卢强院士讲解智能微能源网

1、智能微能源网Smart micro-energy grid, SMEG第一部分 微电网与智能微电网1.1 微电网（Microgrid, MG） 定义： 在一个最高电压等级小于在一个最高电压等级小于3535千伏（一般为千伏（一般为1010千伏）千伏）的区域内，由一种或多种新能源发电站和的区域内，由一种或多种新能源发电站和相应的储能相应的储能设备以及本设备以及本区用户相联接而成的电网。该电网所发之电能应以本区自用为主区用户相联接而成的电网。该电网所发之电能应以本区自用为主，其多余和不足之部分与，其多余和不足之部分与外部配外部配网双向互通。这样的电网称为微网双向互通。这样的电网称为微电网，以电网，以

2、MGMG记之。记之。储能电池储能电池光光伏电站伏电站小水电站小水电站风电站风电站逆变器逆变器逆变器逆变器自用自用AC负荷负荷10kvAC总母线总母线配电网配电网MG示意图自用自用DC负荷负荷自用自用DC负荷负荷第一部分 微电网与智能微电网微电网的几大特征1）有一定容量的储能单元。2）严格实现CO2及其它污染物的零排放。3）所发出的清洁能源以区内自用为主；不足或多余之电量 可与外部配电网（一般为35千伏）互调节。4）总装机容量一般小于双位数兆瓦级。第一部分 微电网与智能微电网1.2 智能微电网（SMG） 定义： 在微电网中可在微电网中可实现清洁能源发电实现清洁能源发电、储电、自用电与、储电、自用

3、电与外接配电网交互电能的自动优化外接配电网交互电能的自动优化控制；其控制；其优化控制以用电效率最优化控制以用电效率最高和年平均停电时间极小为高和年平均停电时间极小为指标；其指标；其控制过程与状态变化具有可控制过程与状态变化具有可视化功能，以视化功能，以SMGSMG记之。记之。储能设备光伏电站小水电站风电站逆变器自用AC负荷AC母线逆变器自用DC负荷SCADA趋优化控制中心SMG示意图配电网配电网第一部分 微电网与智能微电网智能微电网的几大特征1）具有微网的所有特征，特别是零碳排放的特征。2）自动实现自动实现发电、储电、自用电以及与外部配电网交互 电量的趋优化趋优化控制控制。3）微电网内部的保护

4、系统实现优化配置，其优化指标为 设备安全和全微电网年平均停电时间极小。4）控制系统能实现微网与外部配电网“并网”与“离网” 的干扰极小化。第一部分 微电网与智能微电网1.3 智能微网群（The group of microgrids）配电网配电网10千伏2.1 压缩空气储能（CAES）原理电能输入压缩机储气装置透平膨胀机发电机压缩热（供暖）低温空气（制冷）输出电能高温高压常温高压低温中压高温中压常温常压压缩热交换加热低温常压膨胀节流阀第二部分 新储能技术及其工业化问题储气罐压缩机空气透平发电机回热系统减速器监控平台（2楼）设计参数储气压力10 MPa储罐体积50 m32充气时间5.5 h发电功

5、率500 kW发电时间1h2.2 压缩空气储能（CAES）物理试验系统第二部分 新储能技术及其工业化问题2.3 压缩空气储能系统全景第二部分 新储能技术及其工业化问题2.4 压缩空气储能系统视频介绍第二部分 新储能技术及其工业化问题2.5 压缩空气储能（CAES）的储能密度第二部分 新储能技术及其工业化问题进气温度进气温度气压气压储能密度储能密度d40010Mpa23kWh/m3储能密度表直径直径D长度长度L可储电能可储电能4m170m5万度5m100m5万度即：2.6 与磷酸铁锂电池对比第二部分 新储能技术及其工业化问题投资概算表（10兆瓦，发电4小时）类型类型平均寿命平均寿命每度电投资每度

6、电投资40年内更新次数年内更新次数全寿命周期总投资全寿命周期总投资锂电池8年5000元510亿CAES40年4500元11.8亿注：CAES运行维护费 远小于锂电池运维费；废旧锂电池的后处理成本较高，我国尚未建厂。2.7 天然的冷-热-电三联供系统：“co-generation”第二部分 新储能技术及其工业化问题性能概算表（10兆瓦，发电4小时）日发电量日发电量40 MWh供热水量供热水量120，1,200吨吨供暖面积供暖面积100,000 m2供暖户数供暖户数约约1,200 户户供冷面积供冷面积22,000m2每年节约标煤每年节约标煤4,000吨吨减排二氧化碳减排二氧化碳8,000吨吨 空气

7、压缩过程产生的空气压缩过程产生的压缩热压缩热，可可产生产生1,200吨吨120的热水和的热水和20万万m3的的45的冷气。故该的冷气。故该CAES是一种天然的冷热是一种天然的冷热电三联供系统，综合利用电三联供系统，综合利用效率是目前储能系统中最效率是目前储能系统中最高的。高的。既然是冷既然是冷-热热-电三联供的电三联供的系统，那就不仅是微系统，那就不仅是微电电网网而是微而是微能源能源网。网。第三部分 结论3.1 给出了“微电网”的定义。微网以至少是一种新能源或一种可再生能源（如小水电站）与一种储能单元所组成的，所发电能以自用为主的，盈缺电能可与外部配电网互调的一种低电压电网。第三部分 结论3.

8、2 给出了“智能微网”的定义。所谓智能微电网是一种具有多目标自趋优能力的微电网。其优化目标至少有两类： 第一类属经济范畴，即高效率，充分利用能源，使损耗达最低值； 第二类属安全类，安全性的高低是以用户年平均停电时间来度量的（应有标准，现尚无）。第三部分 结论3.3 中国学派，今天在此正式提出“智能微网群”的新概念，并认为这是我国“智能微网”的发展方向；若按此理念建设，定会使中国智能微网的发展领先于世。 此处应强调的是智能微网群将m个智能微网加以整合，其内部实现优化潮流（OPF）对外部有n个出线与配电网联接，其n应显著小于m，即nm。第三部分 结论3.4 3.4 重要的是提出了重要的是提出了CA

9、ESCAES的储能方式以取代磷酸铁锂电池。的储能方式以取代磷酸铁锂电池。3.4-1 锂电池不仅单位电度投资高于CAES，且二者寿命比为 8年:40年；应指出锂电池的8年寿命为“理想”值，即每天深度充放电一次，且对其储存空间的温度、湿度参数要求很高，几乎应恒温恒湿，这样的要求对于东北如鞍山等城市需付出很高的额外代价。 CAES运行寿命至少为40年，故二者全寿命周期投资之比为 10:1.8，锂电池比CAES低5.6倍。 还应强调指出：锂电池的后处理投资较大，约为新电池的25%30%。第三部分 结论3.4-2 CAES是天然的电热冷三联供系统。这正是西方各国所热追的称为“co-generation”

10、的节能方式。 CAES在储、发4万度电的情态下，能够供应1,200吨120的热水和温度为45的20万m3的冷气。 供暖所用热量可覆盖1200户；至于45的冷风正好是夏季蔬菜和水果保鲜所需求的资源。 这种电热冷三联供的储能系统被证明是最节能的储能系统。第三部分 结论3.4-3 零排放 CAES无燃烧，故CO2排放绝对为零；“空气进,空气出”。像这种绝对零排放，电热冷三联供的系统是国网公司和清华大学的专利技术，是世界上目前独有的。第三部分 结论3.4-4 其可行性已被科学试验所证实。 如上各位所见，在安徽省芜湖市国家级高新科技开发区，以院士工作站为依托，完成了一个“麻雀虽小”的500kW的CAES

11、系统，运行一年证明符合设计要求。今年七月份验收。其中国网公司副总和科技部主任亲临现场“督导”，给出很高评价称：“为世界所独有”，“符合验收要求”。第三部分 结论3.4-5 在鞍山市的推广应用的设想。 以建设鞍山市智能微网群为目标。 首先建一个10兆瓦，可发电45兆瓦时的CAES，作为一个光伏智能小区的示范项目。 然后可提高至20兆瓦，并带动其他城镇智能小区的建设。 需要国家政策的支持，主要是合理的电价政策。第三部分 结论3.4-6 设备国产化率与提供就业岗位 设备国产化率100% 建立1/4智能鞍山市，约可提供50万个就业岗位。 至少冬季供暖和夏季空调及蔬果保鲜供冷用，共减少标煤4,000吨；CO2减排约7,500吨。第三部分 结论3.5 3.5 对建设鞍山市智能微能源网群的建议对建设鞍山市智能微能源网群的建议第第1 1步，步，清查本市配电网和用电网的现况；特别查明那些全年几乎处于空载运行状态的线路和变压器。查明后绘制一张鞍山市2015年配网图，标明上述几乎空载运行的设备，新增线路及设备应按此改造现有配网；第第2 2步，步，给出2020年和2050年鞍山市智能微能源网群的规划，亦即智能鞍山市的规划蓝皮书；第第3 3步，步，按调研结果