【正文】 1 智能電網(wǎng)技術(shù)專題三 華北電力大學電氣與電子工程學院 孫英云 Email: 2 智能電網(wǎng)相關技術(shù)和進展 3 智能電網(wǎng)相關技術(shù) ? 先進發(fā)電與儲能技術(shù) ? 先進輸配電技術(shù) ? 先進二次側(cè)技術(shù) ? 智能電網(wǎng)管理和控制新技術(shù) 4 先進發(fā)電與儲能技術(shù) ? 可再生能源發(fā)電技術(shù) ? 風力發(fā)電 ? 太陽能發(fā)電 ? 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù) ? 潮汐能發(fā)電 ? 清潔煤發(fā)電 ? 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán) ? 增壓硫化床聯(lián)合循環(huán)機組（ PFBCCC） 5 我國風能資源分布 ? 我國 10m高度層的風能資源總儲量為 kW，其中實際可開發(fā)利用的風能資源儲量為 kW ? 如果年滿功率發(fā)電按 2021~2500h計，風電的年發(fā)量可達 5060~6325億 kWh ? 風能資源的分布主要集中在東南沿海及其島嶼以及內(nèi)蒙、甘肅、新疆一帶區(qū)域 6 7 風力發(fā)電技術(shù) ? 鼠籠式異步發(fā)電機 ? 通過變速箱和電網(wǎng)相聯(lián) ? 發(fā)電時需要吸收較多無功，需加裝無功補償 ? 雙饋異步發(fā)電機 ? 定子繞組直接連接與電網(wǎng)相聯(lián)，轉(zhuǎn)子繞組通過整流逆變器和電網(wǎng)相聯(lián) ? 有功、無功可以解耦控制、風能利用效率高、出力波動較小 ? 直驅(qū)型同步風力發(fā)電機 ? 不需要變速箱 ? 對整流逆變器容量要求大 8 太陽能資源分布 ? 全國太陽輻射年總量大致在 103～ 103MJ/m2之間，其平均值約為 103MJ/m2 ? 全國太陽輻射總量平均為 1630kWh/(m2a)，年日照小時數(shù) 2021h ? 青藏高原大部分地區(qū)年輻射量2021kWh/(m2a)，年日照小時數(shù)超過 3000h，是世界上的高值區(qū)之一 9 太陽能發(fā)電技術(shù) ? 目前太陽能電池產(chǎn)品主要分為晶體硅電池、薄膜電池兩類。其中前者又可分為單晶硅、多晶硅電池兩種，其轉(zhuǎn)化效率較高，約 15%左右，高者已能達 25%以上，但成本也相對較高，目前占據(jù)大多數(shù)的市場份額；后者雖然在轉(zhuǎn)化效率尚不如前者，穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率約為 5%～8%，但成本相對較為低廉，近年來在轉(zhuǎn)化效率方面已有突破性進展，主要包括非晶硅電池、銅銦鎵硒電池和碲化鎘電池等 10 太陽能發(fā)電 技術(shù) ? 我國太陽能光電累計用量已達 13100千瓦，其中通信占 50%，農(nóng)村與邊遠無電地區(qū)占 30%，民用與工業(yè)用各占 10% ? 已建成 15座光伏電站，最大的是 1998年投入運行的西藏安多 100千瓦光伏電站 ? 提高轉(zhuǎn)換效率和降低造價是太陽能發(fā)電的發(fā)展方向 ? 盡管太陽能發(fā)電成本在過去 25 年里已下降了 10 倍，但目前成本仍是入網(wǎng)電價的 3～ 5 倍，業(yè)界認為接近電網(wǎng)等價點 (Grid Parity)才是光伏產(chǎn)業(yè)真正爆發(fā)性增長的開始 11 生物質(zhì)能 ? 林業(yè)加工廢棄物 ? 農(nóng)作物秸稈 ? 大中型養(yǎng)殖場禽畜糞便 1100萬噸標煤 ? 生活垃圾 ? 工業(yè)有機廢棄物 250億立方米沼氣 12 生物質(zhì)能發(fā)電 ? 我國生物質(zhì)能發(fā)電得到實際應用的有燃燒蔗渣或稻殼的發(fā)電站、稻殼氣化發(fā)電和沼氣發(fā)電 ? 蔗渣與稻殼燃燒電站主要在兩廣地區(qū)，裝機約80萬千瓦 ? 稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)，容量為 60240千瓦 ? 小型沼氣發(fā)電裝置，共約 80處，總裝機 2560千瓦 13 海洋能 ? 我國沿岸和海島附近的可開發(fā)潮汐能資源理論裝機容量達 2179萬 kW，理論年發(fā)電量約 624億 kWh ? 波浪能理論平均功率約 1285萬 kW，潮流能理論平均功率 1394萬 kW ? 這些資源的 90%以上分布在常規(guī)能源嚴重缺乏的華東滬浙閩沿岸 14 潮汐發(fā)電技術(shù) ? 潮汐能發(fā)電可分為兩種形式，一種是利用海灣、河口等有利地形 ,建筑水堤 ,形成水庫，并在壩中或壩旁建造水力發(fā)電廠房發(fā)電，另一種則是利用洋流發(fā)電，無需建造水壩。目前投運的潮汐能電站多為前一種。目前，我國正在運行發(fā)電的潮汐電站共有 8 座，均為水壩型，總裝機容量為 6 000 kW,每年發(fā)電量 1 000 萬余度 ? 目前世界上單機容量最大的潮汐能發(fā)電機單機容量已達 ，裝設于英國斯特蘭福德灣 15 英國斯特蘭福德灣安裝的SeaGen潮汐能發(fā)電機 ? 無壩型 ? 此處海水流速超過13km/h ? 需觀察對海豹等海洋哺乳生物的影響 ? 英國希望能夠成為“海洋能中的沙特阿拉伯” 16 潔凈煤發(fā)電技術(shù) ? 在 90年代，世界總發(fā)電量中煤電比重一直保持在 63%左右 ? 在 21世紀我國的發(fā)電量構(gòu)成中，火電仍將占到70%～ 75% ? 21世紀大力發(fā)展清潔煤發(fā)電技術(shù)，是我國避免成為 “ 公害 ” 大國的必由之路 17 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)機組(IGCC) ? IGCC技術(shù)是一種最新的清潔煤發(fā)電技術(shù) ， 是21世紀初燃煤發(fā)電技術(shù)中最具優(yōu)勢的一種 ? 工作原理是先將煤氣化，再以凈化后的清潔煤氣作為燃料，驅(qū)動燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電。燃氣輪機的排氣送入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，用蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電 18 IGCC裝置的主要優(yōu)點 ? SOx、 NOx排放量少， NOx排放量將減少 90%，CO2排放量可減少 35% ? 聯(lián)合循環(huán)熱效率可高達 52%，隨著技術(shù)的發(fā)展，達到 58%的熱效率亦已實現(xiàn) ? 燃料適應性好，可燃用各種不同的煤 ? 用水量少， IGCC電廠用水不到同容量常規(guī)燃煤電廠的 70% ? 可分期建設，及早發(fā)展 19 荷蘭布格農(nóng)電廠 253MW IGCC機組簡圖 20 增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)機組(PFBCCC) ? 21世紀初極具發(fā)展?jié)摿Φ牧硪环N先進的清潔煤發(fā)電技術(shù)就是增壓流化床聯(lián)合循環(huán) (PFBCCC)技術(shù) ? 增壓硫化床是在常壓硫化床 (CFBC)鍋爐的基礎上發(fā)展起來的在較高壓力下進行燃燒的一種燃煤發(fā)電技術(shù)，它具有熱效率高、污染排放低、能組成蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)等特點 21 PFBCCC的主要優(yōu)點 ? 燃燒效率高，可達 99% ? 發(fā)電循環(huán)效率高，其聯(lián)合循環(huán)效率達 40%～42% ? SOx、 NOx和粉塵的排放量低 ? 設備結(jié)構(gòu)緊湊， PFBC鍋爐的體積只有同容量常規(guī)鍋爐的 1/4 ? 可模塊化，造價低，可用于新老電廠的改造 22 增壓硫化床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)簡圖 23 儲能技術(shù) ? 機械儲能 ? 電磁儲能 ? 電化學儲能 ? 相變儲能 24 機械儲能 ? 抽水蓄能 ? 釋放時間可以從幾個小時到幾天，綜合效率在70%～ 85%之間 ? 儲存能量非常大，用于調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用 ? 必須同時具備下池水庫和上池水庫，對地理條件要求較高 ? 全世界共有超過 90 GW的抽水儲能機組投入運行，約占全球總裝機容量的 3％ 25 機械儲能 ? 飛輪儲能 ? 利用電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機械能儲存起來，并在需要時飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電，是一個電能和機械能互相轉(zhuǎn)化的儲能元件 ? 能量密度比較低，費用較高 ? 幾乎不需要運行維護，設備壽命長，儲能效率高，清潔無污染，無噪聲，負荷跟蹤能力強，對環(huán)境沒有不良的影響 ? 壓縮空氣儲能 ? 常規(guī)燃氣輪機在發(fā)電時大約需要消耗輸入燃料的 2/3進行空氣壓縮，因此可在電網(wǎng)負荷低谷時預先壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在負荷高峰時釋放出來加上一些燃氣進行發(fā)電。對于同樣的電力輸出，采用 CAES的機組所消耗的燃氣要比常規(guī)燃氣輪機少 40％ ? 建設受地形制約較大，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)有特殊要求 26 CT Module Exhaust Air Compressor Combustion Turbine Motor ? Storage Air Intercoolers Recuperator Fuel Expander Storage 壓縮空氣儲能基本原理 Estimated Cap. Cost (2021 $) ~ $600/kW to $750/kW + Substation, Permits amp。 Contingencies Constant Output