基于壓縮空氣儲能的微能源網(wǎng)

基于壓縮空氣儲能微能電網(wǎng)

內(nèi)容提要創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)核心技術(shù)：壓縮空氣儲能3工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)4展望2/

36

小水電站風(fēng)電站MG示意圖光伏電站逆變器自用DC負(fù)荷儲能設(shè)備逆變器自用AC負(fù)荷10kvAC總母線配電網(wǎng)自用DC負(fù)荷一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)1.1

微電網(wǎng)（Microgrid,MG）微電網(wǎng)：在一個區(qū)域內(nèi)，由至少一種清潔能源發(fā)電單元和一種蓄能單元所組成的，其所發(fā)電能為該區(qū)域自用為主的發(fā)供電系統(tǒng)。

3/

36有一定容量的儲能單元嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)CO2及其它污染物的零排放所發(fā)出的清潔能源以區(qū)內(nèi)自用為主；不足或多余之電量可與外部配電網(wǎng)（一般為35千伏）互調(diào)節(jié)總裝機(jī)容量一般小于雙位數(shù)兆瓦級微電網(wǎng)的四大特征一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)

4/

36儲能設(shè)備光伏電站小水電站風(fēng)電站逆變器自用AC負(fù)荷AC母線逆變器自用DC負(fù)荷SCADA趨優(yōu)化控制中心SMG示意圖配電網(wǎng)1.2

智能微電網(wǎng)（SMG）智能微電網(wǎng)：一個在運(yùn)營過程中具有多指標(biāo)(安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保)自趨優(yōu)能力的微電網(wǎng)。一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)

5/

36具有微網(wǎng)的所有特征，特別是零碳排放的特征自動實(shí)現(xiàn)發(fā)電、儲電、自用電以及與外部配電網(wǎng)交互電量的趨優(yōu)化控制微電網(wǎng)內(nèi)部的保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，其優(yōu)化指標(biāo)為設(shè)備安全和全微電網(wǎng)年平均停電時間極小控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)與外部配電網(wǎng)“并網(wǎng)”與“離網(wǎng)”的干擾極小化5）自用電比例高智能微電網(wǎng)的五大特征一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)

6/

36一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)1.3

多指標(biāo)自趨優(yōu)的實(shí)現(xiàn)途徑——工程博弈論決策問題 博弈格局 特點(diǎn)實(shí)例多目標(biāo)優(yōu)化 多人靜態(tài)博弈自發(fā)形成均衡，避免主觀性微能源網(wǎng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度魯棒優(yōu)化零和博弈大自然作為虛擬決策者，完全競爭，安全微能源網(wǎng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度魯棒控制微分博弈微能源網(wǎng)分布式控制多層優(yōu)化主從博弈考慮參與者實(shí)施策略的權(quán)限和時序微能源網(wǎng)市場均衡分析決策者理性有限電網(wǎng)演化演化分析 演化博弈

NR-PSS

（盧院士）反饋Nash均衡三代電網(wǎng)

（周院士）演化穩(wěn)定均衡7/

36

微電網(wǎng)群：n個智能微電網(wǎng)由低于35千伏電壓等級線路聯(lián)接成的統(tǒng)一電網(wǎng)；若該微電網(wǎng)有m個端點(diǎn)與外部配電網(wǎng)聯(lián)接，應(yīng)遵循條件

m＜n。No.

1SMGNo.

??SMGNo.

nSMG配電網(wǎng)No.

1

出線10千伏 No.2SMG1.4

智能微能源網(wǎng)群8/

36一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)

一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)1.4

智能微能源網(wǎng)群微能源網(wǎng)：由微電網(wǎng)、區(qū)域熱網(wǎng)、區(qū)域供冷等組成的能源網(wǎng)絡(luò)，其關(guān)鍵元件為能量樞紐（Energy

Hub）。智能微能源網(wǎng)：在運(yùn)營過程中具有多指標(biāo)（安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保）自趨優(yōu)能力的微能源網(wǎng)。智能微能源網(wǎng)群：若干智能微能源網(wǎng)耦合的智能能源系統(tǒng)。電能天然氣熱能CHPHP(熱泵)G2P（氣轉(zhuǎn)電）區(qū)域供電區(qū)域供熱區(qū)域供冷Hub

i9/

36Hub

jHub

k供冷供冷熱、電熱、電DHN

區(qū)域熱網(wǎng)MG

微電網(wǎng)

網(wǎng)內(nèi)/間主從博弈網(wǎng)內(nèi)Nash博弈網(wǎng)間分布決策網(wǎng)內(nèi)單元自治能源樞紐風(fēng)光發(fā)電冷/熱聯(lián)供儲能裝置市場均衡網(wǎng)間協(xié)調(diào)網(wǎng)內(nèi)EMSN-S-N均衡自趨優(yōu)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保自愈self-healing彈性resilient一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)1.5

智能微能源網(wǎng)群的博弈模型及N-S-N均衡分布自治—集中協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度分布自治 集中協(xié)調(diào)

10/

36主從博弈關(guān)鍵技術(shù)能源樞紐電網(wǎng)熱網(wǎng)風(fēng)光發(fā)電燃?xì)廨啓C(jī)用戶協(xié)調(diào)信息微能源網(wǎng)合作/非合作博弈異構(gòu)調(diào)控集成：基于事件驅(qū)動、協(xié)同自律原則的弱耦合系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)多重博弈協(xié)調(diào)：實(shí)現(xiàn)不同時間尺度、空間分布、運(yùn)行機(jī)制的微能源網(wǎng)（群）博弈過程的協(xié)調(diào)一致一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)1.6

智能微能源網(wǎng)控制與調(diào)度的博弈構(gòu)架微能源網(wǎng)（群）調(diào)控中心最優(yōu)潮流11/

36

風(fēng)光出力

(w)儲能裝置調(diào)節(jié)(s)冷、熱、電綜合調(diào)度

(x)一

創(chuàng)新理念：微電網(wǎng)與智能微能源網(wǎng)12/

36智能微能源網(wǎng)控制與調(diào)度的博弈構(gòu)架多決策主體不確定系統(tǒng)的動態(tài)博弈建模將電/熱/冷作為決策主體進(jìn)行三人對策，求解最佳調(diào)度策略minmaxmin????,??,

???? ?? ??St.電網(wǎng)約束；熱網(wǎng)約束；冷網(wǎng)約束；能源樞紐接口

TICC-500

壓縮空氣儲能系統(tǒng)二

核心技術(shù)：壓縮空氣儲能國網(wǎng)重大科技專項壓縮空氣儲能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及工程實(shí)用方案研究項目負(fù)責(zé)人盧強(qiáng)承擔(dān)團(tuán)隊盧強(qiáng)院士團(tuán)隊、周孝信院士團(tuán)隊、周遠(yuǎn)院士團(tuán)隊合作單位上海電氣電站集團(tuán) 上海大隆機(jī)器廠上海電氣電站工程公司 江蘇太陽寶新能源有限公司上海鍋爐廠 中國南海工程有限公司上海電機(jī)廠 安徽欽華新能源有限公司蕪湖市高新開發(fā)區(qū)政府主要內(nèi)容1、500kW非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能動態(tài)模擬系統(tǒng)2、10MW大型壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)工程技術(shù)方案產(chǎn)、學(xué)、研、政結(jié)合的項目團(tuán)隊！TICC-500，Tsinghua-IPC-CEPRI-CAES

冷-熱-電三聯(lián)供，綜合效率高壓縮機(jī)儲氣裝置透平膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)非補(bǔ)燃壓縮熱回收高壓儲罐電能輸入壓縮熱（供暖）低溫空氣（制冷）輸出電能TICC-500壓縮空氣儲能系統(tǒng)非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能系統(tǒng)流程圖二

核心技術(shù)：壓縮空氣儲能

14/

36清潔Energy

HubTICC-500壓縮空氣儲能系統(tǒng)二

核心技術(shù)：壓縮空氣儲能壓縮機(jī)透平發(fā)電機(jī)儲氣環(huán)節(jié)蓄熱單元風(fēng)光水電光集熱器熱區(qū)域供冷區(qū)域供電區(qū)域供熱

15/

36500kW系統(tǒng)參數(shù)配置儲氣壓力10MPa儲罐體積100m3壓縮機(jī)級數(shù)5級充氣時間5.5h發(fā)電時間1h電-電效率40%能量綜合效率72%儲氣罐壓縮機(jī)空氣透平發(fā)電機(jī)監(jiān)控室儲熱系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)壓縮熱回收(Heat

Recovery)：綜合利用效率高非補(bǔ)燃(Without

Afterburning)：低碳效益顯著高效儲存(High-efficientContainers)：高能量密度TICC-500壓縮空氣儲能系統(tǒng)減速器二

核心技術(shù)：壓縮空氣儲能

16/

36TICC500

壓縮空氣儲能系統(tǒng)視頻展示二

核心技術(shù)：壓縮空氣儲能

17/

36三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)七大項目：50kW多功能光伏電站（校園消納）50kW光熱回收飛機(jī)碳纖維（光伏驅(qū)動）100kW壓縮空氣儲能（清潔儲能）高原熱氣流發(fā)電（太陽能發(fā)電與生態(tài)保持于一體）100kW光熱光伏復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)（新型全光譜發(fā)電）110kW圖書館微電網(wǎng)系統(tǒng)（建筑與光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合）微能源網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（多指標(biāo)自趨優(yōu)）

18/

3619/

36三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)50kW多功能光伏電站50kW光熱回收飛機(jī)碳纖維100kW壓縮空氣儲能高原熱氣流發(fā)電100kW熱電光伏復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)110kW圖書館微電網(wǎng)系統(tǒng)校園電、熱、冷負(fù)荷需求熱 冷網(wǎng) 網(wǎng)基于微能源網(wǎng)的理念，實(shí)現(xiàn)能量的綜合高效利用微能源網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)市政熱網(wǎng)

項目背景：光伏發(fā)電新材料、新技術(shù)蓬勃發(fā)展光伏發(fā)電效率對電站運(yùn)行效益至關(guān)重要各種光伏發(fā)電技術(shù)的評估和優(yōu)化需要測試平臺項目1：50kW多功能光伏電站三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

20/

36項目1：50kW多功能光伏電站六種光伏電池組件：單晶、多晶、雙面、碲化鎘、非晶、銅銦鎵硒三種逆變器：

微型逆變器、智能優(yōu)化器、組串式逆變器十種組合方式：組件、逆變器、支架分別組合）年發(fā)電量8萬度國內(nèi)首座組件類型齊全、測試功能完備的實(shí)驗電站服務(wù)于青海大學(xué)新能源光伏發(fā)電及材料專業(yè)的教學(xué)科研三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

21/

36項目2：50kW光熱處理飛機(jī)碳纖維（光伏驅(qū)動）項目背景：

到2025年全球?qū)⒂谐^8500架左右的民用飛機(jī)退役，我國客機(jī)2200多架，未來十年也將迎來飛機(jī)的退役高峰，對其回收處理勢在必行如何高效、環(huán)保的回收碳纖維成研究熱點(diǎn)

青海大學(xué)與波音公司聯(lián)合開展了光熱回收碳纖維材料的技術(shù)研究，以期實(shí)現(xiàn)碳纖維回收技術(shù)的新突破三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

22/

36青海大學(xué)首個國際合作項目（美國波音公司）世界上首個光熱回收飛機(jī)碳纖維系統(tǒng)三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)23/

36項目2：50kW光熱處理飛機(jī)碳纖維（光伏驅(qū)動）

青海大學(xué)首個國際合作項目（美國波音公司）世界上首個光熱回收飛機(jī)碳纖維系統(tǒng)定日鏡面積：125m2加熱功率：50kW加熱溫度：400-600℃高精度自動跟蹤控制兩步法光熱回收飛機(jī)碳纖維系統(tǒng)三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)項目2：50kW光熱處理飛機(jī)碳纖維（光伏驅(qū)動）

24/

36項目3：100kW壓縮空氣儲能項目背景：美歐等眾多高校校園光伏工程建設(shè)如火如荼，基本實(shí)現(xiàn)校園能源供應(yīng)系統(tǒng)自給自足國外校園光伏工程多數(shù)采用柴油發(fā)電機(jī)組或蓄電池做為應(yīng)急電源清華大學(xué)研發(fā)成功非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能發(fā)電技術(shù)，無需燃料補(bǔ)燃，零排放25/

36三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

電換電儲能效率可達(dá)50%以上空氣透平直聯(lián)高速發(fā)電機(jī)，通過先進(jìn)的電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓及精確快速響應(yīng)控制太陽能光熱復(fù)合的壓縮空氣儲能發(fā)電系統(tǒng)槽式太陽能聚光非補(bǔ)燃壓縮空氣儲能三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)項目3：100kW壓縮空氣儲能

26/

36項目4：高原太陽能熱氣流發(fā)電項目背景：太陽能熱氣流發(fā)電利用太陽能使集熱棚內(nèi)的空氣溫度升高，密度降低，與外界環(huán)境間形成氣壓差，通過煙囪引導(dǎo)棚內(nèi)空氣產(chǎn)生上升氣流，從而驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行過程中不產(chǎn)生任何污染適宜于沙漠、戈壁等環(huán)境利用其溫室效應(yīng)可改善局域環(huán)境27/

36三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

高原富光地區(qū)熱氣流發(fā)電技術(shù)特性研究集水土保持、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及熱氣流發(fā)電等多功能于一體的系統(tǒng)方案設(shè)計與優(yōu)化青海地區(qū)太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的可行性分析集熱棚直徑15米，煙囪高度15米通過在集熱棚內(nèi)布置蓄熱材料，延長發(fā)電時間，調(diào)節(jié)出力特性青海地貌適宜于發(fā)展熱氣流發(fā)電，同時熱氣流發(fā)電具有改善環(huán)境的功能三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)項目4：高原太陽能熱氣流發(fā)電國內(nèi)首個高原地區(qū)熱氣流發(fā)電系統(tǒng)

28/

36項目5：100kW光熱光伏復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

29/

36項目5：100kW光熱光伏復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)將太陽能熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行低成本集成復(fù)合，發(fā)展太陽能高效熱電－光電復(fù)合發(fā)電技術(shù)國內(nèi)首個全光譜復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，開辟了太陽能全光譜直接高效發(fā)電技術(shù)的新途徑，拓展了高效太陽能發(fā)電的新領(lǐng)域三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)共5套，每套設(shè)計發(fā)電功率20

kW，合計100

kW，總共占地面積約1000m2

30/

36項目6：110kW圖書館微電網(wǎng)系統(tǒng)項目背景：光伏建筑一體化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電的最有效形式，引領(lǐng)著分布式光伏發(fā)電、微電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電與建筑的結(jié)合，從而不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市，特別是西部偏遠(yuǎn)地區(qū)廣泛應(yīng)用的最佳方式三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)

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36項目6：110kW圖書館微電網(wǎng)系統(tǒng)青海省首個光伏建筑一體化創(chuàng)新研究平臺綠色能源技術(shù)美與現(xiàn)代建筑藝術(shù)美的協(xié)調(diào)三

工程實(shí)踐：青海大學(xué)微能源網(wǎng)采光頂屋頂光伏幕墻圍欄

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36項目7：微能源網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)項目目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)六大系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理和能量優(yōu)化調(diào)度基于微能源網(wǎng)的歷史/運(yùn)行數(shù)據(jù)，開展研究工作（仿真模型校驗、高