基于压缩空气储能的微能源网

基于压缩空气储能微能电网

内容提要创新理念：微电网与智能微能源网核心技术：压缩空气储能3工程实践：青海大学微能源网4展望2/

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小水电站风电站MG示意图光伏电站逆变器自用DC负荷储能设备逆变器自用AC负荷10kvAC总母线配电网自用DC负荷一

创新理念：微电网与智能微能源网1.1

微电网（Microgrid,MG）微电网：在一个区域内，由至少一种清洁能源发电单元和一种蓄能单元所组成的，其所发电能为该区域自用为主的发供电系统。

3/

36有一定容量的储能单元严格实现CO2及其它污染物的零排放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）互调节总装机容量一般小于双位数兆瓦级微电网的四大特征一

创新理念：微电网与智能微能源网

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36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1.2

智能微电网（SMG）智能微电网：一个在运营过程中具有多指标(安全、经济、环保)自趋优能力的微电网。一

创新理念：微电网与智能微能源网

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36具有微网的所有特征，特别是零碳排放的特征自动实现发电、储电、自用电以及与外部配电网交互电量的趋优化控制微电网内部的保护系统实现优化配置，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5）自用电比例高智能微电网的五大特征一

创新理念：微电网与智能微能源网

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36一

创新理念：微电网与智能微能源网1.3

多指标自趋优的实现途径——工程博弈论决策问题 博弈格局 特点实例多目标优化 多人静态博弈自发形成均衡，避免主观性微能源网低碳经济调度鲁棒优化零和博弈大自然作为虚拟决策者，完全竞争，安全微能源网鲁棒经济调度鲁棒控制微分博弈微能源网分布式控制多层优化主从博弈考虑参与者实施策略的权限和时序微能源网市场均衡分析决策者理性有限电网演化演化分析 演化博弈

NR-PSS

（卢院士）反馈Nash均衡三代电网

（周院士）演化稳定均衡7/

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微电网群：n个智能微电网由低于35千伏电压等级线路联接成的统一电网；若该微电网有m个端点与外部配电网联接，应遵循条件

m＜n。No.

1SMGNo.

𝑖SMGNo.

nSMG配电网No.

1

出线10千伏 No.2SMG1.4

智能微能源网群8/

36一

创新理念：微电网与智能微能源网

一

创新理念：微电网与智能微能源网1.4

智能微能源网群微能源网：由微电网、区域热网、区域供冷等组成的能源网络，其关键元件为能量枢纽（Energy

Hub）。智能微能源网：在运营过程中具有多指标（安全、经济、环保）自趋优能力的微能源网。智能微能源网群：若干智能微能源网耦合的智能能源系统。电能天然气热能CHPHP(热泵)G2P（气转电）区域供电区域供热区域供冷Hub

i9/

36Hub

jHub

k供冷供冷热、电热、电DHN

区域热网MG

微电网

网内/间主从博弈网内Nash博弈网间分布决策网内单元自治能源枢纽风光发电冷/热联供储能装置市场均衡网间协调网内EMSN-S-N均衡自趋优安全、经济、环保自愈self-healing弹性resilient一

创新理念：微电网与智能微能源网1.5

智能微能源网群的博弈模型及N-S-N均衡分布自治—集中协调优化调度分布自治 集中协调

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36主从博弈关键技术能源枢纽电网热网风光发电燃气轮机用户协调信息微能源网合作/非合作博弈异构调控集成：基于事件驱动、协同自律原则的弱耦合系统设计与实现多重博弈协调：实现不同时间尺度、空间分布、运行机制的微能源网（群）博弈过程的协调一致一

创新理念：微电网与智能微能源网1.6

智能微能源网控制与调度的博弈构架微能源网（群）调控中心最优潮流11/

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风光出力

(w)储能装置调节(s)冷、热、电综合调度

(x)一

创新理念：微电网与智能微能源网12/

36智能微能源网控制与调度的博弈构架多决策主体不确定系统的动态博弈建模将电/热/冷作为决策主体进行三人对策，求解最佳调度策略minmaxmin𝐽𝑥,𝑤,

𝑠𝑥 𝑤 𝑠St.电网约束；热网约束；冷网约束；能源枢纽接口

TICC-500

压缩空气储能系统二

核心技术：压缩空气储能国网重大科技专项压缩空气储能发电关键技术及工程实用方案研究项目负责人卢强承担团队卢强院士团队、周孝信院士团队、周远院士团队合作单位上海电气电站集团 上海大隆机器厂上海电气电站工程公司 江苏太阳宝新能源有限公司上海锅炉厂 中国南海工程有限公司上海电机厂 安徽钦华新能源有限公司芜湖市高新开发区政府主要内容1、500kW非补燃压缩空气储能动态模拟系统2、10MW大型压缩空气储能发电系统工程技术方案产、学、研、政结合的项目团队！TICC-500，Tsinghua-IPC-CEPRI-CAES

冷-热-电三联供，综合效率高压缩机储气装置透平膨胀机发电机回热系统非补燃压缩热回收高压储罐电能输入压缩热（供暖）低温空气（制冷）输出电能TICC-500压缩空气储能系统非补燃压缩空气储能系统流程图二

核心技术：压缩空气储能

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36清洁Energy

HubTICC-500压缩空气储能系统二

核心技术：压缩空气储能压缩机透平发电机储气环节蓄热单元风光水电光集热器热区域供冷区域供电区域供热

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36500kW系统参数配置储气压力10MPa储罐体积100m3压缩机级数5级充气时间5.5h发电时间1h电-电效率40%能量综合效率72%储气罐压缩机空气透平发电机监控室储热系统创新点压缩热回收(Heat

Recovery)：综合利用效率高非补燃(Without

Afterburning)：低碳效益显著高效储存(High-efficientContainers)：高能量密度TICC-500压缩空气储能系统减速器二

核心技术：压缩空气储能

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36TICC500

压缩空气储能系统视频展示二

核心技术：压缩空气储能

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36三

工程实践：青海大学微能源网七大项目：50kW多功能光伏电站（校园消纳）50kW光热回收飞机碳纤维（光伏驱动）100kW压缩空气储能（清洁储能）高原热气流发电（太阳能发电与生态保持于一体）100kW光热光伏复合发电系统（新型全光谱发电）110kW图书馆微电网系统（建筑与光伏发电技术相结合）微能源网综合监控系统（多指标自趋优）

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3619/

36三

工程实践：青海大学微能源网50kW多功能光伏电站50kW光热回收飞机碳纤维100kW压缩空气储能高原热气流发电100kW热电光伏复合发电系统110kW图书馆微电网系统校园电、热、冷负荷需求热 冷网 网基于微能源网的理念，实现能量的综合高效利用微能源网综合监控系统市政热网

项目背景：光伏发电新材料、新技术蓬勃发展光伏发电效率对电站运行效益至关重要各种光伏发电技术的评估和优化需要测试平台项目1：50kW多功能光伏电站三

工程实践：青海大学微能源网

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36项目1：50kW多功能光伏电站六种光伏电池组件：单晶、多晶、双面、碲化镉、非晶、铜铟镓硒三种逆变器：

微型逆变器、智能优化器、组串式逆变器十种组合方式：组件、逆变器、支架分别组合）年发电量8万度国内首座组件类型齐全、测试功能完备的实验电站服务于青海大学新能源光伏发电及材料专业的教学科研三

工程实践：青海大学微能源网

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36项目2：50kW光热处理飞机碳纤维（光伏驱动）项目背景：

到2025年全球将有超过8500架左右的民用飞机退役，我国客机2200多架，未来十年也将迎来飞机的退役高峰，对其回收处理势在必行如何高效、环保的回收碳纤维成研究热点

青海大学与波音公司联合开展了光热回收碳纤维材料的技术研究，以期实现碳纤维回收技术的新突破三

工程实践：青海大学微能源网

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36青海大学首个国际合作项目（美国波音公司）世界上首个光热回收飞机碳纤维系统三

工程实践：青海大学微能源网23/

36项目2：50kW光热处理飞机碳纤维（光伏驱动）

青海大学首个国际合作项目（美国波音公司）世界上首个光热回收飞机碳纤维系统定日镜面积：125m2加热功率：50kW加热温度：400-600℃高精度自动跟踪控制两步法光热回收飞机碳纤维系统三

工程实践：青海大学微能源网项目2：50kW光热处理飞机碳纤维（光伏驱动）

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36项目3：100kW压缩空气储能项目背景：美欧等众多高校校园光伏工程建设如火如荼，基本实现校园能源供应系统自给自足国外校园光伏工程多数采用柴油发电机组或蓄电池做为应急电源清华大学研发成功非补燃压缩空气储能发电技术，无需燃料补燃，零排放25/

36三

工程实践：青海大学微能源网

电换电储能效率可达50%以上空气透平直联高速发电机，通过先进的电力电子技术实现调频、调压及精确快速响应控制太阳能光热复合的压缩空气储能发电系统槽式太阳能聚光非补燃压缩空气储能三

工程实践：青海大学微能源网项目3：100kW压缩空气储能

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36项目4：高原太阳能热气流发电项目背景：太阳能热气流发电利用太阳能使集热棚内的空气温度升高，密度降低，与外界环境间形成气压差，通过烟囱引导棚内空气产生上升气流，从而驱动涡轮发电机发电运行过程中不产生任何污染适宜于沙漠、戈壁等环境利用其温室效应可改善局域环境27/

36三

工程实践：青海大学微能源网

高原富光地区热气流发电技术特性研究集水土保持、农业生产及热气流发电等多功能于一体的系统方案设计与优化青海地区太阳能热气流发电技术应用的可行性分析集热棚直径15米，烟囱高度15米通过在集热棚内布置蓄热材料，延长发电时间，调节出力特性青海地貌适宜于发展热气流发电，同时热气流发电具有改善环境的功能三

工程实践：青海大学微能源网项目4：高原太阳能热气流发电国内首个高原地区热气流发电系统

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36项目5：100kW光热光伏复合发电系统三

工程实践：青海大学微能源网

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36项目5：100kW光热光伏复合发电系统将太阳能热电转换技术和光电转换技术进行低成本集成复合，发展太阳能高效热电－光电复合发电技术国内首个全光谱复合发电系统，开辟了太阳能全光谱直接高效发电技术的新途径，拓展了高效太阳能发电的新领域三

工程实践：青海大学微能源网共5套，每套设计发电功率20

kW，合计100

kW，总共占地面积约1000m2

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36项目6：110kW图书馆微电网系统项目背景：光伏建筑一体化技术是实现分布式光伏发电的最有效形式，引领着分布式光伏发电、微电网的技术发展实现了光伏发电与建筑的结合，从而不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市，特别是西部偏远地区广泛应用的最佳方式三

工程实践：青海大学微能源网

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36项目6：110kW图书馆微电网系统青海省首个光伏建筑一体化创新研究平台绿色能源技术美与现代建筑艺术美的协调三

工程实践：青海大学微能源网采光顶屋顶光伏幕墙围栏

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36项目7：微能源网综合监控系统项目目标：实现六大系统远程集中监控、统一管理和能量优化调度基于微能源网的历史/运行数据，开展研究工作（仿真模型校验、高