新能源发电控制技术知识讲解

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1、1 分布式新能源发电系统控制技术 2 一 新能源发电概论二 分布式生物质能电 热 冷联产多能互补综合利用技术三 基于微电网分布式新能源发电 多电源能量互补发电技术四 大型风力发电机组稳定性与安全性 主要内容 4 截至2013年 全球煤炭 石油 天然气剩余探明可采储量分别为8915亿吨 2382亿吨和186万亿m3 折合标准煤共计1 2万亿吨 其中煤炭占52 0 石油占27 8 天然气占20 2 按照目前世界平均开采强度 全球煤炭 石油和天然气分别可开采113年 53年和55年 这些化石能源在全球分布很不均衡 煤炭资源95 分布在欧洲及欧亚大陆 亚太 北美等地区 石油资源80 分布在中东 北美和

2、中南美 天然气资源70 以上分布在欧洲及欧亚大陆 中东地区 一 世界能源现状 1 能源储量 1吨原煤相当于0 714t标准煤 1吨原油相当于1 43t标准煤 1000m3天然气相当于1 33t标准煤 1 能源现状 5 中国化石能源剩余探明可采储量总计约为896亿吨标准煤 其中煤炭占91 2 石油占3 9 天然气占4 9 储采比分别为31年 12年和28年 6 7 8 9 10 全球能源消费呈现总量和人均能源消费量持续 双增 态势 1965 2013年 受世界人口增长 工业化 城镇化等诸多因素拉动 全球一次能源年消费总量从53 8亿吨标准煤增长到181 9亿吨标准煤 考虑非商品能源 大约为195

3、亿吨标准煤 近50年全球能源互联网时间增长了2 4倍 年均增长2 6 年人均能源消费量从2 1吨标准煤增长到2 6吨标准煤 增长了23 8 年均增长0 4 2 能源消费 11 随着经济持续增长和人民生活水平不断提高 中国能源消费量逐年攀升 目前已超过美国成为世界最大的能源消费国 1980 2013年 中国能源年消费总量由6 0亿吨标准煤增长至37 5亿吨标准煤 年均增长率达5 5 为同期世界年均增长水平的2 8倍 年人均消费量从0 6吨标准煤增长到2 8吨标准煤 从世界平均水平的26 增长到104 世界能源消费结构长期以化石能源为主 但其所占比重正在逐步下降 1965 2013年 全球化石能源

4、年消费总量从50 5亿吨标准煤增长到157 5亿吨标准煤 增长了2 1倍 年均增长2 3 化石能源占一次能源消费比重由94 3 下降到86 7 下降约7 6个百分点 12 1973 2012年 煤炭 石油在世界终端能源消费中的比重分别下降了3 6个 7 5个百分点 而电能所占比重从9 4 增长到18 1 仅次于石油占比 位居第二位 2012年中国终端能源消费中 终端用电所占比重已经超过20 达到22 6 高于世界平均水平 但仍低于日本等一些电气化水平高的国家 13 14 15 16 17 18 19 全球非常规油气资源储量丰富 但分布不均衡 非常规石油主要包括重油 油砂 页岩油等 其中 重油主

5、要分布在南美 中亚 俄罗斯和中东等地区 油砂主要分布在北美洲 非洲和中亚 俄罗斯等地区 全球页岩油技术可开发量471亿吨 主要分布在俄罗斯 美国 3 非常规油气 20 21 中国具有丰富的非常规天然气资源 中国已先后在南海 东海及青藏高原冻土带发现可燃冰 仅南海北部的可燃冰储量已相当于陆上石油储量的一半 陆上可燃冰远景储量在500亿吨标准煤以上 陆地页岩气地质资源潜力为134万亿米3 可采资源潜力为25万亿米3 不含青藏地区 主要分布在南方海相页岩地层及东北松辽 内蒙古鄂尔多斯 新疆吐哈和准噶尔等陆相沉积盆地 埋深2000米以浅的煤层气资源量约为36 8万亿米3 位居世界第三位 主要分布在内蒙

6、古鄂尔多斯 山西沁水 新疆吐哈和准噶尔等盆地 22 太阳能开发潜力巨大 地球上除了核能 潮汐能和地热能等 其他能源都直接或间接来自太阳能 从能量角度来看 太阳一年辐射到地球表面的能量约116万亿吨标准煤 相当于2013年世界一次能源消费总量 181 9亿吨标准煤 的6500倍 超过全球化石能源资源储量 4 太阳能资源 23 24 太阳能发电是实现太阳能高效利用的最重要形式之一 按照发电原理 太阳能发电主要包括光伏发电和光热发电两种方式 截至2013年底 世界光伏发电总装机容量达到约1 4亿千瓦 年新增装机容量与水电基本相当 且首次超过风电 从项目类型来看 地面光伏电站装机比重逐步提高 在世界新

7、增装机容量中所占比重已从2009年的23 提高至2013年的45 建筑光伏 包括居民建筑应用和工商业建筑应用 比重从2009年的77 下降至2013年的55 25 26 27 28 29 30 31 32 光热发电 从2008年开始进入快速发展期 但与光伏发电相比 光热发电规模尚小 截至2013年底 全球已建成投运的光热电站项目分布在西班牙 美国 印度等9个国家 总装机容量约为363万千瓦 33 34 光热发电技术主要包括 槽式 塔式 碟式和线性菲涅尔式四种主流技术类型 其中槽式光热发电已经实现大规模商业运行 塔式光热发电也有商业化运行的案例 碟式光热和线性菲涅尔式发电仍处于示范运行阶段 光热

8、发电最新技术进展 35 光热发电技术向大容量 高参数发展 目前 太阳能热发电的水蒸气温度最高在400 500 发电效率在25 左右 西班牙正在研制600 以上的超超临界光热电站 通过提高蒸汽温度来提升能量转化效率 发电效率将提高到30 以上 光热发电发展方向和前景 36 光热电站安装储热装置 发电出力更加平稳 熔融盐是目前最常用的储热介质 比热容大 高温下性能稳定 可以储热15小时 实现24小时连续平稳供电 未来 随着储热技术不断创新 储热成本大幅降低后 带有大容量储热装置的光热电站比例将不断增加 太阳能发电将不再受昼夜变化影响 成为出力平稳 连续供电的电源 光热电站发展空气冷却技术 光热电站

9、的发电原理与火电厂类似 汽轮机 发电机等设备需要降温 未来将发展采用空气冷却技术的光热电站 降低用水量 适应干旱地区运行 光热电站储热装置 37 目前 光热发电成本仍然超过2元 千瓦 时 随着技术进步 发电成本将持续下降 预计2050年前后 光热发电成本将下降到0 5元 千瓦 时 以内 相比传统化石能源更具备竞争力 同时 光热发电出力平稳的技术特性 依赖储能技术的同步跟进 可以保障安全稳定供电 38 39 40 41 42 43 44 45 当前 无论是化石能源 还是清洁能源 其开发 配置 利用效率仍不够高 有很大的提升空间 目前 世界火电煤耗平均水平约为330克标准煤 千瓦 时 德国平均火电

10、煤耗290克标准煤 千瓦 时 效率较高 而一些国家火电煤耗高达370克标准煤 千瓦 时 受开发利用技术的制约 目前风能 太阳能等开发利用的效率不高 根据研究 世界风力发电综合效率在38 左右 光伏发电效率一般为12 18 5 能源效率 46 二 我国能源现状 2012年全国煤炭总产量35亿吨 2012年1 4月中国重点发电企业耗煤量达4 6亿吨 全年约15亿吨 占比42 8 根据 中国能源发展报告 提供的数据 到2020年我国发电用煤需求将可能上升到煤炭总产量的80 需要大约19 6 25 87亿吨原煤用于发电 1 煤炭生产消费 47 1980年 能耗总量为6 03亿吨标准煤 1990年为9

11、87亿吨 2000年为15 55亿吨 2010年为32 49亿吨 1980年 中国每耗用千克石油当量能源对应的GDP PPP 是0 41美元 当年的世界平均水平是1 97美元 中国的能耗产出效率仅为世界平均水平的21 2010年 中国每耗用千克石油当量能源对应的GDP PPP 是4 05美元 而世界平均水平是6 16美元 中国的能耗产出效率已达到世界平均水平的66 差距大大缩小 2 中国人均能耗 48 49 我国的石油 天然气越来越依赖进口 2010年中国的石油 天然气耗用量上升到7 60亿吨标准煤 而生产量为4 19亿吨标准煤 这里3 41亿吨标准煤的缺口须通过进口解决 目前能源进口已经占到

12、年能耗的10 以上 其中石油进口占石油耗用总量的近67 以上 3 石油天然气生产消费 50 国家统计局2011年2月22日发布数据 初步核算 2011年中国能源消费总量34 8亿吨标准煤 比上年增长7 0 煤炭消费量增长9 7 原油消费量增长2 7 天然气消费量增长12 0 电力消费量增长11 7 4 能源消费总量 51 2 研究新能源发电的意义 1 缓解化石能源日趋枯竭的危机2 保护环境 减少污染物排放3 保护生态平衡4 解决三农问题 52 可再生能源 1 太阳能2 生物质能3 风能4 水能5 地热能6 海洋能7 潮汐能 新能源 核能 可再生能源 53 54 55 56 57 58 生物质能

13、源 1 农业废弃物各类农作物秸秆 2 林业废弃物树枝 树皮 树杈 刨花 锯屑 薪炭林 3 垃圾1 生活垃圾 商业及办公垃圾2 工业有机垃圾 工业生产废弃物 废气 废水 废渣 废液 3 大型养殖场 禽畜粪便 清洗水 59 3 我国生物质能源现状 1 农业桔秆年产量超过7亿吨 可作为能源用途的秸秆约3 6亿吨 约折合1 5亿吨标准煤 2 工业废水和禽畜养殖场废弃物理论上可以生产沼气近800亿立方米 相当于5700万吨标准煤 60 3 薪炭林和林业及木材加工废弃物的资源量相当于2亿吨标准煤 4 我国城市生活垃圾年产生量约1 2亿吨 预计2020年将达到2 1亿吨 如果通过卫生填埋 制气和焚烧发电用于

14、能源使用 每年可替代1500万吨标准煤 61 全国每年可利用生物质能源总量约合5亿吨标准煤 最新数据 国家发改委副主任解振华 截止到2015年8月 中国可再生能源占一次能源消费比重达到11 7 62 4 新能源发电及综合利用 核能发电 可再生能源发电 重点 生物质发电及综合利用 63 1 气化发电2 直燃发电3 燃气蒸汽联合循环发电 BIGCC 4 垃圾 焚烧 填埋沼气 发电5 大型养殖场沼气发电 生物质能发电形式 64 生物质气化及综合利用 生物质气化燃气基本组成 CH4 CO H2 CnHm利用形式 1 发电2 燃气城市供气工程3 气化供热站 工业 居民供热4 垃圾 废弃物发酵沼气综合利用

15、 65 生物质及混煤压缩成型燃料 重点应用领域 1 燃烧发电2 气化发电3 气化燃气城市供气工程4 燃气工业供热 居民供热工程 66 生物质压缩成型燃料 生物质混煤压缩成型燃料 67 废木块 锯屑 刨花压缩成型燃料 68 5 可再生能源中长期发展规划 69 生物质能规划布局和建设重点 1 生物质发电重点是农业生物质发电 林业生物质发电 沼气发电和生活垃圾发电 70 受粮食产量和耕地资源制约 今后主要鼓励以甜高粱茎秆 薯类作物等非粮生物质为原料的燃料乙醇生产 以及以小桐子 黄连木 棉籽等油料作物为原料的生物柴油生产 燃料乙醇在东北 山东等劣质土地资源丰富的地区 集中种植甜高粱 发展以甜高粱茎秆为

16、主要原料的燃料乙醇 在广西 重庆 四川等地重点种植薯类作物 发展以薯类作物为原料的燃料乙醇 开展以农作物秸秆等纤维素生物质为原料的生物燃料乙醇生产试验 2 生物液体燃料 71 充分利用沼气和农林废弃物气化技术 提高农村地区生活用能中的燃气比例 并把生物质气化技术作为解决农村有机废弃物和工业生产有机废弃物环境治理的重要措施 3 沼气 72 二 分布式生物质能电 热 冷联产多能互补综合利用 73 分布式生物质能电 热 冷联产多能互补系统 74 三 基于微电网分布式新能源发电 多电源能量互补发电技术 75 高压 超高压 特高压输电网络220KV 500KV 750KV 1000KV 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 风能是一种能量密度较低 稳定性较差的能源 建立风力发电场的地区 都要针对风源 风强 风频 风速的实际情况 进行风场测定 作出风力发电场布局 选择合适的风力发电机型 风能利用有多种形式 其中将风能转换成电能是风能开发利用的主要方式 4 1风能发电及国内外发展应用概况 四 大型风力发电机组稳定性与安全性 87 各类能源价格对比 根据国内风电成本测算得到