【深度报告】综合能源系统关键技术和应用探讨

丝甲由一.综合能源介绍二.综合能源如何做三.关键技术介绍四.实施建议电冷热水汽第电冷热水汽第智慧集成智慧集成传统龄源◆横向“电、热、冷、气、水、氢‘多品质能源供应◆纵向“源+网+荷+储+用”环节互相优化◆互联形成高效、清洁、低碳、安全特征的能源互1、可再生能源最大什t2、提高能源综合利用双丰。充电桩充电桩储电凶租层地热固态生物质电负荷电负荷风电光伏风电光伏储电电热锅电热锅炉热泵热泵冷负荷热负荷冷负荷热负荷氢负荷汽负荷气负荷热网热网地热储热地热储热太阳能供热电解制甲烷燃气锅炉生物质热电联产天然气管网天然气管网储气中心安至区场环境同结集成技术数字牢生巨维技术感知层热大屏展示PC第热榴宇同区网络层云平台无线专网平台数据层鼎应用功能供能端监管用能演监管互补分析负荷测网解调控智能监盘及预警能量利用率分析……用能现控设备全涛命周期管理电能文易碳文易热文易热文易饺易方向一大型能源基地(多能互补)风能、太阳能、水电、煤电、核能、天然气互相融合联合输出，以电能为主的能源基地。智慧火电、智慧风电智慧光伏、智慧储能能源互补实现不同类型能量之间的能量互补、深度融合网源友好提供满足电能质量、容许各种不同发电形式接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行多能源聚合，形成稳定、可控的“虚拟电厂”。实现能源、人员、设备、资源：4、综合能源系统应用场景方向二面向终端用户(源网荷储用)面向终端用户电、热、冷、汽、氢等多种用能需求，因地制宜、统筹开发、传统能源和新能源互补利用，优化布局建设一体化集成供能基础设施，通过分布式可再生能源和能源智能微网等方式，实现多能协同供应和能源综合梯级利用。场景多样，如智慧城镇型、产业园区型(工业园区、港口、高铁站、岛屿、社区等)、集群楼宇型(学校、医院、综合商业、场站等)。1面向需求以满足终端用户的能源需求为目标，宜电则电、面向需求以满足终端用户的能源需求为目标，宜电则电、需热供热、宜汽则汽，宜氢则氢、从需求出发不单单是供给侧的建设和改造，在储能侧、负技术方结合区域资源，开实现不同类型能量之间实现不同类型能量之间的能量互补、深度融合满足目标供给侧火电等常规能源+可再生能源可再生能源+市电为辅因可再生能源较多，能源品种也较多，因此储能种类较多，容量适中。需求侧电、汽、热、氢(体量大、参数少)冷、热、电(体量较小、参数多)工业用能，基本以电能为主居民、商业组团多种用能为主发电分布式新能源风电、光伏、地热合提供。机场、大型展馆、商业综合体、医院、大学城、工业园区等，能源法制法规逐步完善。电力市场及能源市场相关法制法规尚不完善，基本是示范项目。2、政策尚不明确，如补贴。1、综合能源系统进行整体规划设计，无统一标准，也无评判原则。2、各种能源目前简单组合，尚无法达到深度耦合的层面。3、综合性的智慧能源管控云平台未大规模深层次展开。4、多能管理协调控制技术亟待重大突破，处于浅层的负荷互补。5、需要初投资低、能量密度高、循环寿命长的新型储能产品。1、供能多元化，也带来初次设备、管理成本上升，较传统能源供应成本增加。2、政府层面要求降低能源价格，降低民生用能成本，企业控制成本，提高经济的活力和竞争力。可再生低碳能源价格相对固定，增加的环保成本并没有传导给终端消费者。3、项目从立项和规划阶段，经济性矛盾突出，未能从产、输、用全产业投资成本无法收回。汇报内容汇报内容一.综合能源介绍二.综合能源如何做二.综合能源如何做三.关键技术介绍以电源侧综合能源基地为例，如风光(火)储氢能源基地，结合区域实际资源，总体是以电能稳定输出为主，多元能源需求应结合实际需求，通过提升新能源消纳途径，以收益最大化为目标，结合能源供应条件(距离、容量),需热产热、需汽输汽、需氢制氢，合理搭配相应储能方式，开展综合能源发展模式，实现多源收益。供热规划规划供汽规划规划多能互补需要用整体的眼光规划，利于多能互补系统的构建，在此基础上构建的区1、整体规划以电源侧综合能源基地为例。综合能源系统整体规划综合预测(供能、用能)综合预测(供能、用能)整体平衡系统优化单项预测规划办法单项平衡规划办法单项优化源供应热力系统氢能系统煤炭风能燃煤机组光伏电热电热汽氢冷能源使用用户商业用户余热垃圾1、综合能源系统涉及到区域内的各种能源，涉及能源从生产、转化、传输到使用的全过程，明确系统边界。2、利用能源的特性，相互补充，同时利用负荷的品位要求，3、资源和能源需求因地制宜。互补型运行方式规划划多能流互补型运行方式规划划规划预测规划预测分析负荷曲线分析积累边界条件分析负荷曲线分析积累边界条件系统配置方案要素分析地条地条汇报内容汇报内容一.综合能源介绍二.综合能源如何做三.关键技术介绍三.关键技术介绍多需求综合能源系统涉及到源、网、储、荷、用全过程，不同的能源站有不同的特点，不同负荷多能流由多种能流系统组成，各种能量品质不一样，不同能流系统耦合在一起。传统单能流系统多能互补系统具有显著不同的动态过程，体现在不同的时间尺度上。电力系统的惯性最小(毫秒级),调节速度最快；热力系统惯性最大(小时级),响应慢。多技术2、核心技术-多尺度协调互补技术以风光水大型能源基地为例，研究风电、光伏和水电的多尺度协调互补应用方法，探索相应的风光水能源优化配置方案，实现最大程度提升新能源综合利用效率，加强发电企业盈利能力。提取随机变量进行拉丁超立方抽样，完成风电、光伏发电中长期出力模拟；>基于小波分解的ARIMA算法进行水电站径流预测，完成水电中长期出力模拟；完成风光水多能源系统的可靠性和经济性评估；提出全场景可行性算法，完成风光水多能源系统中长期优化调度；2、核心技术-多尺度协调互补技术(a)历史风速(b)仿真风速历史风速与仿真风速对比时间/h指指覆具度/wm时间/h时间/h光伏中长期出力模拟结柔2、核心技术-多尺度协调互补技术二预测方法平均绝对误差均方根误差平均绝对百分误差ARIMA算法小波ARIMA算法开始开始输入4×8760×N维度的场景集合生成风光水的故障状态时序对风电和光伏出力序列进行故障状态修正根据水电调度策略逐时段求解水电出力水电逐时段调度中进行故障状态的出力修正获得各电源出力时间序列计算评价指标风光水多能互补系统序贯列序号性列序号性40T6m241mm06551m4T19实例号A2284I72D2K90%o42、核心技术-多尺度协调互补技术全场景可行调度模型目标函数中长期调度问题短期预调度问题短期预调度问题构造中长期预调度问题可行解长期经济分配问题短期经济分配问题短期经济分配问题构造中长期经济分配问题可行解基于并行周期分裂算法的中长期协同调度算法框架图SH5(,sGS(m,m3ATGhfmfKsaspu.p2并行周期分裂算法示意图安全范围安全范围t构建可行解的依据示意图2、核心技术-多尺度协调互补技术风光优先消纳目标函数经济性最优目标函数Obj=sum(P_wind**price_windon+P_2、核心技术-多尺度协调互补技术3、核心问题-储能技术超级电容储热熔盐储热钱格液流电池纳离子电池燃料电池各类储能技术能量密度比较储能功率储能功率3、核心问题-储能技术包含火(水)电等大型调峰发电从基地自身资源禀赋具备盐穴压缩空气储能实施条件和矿井、废旧坑道以及具备深井建设条件具备大型燃煤火电机组具备燃气发电机组具备退役火力发电厂从电网要求方面出发储能时长在4h以下储能时长在4h以上3、核心问题-储能技术峰谷套利/辅助服务成本电价△321△+8△出△△米△口x△0年利用小时数铅酸疏o液流十程离子有充电成本的情况下，短时间储能技术中锂离子电池具有一定的优势，如果有抽水蓄能的实施场景下，采用抽水蓄能经济性更优。1200MW,2h,成本电价：0元/kWh可再生能源弃电回收xxx0米米x△1年利用小时数在0元充电的弃电回收场景下，肌件储能叶门小T水如果具备实施条件，依然推荐能、抽水蓄能及压缩空气储能寺新坐储能投不。3、核心问题-储能技术2年利用小时数响因素。0.3元/kWh的成本下，60%储能效率的熔盐储能技术具有更优的经济效益。可再生能源弃电回收风电420MW,光伏2020MW,火电1000MW→弃电率8.23%,储能需求488MW×4h—风电电原火电负荷弃风弃光(调峰)装机不足(顶峰)0财务指标收益来源参与辅助服务投资总金额(亿元)单位收益(元/kWh)年均净利润(亿元/年)电费单价(元/kWh)财务内部收益率利用小时数(h)投资回收期(年)一可再生能源总弃电调峰基本解决火电机组调节弃电大幅下降汇报内容汇报内容一.综合能源介绍二.综合能源如何做三.关键技术介绍四.实施建议四.实施建议1、综合能源涉及的领域众多，需要长期跟踪项目需求和必要性。a)政策组负责跟踪研究国家、省市及区域政策。与电网等公司谈判磋商涉网、容量储b)用户接洽组负责评估服务用户的用能种类及强度，跟踪确认服务用户的负荷，可开c)商业模式组负责了解服务用户的用能特点，制定具有针对性的服务和商务模式。d)资源与规划组负责开发区域资源信息，根据用户需求和负荷，开展系统初步规划。3、盈利能力是工程的重要指标，根据项目性质(如科研、示范、商业),明确突出目标，进行技经评估时需要客观评价和突出重点。4、综合能源工程包含能源项目较多，负荷多变，方案优化。因此规划及可研设计宜分开进行，可整体规划，分项目逐步实施，使得项目有先有后，总体有序从电能储存上来看，主要是基于限电因素，结合电能储存技术，加大新能源消纳，在此基础上同时利用峰谷差价，厂用电-上网电价差，实现套利。目前电价差在0.6-0.7元以上可以盈利，这一方面主流是用磷酸铁锂电池，不参与调频，安全性较好，可采用低倍率如0.5C电池，使用倍率越高，电池成本高。对于参与辅助服务市场，如调频等方面的工作，调频因为为短时大功率的充放电过程，若一次调频次数很多，可使用飞轮、超级电容、钛酸锂电池等配合的储能技术路线，都具有寿命长，功率相应好的特点。或者飞轮、超级电容+磷酸铁锂电池可作为调频的主力电源。目前，由于北京储能事故，磷酸铁锂电池在用户侧的应用应注意安全设计和使用要求，同时，高频次使用下的电池寿命不佳问题要积极关注。天然气如果有供能侧为热源，采用储热如水储热(100度以储热如水储热(100度以内),相变储热如水合无机盐(110度以内),石蜡(170度以内),熔融盐(150-650度)。建议以实高温度储热，热损牛主用用储电+电取热地热供热地热碱性电解制氢技术最为成熟、成本最低，便于操作，但是耗能大，效率较低(60-75%)。在标准状态下，碱性电解中，电耗约为4.5-5.5kWh/Nm³。对的特点，效率达到70-80%,