【深度報(bào)告】綜合能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用探討

絲甲由一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹四.實(shí)施建議電冷熱水汽第電冷熱水汽第智慧集成智慧集成傳統(tǒng)齡源◆橫向“電、熱、冷、氣、水、氫‘多品質(zhì)能源供應(yīng)◆縱向“源+網(wǎng)+荷+儲(chǔ)+用”環(huán)節(jié)互相優(yōu)化◆互聯(lián)形成高效、清潔、低碳、安全特征的能源互1、可再生能源最大什t2、提高能源綜合利用雙豐。充電樁充電樁儲(chǔ)電兇租層地?zé)峁虘B(tài)生物質(zhì)電負(fù)荷電負(fù)荷風(fēng)電光伏風(fēng)電光伏儲(chǔ)電電熱鍋電熱鍋爐熱泵熱泵冷負(fù)荷熱負(fù)荷冷負(fù)荷熱負(fù)荷氫負(fù)荷汽負(fù)荷氣負(fù)荷熱網(wǎng)熱網(wǎng)地?zé)醿?chǔ)熱地?zé)醿?chǔ)熱太陽(yáng)能供熱電解制甲烷燃?xì)忮仩t生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)天然氣管網(wǎng)天然氣管網(wǎng)儲(chǔ)氣中心安至區(qū)場(chǎng)環(huán)境同結(jié)集成技術(shù)數(shù)字牢生巨維技術(shù)感知層熱大屏展示PC第熱榴宇同區(qū)網(wǎng)絡(luò)層云平臺(tái)無(wú)線專網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)層鼎應(yīng)用功能供能端監(jiān)管用能演監(jiān)管互補(bǔ)分析負(fù)荷測(cè)網(wǎng)解調(diào)控智能監(jiān)盤及預(yù)警能量利用率分析……用能現(xiàn)控設(shè)備全濤命周期管理電能文易碳文易熱文易熱文易餃易方向一大型能源基地(多能互補(bǔ))風(fēng)能、太陽(yáng)能、水電、煤電、核能、天然氣互相融合聯(lián)合輸出，以電能為主的能源基地。智慧火電、智慧風(fēng)電智慧光伏、智慧儲(chǔ)能能源互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)不同類型能量之間的能量互補(bǔ)、深度融合網(wǎng)源友好提供滿足電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行多能源聚合，形成穩(wěn)定、可控的“虛擬電廠”。實(shí)現(xiàn)能源、人員、設(shè)備、資源：4、綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景方向二面向終端用戶(源網(wǎng)荷儲(chǔ)用)面向終端用戶電、熱、冷、汽、氫等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開(kāi)發(fā)、傳統(tǒng)能源和新能源互補(bǔ)利用，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用。場(chǎng)景多樣，如智慧城鎮(zhèn)型、產(chǎn)業(yè)園區(qū)型(工業(yè)園區(qū)、港口、高鐵站、島嶼、社區(qū)等)、集群樓宇型(學(xué)校、醫(yī)院、綜合商業(yè)、場(chǎng)站等)。1面向需求以滿足終端用戶的能源需求為目標(biāo)，宜電則電、面向需求以滿足終端用戶的能源需求為目標(biāo)，宜電則電、需熱供熱、宜汽則汽，宜氫則氫、從需求出發(fā)不單單是供給側(cè)的建設(shè)和改造，在儲(chǔ)能側(cè)、負(fù)技術(shù)方結(jié)合區(qū)域資源，開(kāi)實(shí)現(xiàn)不同類型能量之間實(shí)現(xiàn)不同類型能量之間的能量互補(bǔ)、深度融合滿足目標(biāo)供給側(cè)火電等常規(guī)能源+可再生能源可再生能源+市電為輔因可再生能源較多，能源品種也較多，因此儲(chǔ)能種類較多，容量適中。需求側(cè)電、汽、熱、氫(體量大、參數(shù)少)冷、熱、電(體量較小、參數(shù)多)工業(yè)用能，基本以電能為主居民、商業(yè)組團(tuán)多種用能為主發(fā)電分布式新能源風(fēng)電、光伏、地?zé)岷咸峁C(jī)場(chǎng)、大型展館、商業(yè)綜合體、醫(yī)院、大學(xué)城、工業(yè)園區(qū)等，能源法制法規(guī)逐步完善。電力市場(chǎng)及能源市場(chǎng)相關(guān)法制法規(guī)尚不完善，基本是示范項(xiàng)目。2、政策尚不明確，如補(bǔ)貼。1、綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也無(wú)評(píng)判原則。2、各種能源目前簡(jiǎn)單組合，尚無(wú)法達(dá)到深度耦合的層面。3、綜合性的智慧能源管控云平臺(tái)未大規(guī)模深層次展開(kāi)。4、多能管理協(xié)調(diào)控制技術(shù)亟待重大突破，處于淺層的負(fù)荷互補(bǔ)。5、需要初投資低、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的新型儲(chǔ)能產(chǎn)品。1、供能多元化，也帶來(lái)初次設(shè)備、管理成本上升，較傳統(tǒng)能源供應(yīng)成本增加。2、政府層面要求降低能源價(jià)格，降低民生用能成本，企業(yè)控制成本，提高經(jīng)濟(jì)的活力和競(jìng)爭(zhēng)力?？稍偕吞寄茉磧r(jià)格相對(duì)固定，增加的環(huán)保成本并沒(méi)有傳導(dǎo)給終端消費(fèi)者。3、項(xiàng)目從立項(xiàng)和規(guī)劃階段，經(jīng)濟(jì)性矛盾突出，未能從產(chǎn)、輸、用全產(chǎn)業(yè)投資成本無(wú)法收回。匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹以電源側(cè)綜合能源基地為例，如風(fēng)光(火)儲(chǔ)氫能源基地，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H資源，總體是以電能穩(wěn)定輸出為主，多元能源需求應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求，通過(guò)提升新能源消納途徑，以收益最大化為目標(biāo)，結(jié)合能源供應(yīng)條件(距離、容量),需熱產(chǎn)熱、需汽輸汽、需氫制氫，合理搭配相應(yīng)儲(chǔ)能方式，開(kāi)展綜合能源發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)多源收益。供熱規(guī)劃規(guī)劃供汽規(guī)劃規(guī)劃多能互補(bǔ)需要用整體的眼光規(guī)劃，利于多能互補(bǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的區(qū)1、整體規(guī)劃以電源側(cè)綜合能源基地為例。綜合能源系統(tǒng)整體規(guī)劃綜合預(yù)測(cè)(供能、用能)綜合預(yù)測(cè)(供能、用能)整體平衡系統(tǒng)優(yōu)化單項(xiàng)預(yù)測(cè)規(guī)劃辦法單項(xiàng)平衡規(guī)劃辦法單項(xiàng)優(yōu)化源供應(yīng)熱力系統(tǒng)氫能系統(tǒng)煤炭風(fēng)能燃煤機(jī)組光伏電熱電熱汽氫冷能源使用用戶商業(yè)用戶余熱垃圾1、綜合能源系統(tǒng)涉及到區(qū)域內(nèi)的各種能源，涉及能源從生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、傳輸?shù)绞褂玫娜^(guò)程，明確系統(tǒng)邊界。2、利用能源的特性，相互補(bǔ)充，同時(shí)利用負(fù)荷的品位要求，3、資源和能源需求因地制宜?；パa(bǔ)型運(yùn)行方式規(guī)劃劃多能流互補(bǔ)型運(yùn)行方式規(guī)劃劃規(guī)劃預(yù)測(cè)規(guī)劃預(yù)測(cè)分析負(fù)荷曲線分析積累邊界條件分析負(fù)荷曲線分析積累邊界條件系統(tǒng)配置方案要素分析地條地條匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹三.關(guān)鍵技術(shù)介紹多需求綜合能源系統(tǒng)涉及到源、網(wǎng)、儲(chǔ)、荷、用全過(guò)程，不同的能源站有不同的特點(diǎn)，不同負(fù)荷多能流由多種能流系統(tǒng)組成，各種能量品質(zhì)不一樣，不同能流系統(tǒng)耦合在一起。傳統(tǒng)單能流系統(tǒng)多能互補(bǔ)系統(tǒng)具有顯著不同的動(dòng)態(tài)過(guò)程，體現(xiàn)在不同的時(shí)間尺度上。電力系統(tǒng)的慣性最小(毫秒級(jí)),調(diào)節(jié)速度最快；熱力系統(tǒng)慣性最大(小時(shí)級(jí)),響應(yīng)慢。多技術(shù)2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)以風(fēng)光水大型能源基地為例，研究風(fēng)電、光伏和水電的多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)應(yīng)用方法，探索相應(yīng)的風(fēng)光水能源優(yōu)化配置方案，實(shí)現(xiàn)最大程度提升新能源綜合利用效率，加強(qiáng)發(fā)電企業(yè)盈利能力。提取隨機(jī)變量進(jìn)行拉丁超立方抽樣，完成風(fēng)電、光伏發(fā)電中長(zhǎng)期出力模擬；>基于小波分解的ARIMA算法進(jìn)行水電站徑流預(yù)測(cè)，完成水電中長(zhǎng)期出力模擬；完成風(fēng)光水多能源系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估；提出全場(chǎng)景可行性算法，完成風(fēng)光水多能源系統(tǒng)中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度；2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)(a)歷史風(fēng)速(b)仿真風(fēng)速歷史風(fēng)速與仿真風(fēng)速對(duì)比時(shí)間/h指指覆具度/wm時(shí)間/h時(shí)間/h光伏中長(zhǎng)期出力模擬結(jié)柔2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)二預(yù)測(cè)方法平均絕對(duì)誤差均方根誤差平均絕對(duì)百分誤差A(yù)RIMA算法小波ARIMA算法開(kāi)始開(kāi)始輸入4×8760×N維度的場(chǎng)景集合生成風(fēng)光水的故障狀態(tài)時(shí)序?qū)︼L(fēng)電和光伏出力序列進(jìn)行故障狀態(tài)修正根據(jù)水電調(diào)度策略逐時(shí)段求解水電出力水電逐時(shí)段調(diào)度中進(jìn)行故障狀態(tài)的出力修正獲得各電源出力時(shí)間序列計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)光水多能互補(bǔ)系統(tǒng)序貫列序號(hào)性列序號(hào)性40T6m241mm06551m4T19實(shí)例號(hào)A2284I72D2K90%o42、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)全場(chǎng)景可行調(diào)度模型目標(biāo)函數(shù)中長(zhǎng)期調(diào)度問(wèn)題短期預(yù)調(diào)度問(wèn)題短期預(yù)調(diào)度問(wèn)題構(gòu)造中長(zhǎng)期預(yù)調(diào)度問(wèn)題可行解長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題短期經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題短期經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題構(gòu)造中長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題可行解基于并行周期分裂算法的中長(zhǎng)期協(xié)同調(diào)度算法框架圖SH5(,sGS(m,m3ATGhfmfKsaspu.p2并行周期分裂算法示意圖安全范圍安全范圍t構(gòu)建可行解的依據(jù)示意圖2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)風(fēng)光優(yōu)先消納目標(biāo)函數(shù)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)Obj=sum(P_wind**price_windon+P_2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補(bǔ)技術(shù)3、核心問(wèn)題-儲(chǔ)能技術(shù)超級(jí)電容儲(chǔ)熱熔鹽儲(chǔ)熱錢格液流電池納離子電池燃料電池各類儲(chǔ)能技術(shù)能量密度比較儲(chǔ)能功率儲(chǔ)能功率3、核心問(wèn)題-儲(chǔ)能技術(shù)包含火(水)電等大型調(diào)峰發(fā)電從基地自身資源稟賦具備鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能實(shí)施條件和礦井、廢舊坑道以及具備深井建設(shè)條件具備大型燃煤火電機(jī)組具備燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組具備退役火力發(fā)電廠從電網(wǎng)要求方面出發(fā)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在4h以下儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在4h以上3、核心問(wèn)題-儲(chǔ)能技術(shù)峰谷套利/輔助服務(wù)成本電價(jià)△321△+8△出△△米△口x△0年利用小時(shí)數(shù)鉛酸疏o液流十程離子有充電成本的情況下，短時(shí)間儲(chǔ)能技術(shù)中鋰離子電池具有一定的優(yōu)勢(shì)，如果有抽水蓄能的實(shí)施場(chǎng)景下，采用抽水蓄能經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。1200MW,2h,成本電價(jià)：0元/kWh可再生能源棄電回收xxx0米米x△1年利用小時(shí)數(shù)在0元充電的棄電回收?qǐng)鼍跋?，肌件?chǔ)能葉門小T水如果具備實(shí)施條件，依然推薦能、抽水蓄能及壓縮空氣儲(chǔ)能寺新坐儲(chǔ)能投不。3、核心問(wèn)題-儲(chǔ)能技術(shù)2年利用小時(shí)數(shù)響因素。0.3元/kWh的成本下，60%儲(chǔ)能效率的熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)具有更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益?？稍偕茉礂夒娀厥诊L(fēng)電420MW,光伏2020MW,火電1000MW→棄電率8.23%,儲(chǔ)能需求488MW×4h—風(fēng)電電原火電負(fù)荷棄風(fēng)棄光(調(diào)峰)裝機(jī)不足(頂峰)0財(cái)務(wù)指標(biāo)收益來(lái)源參與輔助服務(wù)投資總金額(億元)單位收益(元/kWh)年均凈利潤(rùn)(億元/年)電費(fèi)單價(jià)(元/kWh)財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率利用小時(shí)數(shù)(h)投資回收期(年)一可再生能源總棄電調(diào)峰基本解決火電機(jī)組調(diào)節(jié)棄電大幅下降匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹四.實(shí)施建議四.實(shí)施建議1、綜合能源涉及的領(lǐng)域眾多，需要長(zhǎng)期跟蹤項(xiàng)目需求和必要性。a)政策組負(fù)責(zé)跟蹤研究國(guó)家、省市及區(qū)域政策。與電網(wǎng)等公司談判磋商涉網(wǎng)、容量?jī)?chǔ)b)用戶接洽組負(fù)責(zé)評(píng)估服務(wù)用戶的用能種類及強(qiáng)度，跟蹤確認(rèn)服務(wù)用戶的負(fù)荷，可開(kāi)c)商業(yè)模式組負(fù)責(zé)了解服務(wù)用戶的用能特點(diǎn)，制定具有針對(duì)性的服務(wù)和商務(wù)模式。d)資源與規(guī)劃組負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)區(qū)域資源信息，根據(jù)用戶需求和負(fù)荷，開(kāi)展系統(tǒng)初步規(guī)劃。3、盈利能力是工程的重要指標(biāo)，根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)(如科研、示范、商業(yè)),明確突出目標(biāo)，進(jìn)行技經(jīng)評(píng)估時(shí)需要客觀評(píng)價(jià)和突出重點(diǎn)。4、綜合能源工程包含能源項(xiàng)目較多，負(fù)荷多變，方案優(yōu)化。因此規(guī)劃及可研設(shè)計(jì)宜分開(kāi)進(jìn)行，可整體規(guī)劃，分項(xiàng)目逐步實(shí)施，使得項(xiàng)目有先有后，總體有序從電能儲(chǔ)存上來(lái)看，主要是基于限電因素，結(jié)合電能儲(chǔ)存技術(shù)，加大新能源消納，在此基礎(chǔ)上同時(shí)利用峰谷差價(jià)，廠用電-上網(wǎng)電價(jià)差，實(shí)現(xiàn)套利。目前電價(jià)差在0.6-0.7元以上可以盈利，這一方面主流是用磷酸鐵鋰電池，不參與調(diào)頻，安全性較好，可采用低倍率如0.5C電池，使用倍率越高，電池成本高。對(duì)于參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，如調(diào)頻等方面的工作，調(diào)頻因?yàn)闉槎虝r(shí)大功率的充放電過(guò)程，若一次調(diào)頻次數(shù)很多，可使用飛輪、超級(jí)電容、鈦酸鋰電池等配合的儲(chǔ)能技術(shù)路線，都具有壽命長(zhǎng)，功率相應(yīng)好的特點(diǎn)?；蛘唢w輪、超級(jí)電容+磷酸鐵鋰電池可作為調(diào)頻的主力電源。目前，由于北京儲(chǔ)能事故，磷酸鐵鋰電池在用戶側(cè)的應(yīng)用應(yīng)注意安全設(shè)計(jì)和使用要求，同時(shí)，高頻次使用下的電池壽命不佳問(wèn)題要積極關(guān)注。天然氣如果有供能側(cè)為熱源，采用儲(chǔ)熱如水儲(chǔ)熱(100度以儲(chǔ)熱如水儲(chǔ)熱(100度以內(nèi)),相變儲(chǔ)熱如水合無(wú)機(jī)鹽(110度以內(nèi)),石蠟(170度以內(nèi)),熔融鹽(150-650度)。建議以實(shí)高溫度儲(chǔ)熱，熱損牛主用用儲(chǔ)電+電取熱地?zé)峁岬責(zé)釅A性電解制氫技術(shù)最為成熟、成本最低，便于操作，但是耗能大，效率較低(60-75%)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，堿性電解中，電耗約為4.5-5.5kWh/Nm3。對(duì)的特點(diǎn)，效率達(dá)到70-80%,