[01138161]多类型能源分布式系统设计与运行优化方法的研究及应用

分布式能源系统是分散在用户端或靠近用户端的,综合利用包括可再生能源在内的各种资源,以能量梯级利用为核心的能源系统。分布式能源系统不仅在欧美等发达国家发展很快,也受到发展中国家的广泛重视,是国际能源技术的重要发展方向。分布式能源技术是国际能源领域的先进技术之一。在分布式能源中因地制宜地引入可再生能源,消融了可再生能源间歇性发电对电网的影响,可以推动可再生能源的规模化应用,有利于改善我国的能源结构。因此,多类型能源分布式系统具有很好的发展前景。分布式能源系统的方案设计以及运行优化非常重要,直接决定了该系统实施的成败以及系统的能量利用效率。 本项目的研究目标是将先进的、低污染的微型发电方式和零排放的太阳能光伏发电、风力发电、太阳能集热有机组合在一个系统中。这个系统的能源来源方式多样,不同于以往的冷热电联供系统主要取决于天然气。系统可以动态调整各个设备的运行模式、自动适应可再生能源发电的变化,对外部电网的干扰和冲击小。多种形式的能源取长补短、通过整合资源对系统进行整体优化,达到高效、清洁、安全、自适应的运行方式,系统在满足用户冷热电负荷需求的前提下安全高效运行。 本项目研究了包含天然气、太阳能、风能等多种能源输入的分布式系统的设计及运行优化的方法与应用。在系统设计中,结合当地的能源禀赋,以天然气、太阳能、风能等作为能源输入,采用微型燃气轮机、燃气内燃机等燃气发电设备,实现烟气的余热回收及低污染排放,采用燃料电池、太阳能光伏、太阳能光热、风力发电、风力致热等多种类型设备,能源供应多能互补,生产过程低碳环保。建立了多类型能源分布式系统的实验平台,实验平台采用美国Capstone公司的C30型微型燃气轮机、日本Yanmar公司的CP25型燃气内燃机,并且采用不同类型的太阳能电池-单晶硅电池和非晶硅薄膜电池-提供部分零碳电力。实验系统的燃气发电和太阳能光伏发电的总功率超过50 kW。实验平台可以根据太阳能发电侧的实时变化、调整燃气发电设备的功率,使得该分布式系统从公共电网获取的电力基本保持不变,减弱了可再生能源发电间歇性波动对电网的影响。 项目建立了主要设备和系统运行模型,这些模型不仅可以用于本项目,也可用于同类系统的设计和运行工况的整体优化。本项目开发的技术已经在多个分布式能源系统、多能互补区域能源供应系统、特色小镇等得到了应用,对多能互补能源供应系统进行了设计,预测用户负荷,给出系统的设计方案,从低碳减排、经济性等多角度对方案进行了深入的评价与分析,提出系统的运行优化策略。 研究融合太阳能、风能等可再生能源的多能互补分布式能源系统具有重要的实际意义和应用研究,特别在我国大力发展智能电网、能源互联网的背景下,可再生能源接入电网将越来越普遍。本项目的研究成果具有良好的应用前景,对多类型能源分布式系统的应用与推广可以起到促进作用。国内在分布式能源研究的基础数据比较缺乏,而这方面的数据对于分布式能源系统的设计非常重要,有必要开展用户负荷精准预测等方面的研究工作。