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1、分布式供电技术专题战略研究报告二 九年月日 1 概述 2 十一五公司科技工作总结与评估 3 国内外研究现状分析 4 战略需求和技术发展趋势分析 5 发展思路和 十二五 期间的重点研究方向 6 中长期技术研究方向 7 技术发展路线图 8 保障措施 分布式供电技术发展的重要意义 分布式能源是小型的 模块化的 规模大致在kW至MW级 包括燃料电池 燃气内燃机 高性能燃气轮机和微燃机 热力驱动的制冷系统 风力发电装置 太阳能发电装置 可以满足不同用户的能量需求 包括连续的电能 备用电力 可移动电源 冷热电联供和调峰电力等 与常规的集中供电电站相比 分布式供电具有以下优势 一 概述 可以预见 智能电网建
2、设的核心任务之一就是最大限度接纳可再生能源电力 并确保电网安全 稳定 可靠 经济运行 尽管可再生能源具有资源和环境友好等优点 但由于可再生能源电源亦具有随机性 间歇性 波动性等特征 属于 劣质电力 当大规模 劣质电力 在全国范围内 大规模 遍地开花的方式接入电网时 电网将会面临一系列亟待解决的新问题 分布式能源等新电源接入电网问题 将始终伴随智能电网的建设与发展 是需要长期面对的问题 因此 如何迎接这些挑战 需要勇敢面对 精心谋划 长远安排 二 十一五 公司科技工作总结和评估 重点项目实施情况 2 1 1 风电场接入电网规划运行技术研究 2 风能监测与风电功率预测系统研究与开发概述 3 风电控
3、制关键技术及推广应用 4 风电机组特性和风电场并网测试及研究 5 大容量存储技术 6 光伏发电关键技术 7 生物质能发电技术 8 微电网技术 十一五后期分布式供电技术研究计划 2 2 风电场并网规划与运行关键技术研究 大容量电能存储技术研究 微电网技术及应用研究 生物质能发电技术研究 光伏发电关键技术研究 总结和评估 2 3 分布式供电技术科研能力评估 分布式供电技术科研能力总结 优势多集中在大规模风电的接入系统稳定 风电机组控制系统技术 风电功率预测等方向上 三 国内外研究现状分析 国内外新能源利用概况 3 1 国外新能源利用概况 欧盟 新能源与可再生能源 特别是风能 水电 太阳能和生物质能
4、的发展 是欧盟理事会能源政策的中心目标 欧盟采取了一些政策鼓励各国更多使用可再生能源电力 2007年11月22日 欧盟理事会提交欧洲能源技术战略规划 美国 美国是世界上开发新能源和可再生分布式能源发电最多的国家 也是全球绝大多数的商用分布式电源设备的主要提供商 在金融危机的大背景下 美国新复兴计划的核心是培植新技术和产业 特别是新能源 日本 日本凭借其新能源开发技术优势 加快步伐争夺新能源开发的主导权 多年来一直积极开发太阳能 风能 核能等新能源 利用生物发电 垃圾发电 地热发电以及制作燃料电池作为新能源 特别是对太阳能的开发利用寄予厚望 陆续推出 新阳光计划 太阳作战 计划 设立了新能源综合
5、开发机构 NEDO 培育出在全球范围内颇具竞争力的光伏产业 近年来 日本风电发展势头迅速 我国新能源利用概况 近年来我国分布式电源发展速度明显加快 2009年内将颁布新兴能源发展规划 推出能源科技发展指南 目前我国电力装机总容量已达8亿kW 其中水电装机总量1 72亿kW 投运核电机组装机容量910万kW 已核准建设核电规模2540万kW 风电装机容量连续3年实现翻倍 2008年装机总量达到1210万kW 太阳能光伏电池年产量200万kW 生物质能发电总装机315万kW 将分布式发电系统融入到现有的电力系统是今后分布式发电的发展趋势 大量的DR接入电网会对系统的结构和运行产生重大的影响 由于D
6、G接入电网方式的多样性 如同步 异步 以及功率变换器方式等 不同的DR其特性差异巨大 数学模型繁杂 而DG对电网的影响与DR关系密切 因此必须研究考虑多种DR方式下的分布式供电技术 国外研究及应用现状 3 2 欧盟 欧盟第5框架 FP51998 2002 计划资助了7个针对分布式供电的科研项目 总资助3400万欧元 进行微网开拓性研究 形成了以雅典国立科技大学为首 由7个欧盟成员国的14个组织合作开展了分布式供电研究计划 随后欧盟第6框架 FP62002 2006 资助对多个微网并列运行方式进行研究 以期实现多个微网在电力市场环境下的技术和商业接入 欧盟第5 6框架典型研究项目包括DISPOW
7、ER MICROGRIDS CRISP DGFACTS等 欧盟第7框架 FP7 计划继续资助分布式供电的科研项目 美国 美国对于分布式供电的研究主要集中在微网方面 美国电力可靠性技术解决方案协会 CERTS 在2003年为美国能源部及加州能源委员会编写的 微电网概念 白皮书从背景 定义 结构 特性 控制 保护和经济性等方面对微网进行了全面介绍 美国分布式供电研究成果还包括佐治亚理工大学开发的微网分析工具 Grid 用于分布式电源优化安装的软件DERCAM 美国能源部将微网视为未来电力系统的三大基础技术之一 并列入美国 Grid2030 电力下一个百年的国家展望 计划中 日本 日本的分布式供电研
8、究主要集中在如何利用新能源发电 如何提供多重的电能质量及可靠性等问题上 日本是世界上分布式供电工程的领先者 2003年以来 日本相继完成了3个分布式供电 微网 示范工程 主要关注分布式能源接入本地配网所带来的技术 管理等问题 除此之外 许多日本高校和私人企业也展开了分布式供电研究 例如清水公司与东京大学联合开发分布式供电控制系统 已经在东京的研究中心建立试验工程 国内研究及应用现状 3 3 我国对分布式供电及微网的研究尚处于起步阶段 近年 国家科技部973 863支撑计划 先进能源技术领域专题课题 中分别安排了有关分布式供电及微网技术的研究项目 表2 一些高校和研究院所 如清华大学 华中科技大
9、学 中国科学院电工研究所 天津大学 河海大学 东南大学 合肥工业大学等相继开展了分布式供电及微网技术研究 十一五 期间国家电网公司及网省公司在该领域共开展了24项研究项目 取得阶段性成果 研究主要集中在对大规模风电接入 系统稳定 风电机组控制 风电功率预测等问题上 光伏发电方面的研究项目较少 分布式供电及微网的研究处于起步阶段 已建及在建与光伏 风力发电相关的试验检测 认证机构共11个 其中7个为光伏发电组建类产品检测实验室 其余4个为风力发电类产品检测实验室 可见缺乏专门的研发类实验室 分布式供电技术的提升 微网 3 4 为协调大电网和分布式电源的矛盾 充分挖掘分布式能源为电网和用户带来的价
10、值与效益 目的 微网是一组分布式电源 负荷 储能系统和控制装置构成的系统 它对于大电网表现为一个单一可控的单元 并可以对中心控制信号进行响应 概念 微网具有双重角色 对于公用电网 MG视为可控的细胞 对于用户 MG可以作为一个可定制的电源 满足用户多样化的需求 作用 基本结构 片区微网 工商业微网 偏远地区微网 示范工程 美国范特蒙特 多个欧洲国家 日本 实验室仿真系统 NRELlaboratorymicrogrid NTUAPowerSystemlaboratoryfacility 天津大学等 四 战略需求和技术发展趋势分析 重大需求分析 4 1 大量间歇性 波动性电源接入电网 将对电网的安
11、全 稳定运行造成前所未有的压力和挑战 对我国本来就较为薄弱的配电网的运行 控制 保护 可靠性及电能质量等各方面产生诸多负面影响 该问题将始终伴随智能电网的建设与发展 是需要长期面对的问题 因此 如何迎接这些挑战 需要勇敢面对 精心谋划 长远安排 战略需求 发展思路 与智能电网建设同步 满足国家需求 促进可再生能源开发 正确引导分布式供电技术健康 有序地发展 目标 完成政策和标准体系以及分布式供电理论和技术体系的建设 在分布式供电装备研制 生产方面掌握核心技术 引导设备向通用 规范 智能化方向发展 我国于2006年1月1日正式颁布了 可再生能源法 利用和发展新能源是我国的重要国策 是关系我国经济
12、可持续发展的重要举措 即将上报国家发改委和国务院进行审批的 新兴能源产业发展规划 对风电 太阳能发电 核电的目标进行了大幅度的调整 2020年的目标分别从原定的3000万kW 180万kW 4000万kW大幅调高至1亿kW 20GW 7000万kW的装机容量 1 发展新能源是我国的重要国策 2 可再生能源法修正案影响深远 其一 电网企业将必须由过去的被动收购可再生能源发电 转变为主动收购 其二 电网的规划 建设 运行 管理 维护等方面都必须重点考虑可再生能源发 供电引起的一系列 负面效应 问题 在理论研究 技术储备 标准制定 管理规范 政策措施等方面做好充分的准备 其三 最大可能限度接收可再生
13、能源发电将成为智能电网建设的核心目标之一 也是必须面对的重大技术问题之一 3 节能降耗的要求 中国目前的能源利用效率依然严重偏低 环境污染问题未得到根本控制 并且长期存在能源结构不合理等问题 我国配电网存在低压线路过长 配变容量过大 有些地区主干导线截面细造成低压线损 压降过大的情况 采用分布式供能的办法 从规划入手调整不合理的供电区域 可以改善由上述不利因素造成的影响 此外 分布式供能灵活与分散的特点极好地适应了分散的电力需求与资源分布 延缓了输 配电网升级换代所需的巨额投资 同时它与大电网互为备用使供电可靠性也得以提高 总体来说 我国目前农村电气化水平还很低 十一五 初期农村用电量只占全国
14、总用电量的18 大力发展农村电气化事业具有重大的现实意义 依靠常规能源发电解决农村用电增加的问题 是不现实也是不经济的 因此 在我国农村大力倡导和发展可再生能源是行之有效的出路 通过因地制宜地组建各种形式 规模的微网 解决农村无电和缺电人口的供电问题 是解决实现农村电气化的最经济供电方式 具有投资省 线损小 见效快等明显优势 4 农村电气化的发展需求 5 可再生能源发电的快速发展带来新问题 大多数可再生能源的共同特点是能量密度低 能源供给的随机性 波动性大 因此不能成为有效的 可替代电源 将DG融入现有的电力系统是今后的发展趋势 大量的DG接入会对系统的结构和运行产生重大影响 由于DG接入电网
15、方式的多样性 不同分布式电源 DR 的特性差异大 数学模型繁杂 而DG对电网的影响与DR关系密切 因此必须研究考虑多种DR方式下的分布式供电技术 大量DG接入后 电网的管理 有序发展问题 必须事先考虑 提前谋划 深入研究 6 分布式供电的快速发展迫切需要正确引导 分布式供电加大了电网的复杂性 微网是以DG为基础的复杂供能网络 分布式电源大规模接入或在电网相对薄弱地区 分布式电源对电网的稳态潮流 暂态故障电流分布将产生不可忽视的影响 尽快开展大电网应对微网的策略体系研究 可以正确引导分布式供能和大电网建设的协调发展 大型风电场的建设可能对当地的生态环境产生影响 DG技术具有投资小 建设周期短 清
16、洁环保 供电可靠和发电方式灵活等优点 对环境的影响大大弱化 合理规划和建设可再生能源DG可以规避可再生能源集中开发的一些可能的负面影响和不可预见问题 风险大为减少 7 减少可再生能源集中开发对环境的影响 8 解决 大系统负效应 问题 提高供电可靠性及电能质量 多分布式能源供电系统对提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力提供了一种新的思路 首先 作为大电网的一种补充形式 在特殊情况下 例如发生地震 暴风雪 洪水 飓风等意外灾害情况 微网作为分布式能源供电系统一种新先进方式 可作为备用电源向受端电网提供支撑 当受端电网发生功率振荡或并网点电压跌落时 微网可以及时提供有功功率或无功功率 维持电网的稳定性 同时 微网能够独立运行 可以迅速与大电网解列形成 孤网 从而保证政府 医院 矿山 广播电视 通信 交通枢纽等重要用户的不间断供电 另外 在自然灾害多发地区 组建不同形式和规模的微网 能够在发生灾害后迅速就地恢复对重要负荷的供电 具有 黑启动 的能力 9 满足个性化的用电需求 分布式供电能够提高对内部负荷供电的可靠性 DG和微网的建设能够满足不同用户的电能质量需求 根据用户对供电质量的不同需求
