分布式能源系统

一些偏远地区、自然条件恶务，受电网建设落后、规模不足、电网建设环境复杂、造价高等条件限制，电力供应远不能满足需要，电源装机远不能满足当地经济社会发展和居民生活水平提高对电力的需求。多能互补独立微电网技术的发展使得电能与其他能源灵活的转换，提高了可再生能源综合利用效率，实现多种能源的协同优化。同时利用分布式能源系统特性与当地能源结构特性相结合，解决了偏远地区能源利用的瓶颈。在我国，多能互补独立微电网系统，尚处于发展初期，基于多能互补的微电网系关键技术在国内还没得到广泛应用。因此进行多能互补的微电网关键技术研究具有一定的前暗性和巨大的工程应用价值。依托国家实现能源转型、精准扶贫等政策，由国电南京自动化股份有限公司科研管理部牵头，2015年开始对“高寒高海拔地区多能互补独立微电网技术”展开研究。

本项目围绕多种能源用能特性开展研究工作，建立了多能互补特性模型，提出了分布式能源系统规划方法，建立了多能互补系统配置和运行一体化优化方法，并开发了多能互补分布式能源规划工具，应用所研究成果和工具，提出中德生态园多能互补示范方案，包括可再生能源发电、冷热电三联供、电池储能等能源设备。项目成果在示范地区能源的可靠供应和高效利用起到了积极有效的推动作用，对公司开展综合能源服务提供有力支撑。

项目研发了国产兆瓦级全径流式小型分布式燃气轮机，并根据其运行特性及影响因素，提出多种设计理念相结合的设计方式：产、学、研、用多方合作，形成了具有自主知识产权的小型燃气轮机的设计体系，并开展了分布式供能示范项目和燃气轮机的长期寿命考核，实现了国产燃机的自主设计、制造、试验测试、示范、验收考核，形成了完整的研究优化及配套集成方法，带动了国内小型燃气轮机完整产业链的健全和发展：通过分布式示范项目的现场集成研究优化、测试和长期寿命考核，提出了一套国产兆瓦级小型燃气轮机冷热电多联供辅机配套集成方案：在示范项目建设过程中，创新性总结出了针对国产兆瓦级小型燃机的全厂冷态启动方法、单体整套一体化的调整试运方法和集成过程中静态、动态及负荷抚动等多工况下的性能测试方法。

本成果来源于国家电网公司科技项目、山东中实易通集团有限公司科技项目，项日成果主要应用于分布式新能源系统的运行维护领域，攻克了分布式新能源的故障诊断、灾害预警、故障穿越等方面的关键技术难题，可以显著增强新能源系统的故障抗灾能力，为新能源消纳的推广应用奠定了基础。

本项目属于电气技术领域中的供电、配电、用电与电气化方向。 本项目构建了参与电网响应互动的综合能源系统，借助信息网络实现能源站间信息互联，通过电网、冷网、热网实现能量互济，通过分布式能源站间互联互济减少能源站配置容量冗余，提高能源利用效率。本项目在世界银行/全球环境基金项目和国网科技项目的资助下，攻克了分布式能源站选址定容、多能源匹配算法、多能网络协同运行控制、能源站需求响应模型、竞价交易机制等系列关键技术，在上海世博B片区示范应用后推广到全国12家单位，取得了显著社会经济效益。 本项目获国家授权发明专利8项，受理发明专利9项，实用新型专利3项，软件著作权2项，制订国标、行标和上海地标共3项，出版学术专著5部，发表论文39篇（其中SCI论文15篇、EI论文17篇）。项目研究成果“分布式能源系统规划设计与评价软件、能源站多能供给网络协同运行控制装置及多空间尺度能源互联互济实验验证平台”在上海世博B片区央企总部能源中心试点应用，节能率达到8%以上，并推广至全国多地应用。经中国电机工程学会组织专家组鉴定认为：“多能源站互联互济选址定容与全年逐时配置、运行调控优化技术、能源站及其负荷动态聚合、交易模式和竞价响应机制等核心技术达到国际领先水平”。

天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应，是实现天然气高效利用和优化能源结构的重要途径。但是，由于建设在用户端，分布式能源的负荷受用户侧影响显著，因此系统往往处于变工况运行状态，导致其难以达到能源利用效率设计值的要求，难以保证系统的经济效益。 针对天然气分布式能源运行存在的问题，本项目研发了一种用于燃气内燃气分布式能源系统的在线优化控制系统，为燃气内燃机分布式能源站提供经济效益最高或能源利用效率最高的运行方式，并实现优化运行的自动控制。该技术融合了24小时以内的短期冷热电负荷预测、基于神经网络的机组特性曲线学习与拟合、通过基因算法求解负荷优化分配模型等技术，实现了从系统数学建模、实验室测试到燃气内燃机分布式能源站的实际运行测试，具有全部的知识产权，在该领域示范尚属首例。

天然气分布式能源是我国中长期科技发展规划能源领域的四项前沿技术之一，具有小型、高效、清洁、贴近用户等优点，是新一代电力系统中不可或缺的组成部分，对建设国家清洁低碳、安全高效的现代能源体系具有重要现实意义和深远战略意义。分布式能源技术在快速发展过程中存在的用户侧负荷需求掌握不精准、检测运行评估体系不健全、多目标综合评价方法不明确等难题，开展了分布式能源系统负荷预测与装机匹配校核方法、检测评估方法、模糊量化分层多目标综合评价方法等关键技术研究，取得了系列原创性成果。

国家能源局数据显示，2021年我国可再生能源发电装机规模突破10亿千瓦，水电、风电装机均超3亿千瓦，海上风电装机规模跃居世界第一，新能源年发电量首次突破1万亿千瓦时大关。业内人士认为，高比例可再生能源并网、电力负荷由集中向分散发展的趋势下，将促进有“细胞单元”之称的微电网及分布式能源系统迎来较快发展阶段。