区域能源系统优化配置

区域能源规划第九讲区域能源系统的优化和配置（三）区域能源系统优化配置的三大导向和思路分布式能源热电联产系统能源总线系统多能源互补系统能源互联网系统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。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白天在有光照的情况下，电池板在阳光的照射下发生光电转换，产生电量，提供给负载工作的能量，同时将多余的能量储存到蓄电池中。在没有阳光照射而且没有风力的情况下，则蓄电池中的电量释放出来供给负载工作。在夜晚，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，同时将多余的能量储存到蓄电池中。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，同时将多余的能量储存到蓄电池中。实现了无缝隙供电概率较小风光互补发电系统的结构简图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。光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，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。该系统的优点是供电可靠性高。运行维护成本低，但是系统造价高。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。(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风光互补发电系统的应用

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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：（2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负载也达到阴极。在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为：（3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为：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。清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机等大型设备、没有SOx、NOx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）、

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

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。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。家用燃料电池的应用以热定电以热定电，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。5.能源互联网系统智能电网技术微网技术

能源互联网智能电网是以物理电网为基础将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网1硬件基础：电网和建立在集成的、高速双向通信网络。2软件基础：智能的控制技术，是指诊断电网状态，防止供电中断，改善电能质量扰动的装置和算法。智能电网的定义（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