区域能源系统优化配置

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
• 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。
燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外 电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。
燃料电池的基本单元
燃料电池的工作原理（以氢氧磷酸型电池为例）
（1）氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列阳极反应：
H 2 2H 2e
（2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负
很少计及资产管理
电网的智能化同资产管理软件深度集 成
扰动发生时保护资产（保护跳闸） 防止断电，减少影响
对恐怖袭击和自然灾害脆弱
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
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”
• 风电系统是利用小型风力发电机，将风能转换成 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。
• 风电系统的优点是日发电量大、系统造价及运行 维护成本低。
• 缺点是常规水平轴风力发电机对风速的要求比较 苛刻。而且这个问题至今也一直没能有效地解决 。
风光互补的特点
• (1)风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的， 使成本大大降低．同时可以设计逆变系统具有自动稳压功 能，改善供电质量。
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%。
• (2)风光互补系统关键的控制部分要根据日照强度、风力大 小及负载的变化不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调 节。在发电量充足时把一部分电量供给负载，另一部分电 能则存入蓄电池组中；当发电量不足时。由蓄电池组提供 部分负载所需电能，从而保证了系统的稳定性与可靠性。
• (3)由于风光互补系统的供电稳定性和保证率高，可以设计 较低的光电阵列容量和蓄电池容量。使整个系统的成本下 降
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。
• 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 ，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
目前
将来
激励/包括电力用户 提供发电/储能
使市场化成为可能 满足电能质量需要
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 示了燃料电池所具有的广阔发展前景。
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）、
风光互补发电系统
利用太阳能和风能在时间和地域上都很强的互补 性，阳光最强时一般风很小；而在晚上没有阳光时， 由于温差比较大，空气的流动导致风的形成。 然而在晴天太阳比较充足而风会相对较少，在阴 雨天气的时候，阳光很弱但是阴雨天气会伴随着大 风，风资源相对较多。
所以根据风光的互补特性，使用风光互补系统可 以很好的解决无线通信系统的供电问题
• （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。
➢ 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
¼ ¼ 工业化 自动化 信息化 智能化
现代社会发展 的技术特征
• （ 1 ） 2001 年 , 美 国 电 力 科 学 研 究 院 （ EPRI ） 提 出 “Intelligrid”（智能电网）的概念，并于2003年提出《智能 电网研究框架》展开研究；美国能源部（DOE）随即发布 Grid2030 计划,通过采用先进的材料技术、超导技术、电力 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 的可靠性及电能质量。
➢ 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）
载也达到阴极。在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为：
2H
Байду номын сангаас
2e
1 2
O2
H 2O
（3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为：
2H 2 O2 2H 2O
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。
• 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 。
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。
优化 自愈 抵御攻击
电价不透明，缺少实时定价，选择 充分的电价信息，实时定价，有许多
很少
方案和电价可供选择
中央发电占优，少量分布式发电, 储能或可再生能源
大量“即插即用”的分布式电源补助 中央发电（节能、环保）
有限的趸售市场，未很好的集成 成熟、健壮、很好集成的趸售市场
关注停运，不关心电能质量
电能质量需保证，有各种各样的质量 /价格方案可供选择
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。
概率较小
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