机发电技术,石化能源,燃气轮机发电技术,微型燃气轮机发电技术,常规的燃油发电机发电技术,燃料电池发电技术,太阳能发电技术,可再生能源,风力发电技术,小水利发电技术,生物质发电技术,氢能发电技术,二次能源,垃圾发电技术,一般废弃物,地热发电技术,地球内部热核反应,23,主要分布式发电特性比较,功率范围,(kW),风力发电机,50-5000,微型燃气轮机,25-75,燃料电池,5-2000,太阳能电池,1-100,当前的安装费用,($/kW),1000-1500,1000-1500,3000-4000,1500-6500,发电费用,(,/kW),5.5-15,7.5-10,10-15,15-20,对环境的影响,无废气排放，有噪音，景观影响,有废气排放，但比常规发电机组污染轻,无污染,无污染,输出功率特点,不平稳，受风力影响,功率平稳，调节性好,功率平稳,不平稳，功率密度低,24,风力发电场,(wind power farm),25,风力发电的优点,风力发电在全世界获得快速发展，除了能源需求增加，环保压力加大外，重要的是风能本身所具有的独特点优点。,归纳起来风电具有下列优点：,（,1,）风能资源丰富。（,2,） 风能是可再生能源。,（,3,）清洁无污染。 （,4,）施工周期短。,（,5,）投资少，投资回收快。,（,6,）实际占地少，对场地要求低。,（,7,）运行管理简单。（,8,）风力发电技术比较成熟。,（,9,）风力发电具有经济性。,装一台风机相当于栽一棵摇钱树,仙人岛风电场总经理,26,风电的局限性,（,1,）,风能的能量密度小,。为了获得相同的发电容量，风力发电机的风轮尺寸比相应的水轮机大几十倍。如,3000kW,的风轮机直径已达,100m.,。风力发电单机极限约为,10MW,，对电力系统而言，风力发电机组只能是小机组。,（,2,）,风能的大小不稳定,。一般风机的起动风速为,3 m/s,，停机风速为,25 m/s,，即,325 m/s,为有效风力区。为得到稳定的出力，调节控制十分困难。,（,3,）,至今，风能不能大量储存,。小型风电机可配置蓄电池，大型风电机必须和大电网并网运行。,（,4,）,风轮机的效率较低,，风轮机实际效率只有理论最大效率的,50%,。风电机组风能利用率约为,40%,。,（,5,）,有一定的噪声（机械的和电磁的），,不宜安装在居民区。,（,6,）,接入电网时，对电网有不利的影响,。,27,风机结构与风电基本原理,风力发电基本原理,1,Oil cooler,2,Water cooler for generator,3,High voltage transformer,4,Ultrasonic wind sensors,5,VMP-Top controller with converter,6,Service crane,7,OptiSpeed generator,8,Composite disc coupling,9,Yaw gears,10,Gearbox,11,Mechanical disc brake,12,Machine foundation,13,Blade bearing,14,Blade hub,15,Blade,16,Pitch cylinder,17,Hub controller,Vestas 3.0MW,风机结构示意图,28,风力发电系统主要类型,（,1,）恒速恒频风力发电机系统 （,3,）双馈感应发电机系统,（,2,）风轮机直接驱动的同步发电机系统,29,风力发电的关键技术,大功率风轮机（,MW,）制造技术,最大功率跟踪控制技术,并网技术（电压、频率、电能质量、,保护、可靠性）,风电场价值分析,风电的预测和调度,30,太阳光发电系统,光伏电池（,Photo Voltage Cell,）,光伏电池是利用某些半导体物质在太阳光的照射条件下，在,p,型和,n,型晶结两端产生电动势，将光能,直接转化,成电能的装置。,31,太阳能光伏发电的优点,太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大,6000,倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为,100mile100mile,的巨型光伏电站，所发电力可以满足全美国的用电需要,.,太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击,.,太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，因而避免了输电线路等电能损失,.,太阳能不用燃料，运行成本很小,.,太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单,.,太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源,.,32,世界主要国家,PV,的发展趋势,无锡尚德光伏电池生产世界前,10,名，在纽约上市,33,太阳能光伏发电关键技术,高效光伏电池制造,最大功率跟踪技术,并网技术,风,/,光,/,柴,/,水互补技术,34,燃料电池,(Fuel Cell-FC,）,燃料电池是一种将化学能转化成电能的新型能源生产方式，它利用氢和氧两种元素相互作用产生电流。,氧气可以直接从空气中提取，氢气要从酒精、汽油、天然气或其它炭氢化合物中提取。,35,FC,电极反应,负极： （碱性电解液）,（酸性电解液）,正极： （碱性电解液）,（酸性电解液）,电池反应,：,36,FC,特点,燃料电池能量转换效率高（实际效率,58%,以上），无污染、无噪声，无震动，安全可靠,燃料电池最大的优点是：,输出功率平稳可靠，跟随负荷变化能力强,（,1,秒内跟随,50%,的负荷变化）。,燃料电池的安装费用高。每千瓦,3000,4000,美元。,容量范围,2-250MW,或更大,MW,级；模块化的，搭积木，满足大容量负荷需要,37,燃料电池系统与其应用,燃料电池系统,应用,（,1,）便携式动力装置,(portable power),：包括笔记本电脑、移动电话,(,手机,),、助听器、真空吸尘器,（,2,）小汽车与公共汽车,：可使用甲醇来产生氢气；,形成无数个,“汽车发电站”，发出目前全球,10,倍的发电量,；,（,3,）大型发电装置,(1arge power generation),：,新型的燃料电池发电系统，除发出电力外，还可利用燃料电池中产生的热和水，去驱动蒸汽轮机，产生更多的电力。作医院和和工场的后备电源。,（,4,）家用发电装置,(home electricity),：使用天然气或丙烷,(propane),的燃料电池系统已在芝加哥的家庭中进行试用。生产电和热能，可用来加热水和取暖。,（,5,）填埋废水处理,(landfill,wastewater treatment),：利用燃料电池把废水或垃圾所产生的甲烷气,(methane gas,，即沼气,),转化成电能。,38,燃料电池系统关键技术,电介质材料和电极材料的性能和制备,大功率电池堆集成（汇流技术）,降低成本,$4000/kW,降至,$400/kW,（,燃料电池系统是美国经济繁荣和国家安全的,27,个关键技术领域之一,）,39,微型燃气轮机发电（,small gas fired micro-turbines),转速,96000/min,；,燃料：天然气、甲,烷、汽油、柴油；,工作温度,5000C,；,发电效率,30%,，热,电联产效率达,75%,40,微型燃气轮机发电（续）,功率范围在,25kW,75kW,的小型发电机组,使用天然气、丙烷等多种燃料为一次能源,热、电并用系统,输出功率平稳，,成本远低于燃料电池,由于微型燃气轮机的技术特征是：发电容量小，占地面积少，能够为用户供热,适合于企业、医院、学校与家庭分散使用。,41,微燃气轮机发电（续）,微型燃气轮机有废气排出，对环境有一定的影响,(,城市“热岛”,),。,技术关键包括：,高速轴承、高温部件与加工材料等方面的进展。,42,微燃气轮机发电系统结构,43,日本,TAKUMA,公司微透平热电联产,44,冷、热、电联产系统,45,3.2,分布式发电,（,DG,）,对电力（配电）系统的影响,常规配电系统,现代配电系统是设计成从,大系统,（大供电变压器）接受电能和向用户配电的；,有功和无功功率,从高电压等级流向低电压,等级；,46,3.2,分布式发电,（,DG,）,对电力（配电）系统的影响（续）,具有分布式发电的配电系统,CHP,：热电联产；,PV,：光伏电池；,WP,：风电；,从配电网看，,P,、,Q,流向都是变化的；,从分布式发电侧看，是电源，是负荷（“负的负荷）；,DG,与配电网的连接和运行调度问题,47,3.2,分布式发电,（,DG,）,对电力（配电）系统的影响（续）,具体应考虑：技术方面影响与经济方面影响，,正面影响与负面影响。,分布式发电引入将使配电系统发生根本性变化,从辐射网络变为遍布电源和用户互联的网络，配电系统的,控制和管理,将变得更加复杂,规划到运行,发生彻底改变，如无功补偿、电压控制, 配电网自动化和需求侧（负荷）管理系统（,DSM,）的内容发生大的变化。,分布式发电将对电力市场的走向和最后格局产生深远的影响。,电力公司和用户之间形成新型的关系，用户可以从电力公司买电，也可以用自己拥有的分布式电源向电力公司卖电或为电力公司有偿提供削峰填谷、以与功率支持等服务；,分布式发电为其他行业进入电力市场打开了方便之门，如天然气公司等。整个电力市场参与者大大增加，利益关系更加复杂，竞争更加激烈。,48,DG,对电力（配电）系统的影响（续,）,正面影响,分布式发电可以大大,提高用户供电的,可靠性,；,减少配电网投资,，因为分布式发电装置直接装在用户侧，这样可以大大减少输配电设备的投资，并且还可以,减少输送电的损耗,，降低成本，对于用户来说，电价也会相对便宜,.,新建集中式发电厂和远距离输电线的需求将减少或推迟。,新增负荷相当大的部分将由分布式发电来满足，集中电力系统负荷减少。,分布式发电的削峰填谷、平衡负荷的作用，使,现有发电输电设备的备用减少，利用率提高。,分布式发电装置的灵活投切可以,帮助电压和频率的调整,，提高系统的稳定性,49,DG,对电力系统的影响（续）,负面影响,分布式发电的随机性、不稳定性、电力电子变换器引入、,DG,在负荷侧或在网络边缘处,分布式发电并网过程,对电网的冲击,；,对,电网频率,的影响；,对,电网电压,的影响；,对,电网稳定性,的影响；,对电网,继电保护,装置的影响；,对,电能质量,的影响；,对,电力定价,的影响（,？,）,分布式发电需要大电力系统提供辅助服务,50,电能质量问题的起源,分布式发电与公用电网在电能质量方面相互影响,图,(a),：由输电和配电网络引起的影响，如风电场接入点的,电压下陷,（即电压低到,0.1,0.9p.u.,，持续分钟周期）通常是输电配电网络故障引起的。因为低电压，发电机的负荷减少，风机会过速；电压低，风机无功需求增加，导到电压进一步降低。,图,(b),：风电场对配电网络的扰动因而引起电能质量的降低。如风电场可能产生或吸收无功功率，引起电网,电压波动,。风电场采用软起动和经换流装置与系统联网时将引起,谐波,。,51,4 HOW: METHOD AND TECHNIQUES FOR DG & MICROGRID PROBLEM,分布式发电和微电网的研究思路与方法,52,几个观点,电力需求已经成为现代社会的基本需求,电力工业为社会大众所关注，而非仅仅电力从业人员,电力工业的发展与社会能源综合利用是结合在一起考虑的,和谐、可持续发展是社会的共识,石化能是有限可用的，必须发展新的替代能源,石化能现阶段是主要发电能源，其替代过程是漫长而曲折的,新能源,/,可再生能源发电和传统发电方式是互补与竞争的关系,（,何处互补，何处竞争？,）,53,DG,对供电企业的价值与电力企业对,DG,的态度,对付负荷增长的办法之一（,现在,）,对付负荷增长的办法（,通常、过去,）：负荷增加，增建发输配电设备和系统,DG,研究和应用的推动力来自何方？,54,研究技术,传统电力技术：发电技术、输电技术,非传统电技术：智能化控制技术、,IT,行业技术的应用,非技术的技术：观念和意识的培养,55,5 VISION & ROADMAP OF DG & MICROGRID,分布式发电和微电网的发展前景和技术路线图,（,1,）解读,可再生能源中长期发展规划,（,2,）解读,国家中长期科学和技术发展规划纲要,(2006,2020,年,),（,3,）机遇与挑战,56,可再生能源中长期发展规划,（,2007,年,8,月）,发展目标,到,2010,年使可再生能源消费量达到能源消费总量的,10%,，到,2020,年达到,15%,按循环经济模式推行有机废弃物的能源化利用，,基本消除,有机废弃物造成的环境污染,到,2010,年，基本实现以国内制造设备为主的装备能力。到,2020,年，形成以自有知识产权为主的国内可再生能源装备能力,57,国家中长期科学和技术发展规划纲要,(2006,2020,年,),未来,15,年的目标,3.,节能技术,和,清洁能源技术,取得重大突破,，,促进能源结构优化,，,主要产品单位能耗指标达到或接近世界先进水平。,4.,在,重点行业和典型城市,建立,循环经济的技术发展模式,，,为建设资源节约和环境友好型社会提供科技支持,10,项国家战略需求,3.,能源可持续发展中的关键问题,五大战略重点,1.,把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置，下决心解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题,58,能源技术重大攻关,可再生能源产业化与规模化利用技术,；,兆瓦级风力发电机组产业化关键技术示范,；,蒸发冷却关键技术研发；,以煤气化为基础的多联产示范工程；,大规模高效煤气化与高温煤气净化技术；,高温,F,T,合成关键技术；,重型燃气轮机创新工程；,微型燃气轮机关键技术,；,高效节能技术；,生物质液体燃料关键技术的研究与示范,；,核技术产业化应用；,动力煤优质化技术与示范；,高效清洁工业燃煤锅炉技术与示范；,煤层气高效开发利用技术；,西部可再生能源开发应用技术。,59,能源技术,“,863,”,计划,近海实验风电场,；,太阳能热发电与系统,；,中国实验快堆（,CEFR,）；,氢能综合利用与示范；,燃料电池发电系统,；,洁净煤；,可再生能源,；,先进核能与核燃料循环；,氢能与燃料电池；,分布式供能,；,先进电力与电网安全保障。,60,机遇,能源总趋势,中国资源可开采年限：煤,20502070,年；石油,20112016,年；天然气,20242054,年；水力,20342100,年,1995,年,2002,年间，全球太阳能发电和风力发电年增长率分别达,30.9%,和,30.7%,，而煤电、水电、核电的年增长速度不到,1%,，石油发电和天然气发电只有,2%,左右。,就能源、电力而言，,21,世纪将是可再生能源的世纪,。,61,我国未来电力装机构成分析,发电类别,2020,2050,GW,%,GW,%,煤电,569,59.2,600,28.6,天然气发电,60,6.3,180,8.6,核电,36,3.8,300,14.3,水电,250,23.6,320,15.2,其中小水电,80,8.4,100,4.8,风电,20,2.1,300,14.3,生物质发电,20,2.1,200,9.5,太阳光电,1,0.1,200,9.5,其它再生能源发电,20.9,0.9,总计,951,100,2120,100,2005,年,1.266GW,2GW,0.07GW,62,机遇和挑战,中国分布式能源资源丰富,“三北”,(,西北、华北北部和东北,),风能、太阳能都很丰富,中国处于城镇化建设阶段,可以对分布式发电作很好的规划,分布式发电、可再生能源技术开发能力和产业体系薄弱,广阔天地，大有作为,63,需要我们解决的技术难题,高效、低成本地解决不连续、不稳定、低密度、随时间季节以与气候变化的可再生能源的,聚集,与,转化,问题；,并网的分布式发电，如何减少系统对自然条件的依赖性，提高分布式发电系统的,稳定性、可靠性,；,分布式电源,供电质量与其控制,问题；,分布式发电系统,保护方案,；,独立电力系统的稳定性分析方法,64,DG,相关的研究题目,含分布式发电的,配电网络设计和运行；,含分布式发电的电力,系统可靠性评价,；,分布式发电的,经济分析,；,不同分布式发电系统联合运行；（,轻型直流输电？,）,分布式发电中电力变换器设计与其控制和运行（风电、光伏、微燃气轮机）,风电、太阳能转换最大化（风速、太阳光跟踪控制）,各种分布式发电设备制造技术,分布式发电中的,储能,问题,65,分布式发电中的,储能,问题,寻找新的能量载体，研制高密度、低成本、长寿命、无污染的储能系统,分布式发电需要储能系统,可能的储能系统,蓄电池,超导磁能,超级电容器,，储能是普通电容器的,20-1000,倍,飞轮储能,压缩空气储能,热储能,抽水蓄能,66,关注分布式发电，参与分布式发电和微电网的研究和开发工作！,谢 谢 大 家 ！,67,
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