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1、华电电力科学研究院华电分布式能源关键技术研究及在综合能源服务中的应用D D阮炯明2019.11.19-21. 西安华电电力科学研究院华电电力科学研究院国家能源分布式能源技术研发中心国家能源分布式能源技术研发中心2011年9月，国家能源局批复设立国家能源分布式能源技术研发中心（国能科技【2011】328号），由中国华电集团公司与中科院工程热物理研究所合作在华电电力科学研究院共同建设；研发中心已经完成规划标准及设计研究室、蓄能及控制技术研究室、系统及测试技术研究室、动力余热技术研究室、燃气动力技术研究室的建设工作，将“浙江省蓄能与建筑节能重点实验室”纳入研发中心体系中，积极建设“多能源互补分布式能
2、源微网系统集成及测试实验平台”。华电电力科学研究院国家能源分布式能源研发中心-创建华电电力科学研究院国家能源分布式能源研发中心-概要MW级多能互补分布式能源微网系统集成及测试实验平台位置：杭州西湖区园区九路2号2016.8.2，中国能源研究会分布式能源专委会专家组对“多能互补分布式能源微网系统集成及测试实验平台”进行了深入的审查，专家组一致认为：“该实验平台达到国内领先、国际先进水平，为促进我国分布式供能技术发展提供了支持，具备很好的示范效果和应用推广价值。”2016.8.122016.8.12，研发中心实验平台顺利通过国家能源局专家组验收，研发中心实验平台顺利通过国家能源局专家组验收。华电电
3、力科学研究院国家能源分布式能源研发中心-试验平台讲述概要1. 能源系统中分布式能源的功能及发展；2. 华电电科院分布式能源关键技术研究；3. 介绍二个典型应用案例；4. 小结讲述概要1. 能源系统中分布式能源的功能及发展；2. 华电电科院分布式能源关键技术研究；3. 介绍二个典型应用案例；4. 小结Source: WBGU, Flagship Report 2011世界能源形式的变迁分散式能源分散式能源（农牧时期）（农牧时期）集中式能源集中式能源（产业革命时期）（产业革命时期）集中式能源集中式能源分布式分布式能源能源（多（多能源互补）能源互补）（绿色（绿色，低碳，可持续发展，低碳，可持续发展时
4、期）时期）G20G202016.9COP3COP31997.12世界能源形式的变迁9国家能源分布式能源技术研发（实验）中心华电电力科学研究院63%31.6%3.2%2.2%世界的能源结构10国家能源分布式能源技术研发（实验）中心华电电力科学研究院63%31.6%3.2%2.2%新时代对能源结构的新需求1）可再生能源的高渗透比融入5%10%20%30%中国2018年：1.87万亿kWh26.7%!(南方能源观察)2）热能的高效高附加值利用3）减少输送损失电力系统低碳化带来的新需求电网新需求发电侧：调频，削峰填谷，黑启动；配电侧：调频，削峰填谷，黑启动。发电企业的强项1.发电资产（发电+储能）2.
5、运维技术3.专业人员发电输电配电可再生能源融入热能的高效利用用户中国电动车(用户侧)高速发展对电网可靠性的新需求传统电源系统比较（化石燃料集中式串联电力系统）远离负荷低效高碳可靠性差不可持续From SalmanK., PhD thesis. 2014更加靠近负荷 高效低碳高可靠性增加可持续分布能源的特征新时代新需求-智能化可持续的多能源多联供系统（微能源网）1. 2018年约50%世界人口在城市；2. 70%的能源消耗和GHG排放来自城市3. 世界城市人口增加：140万人口/周。C.WaibelC.Waibel, Diss. ETH No.25399(2018), Diss. ETH No.
6、25399(2018)世界城市化进展中国城市化进展中国城市群对分布式能源系统的特殊需求：能源高效供给与生态环境保护与修复（单纯追求GDP，粗犷经济的后遗症）1. 能源的多样性1-1.化石能源：天然气1-2.可再生能源：废热，太阳能，地热，生物质2. 耗能多样性的需求2-1.电能2-2.热能：高温蒸汽，饱和蒸汽，生活热水2-3.冷能：空调冷水，冷冻水，冰，超低温冷2-4.高压空气，氮气，氢气3. 城市群的生态环境保护与修复的需求3-1. 医疗废弃物，研究产生的废弃物3-2. 石油化工，生物制药等领域有机有害物质（苯，PCBS）国家发展战略与能源发展目标国家发展阶段目标：1.2020年： 全面建成
7、小康社会；2.2035年： 基本实现社会主义现代化；3.2050年： 社会主义现代化强国其中能源发展目标：清洁低碳，安全高效。重大国家发展战略：（1. 创新驱动战略； 2. 军民融合战略）1. 一带一路战略；2. 京津冀一体化战略; 3. 雄安新区；4. 长江经济带战略; 5.长三角经济区；6. 粤港澳大湾区等城市群发展战略；7. 海南自由贸易港。城市群中经济结构能源结构生态环境的创新国家发展战略-各城市群能源需求特点长江经济带战略京津冀一体化战略长三角经济区粤港澳大湾区国家发展战略-各城市群中共性难题长江经济带战略清洁能源及污水处理问题京津冀一体化战略雄安新区：生物质利用问题粤港澳大湾区区域
8、供冷问题分布式能源系统（协调转换系统）-基本构成from VTT TECHNOLOGY 224多种能源多种能源需求分布式能源系统（微能源网）控制：NOx，废热，噪音能源系统中分布式能源系统（微能源网）应该具备的功能：1）配合电网（配电网）提高供电品质，确保重要基础设施供电的安全可靠；2）促进能源系统的清洁低碳高效利用；3）促进解决区域的低碳，环保问题；4）促进区域经济的可持续发展；5）追求分布式能源系统的收益最大化。电网（配电侧）分布式能源系统（微能源网）：构成分布式能源系统 = 电网+能源站+用户群利用能源站资源主动帮助地域高效化清洁低碳化城市群中的分布式能源系统-思考特征（1）系统可持续发
9、展思考优化设计（2）跨界思考，多学科融合用户群能源站地域能源特点复杂系统（CPS）Cyber-PhysicalSystems网络-物理融合系统电网（配电侧）分布式能源系统高收益化的方向电网能源站用户群（提供有竞争性商品，技术，专业人员服务）用户群能源站地域能源特征提供综合能源服务电网辅助电力市场服务：辅助电网（调频，削峰填谷，黑启动等）用户群：能源商品；先进运维技术；节能减排技术；废弃物处理；讲述概要1. 能源系统中分布式能源的功能及发展；2. 华电电科院分布式能源关键技术研究；3. 介绍二个典型应用案例；4. 小结2. 华电分布式能源系统关键技术研究；（2011年-2019年立项研究的11项
10、技术）2项系统技术：2-1. 分布式能源系统负荷预测与系统优化技术；2-2. 分布式能源系统多目标评估评价技术；6项单项技术：2-3. 燃气分布式能源高效低成本环境友好NOX排放控制技术；2-4. 华电集团能源系统效益提升关键技术；2-4-1.高效径向透平发电技术；2-4-2.高效有机朗肯循环(ORC)发电技术；2-4-3.液态除湿剂辅助空调（LDAC）技术；3项综合技术2-5. 华电集团综合能源服务关键技术2-5-1.主动高效环保型分布式能源技术；2-5-2.基于水热碳化的生物质高附加值化技术2-5-3.新型大规模储能技术。规划初设设计优化建设运行维护/技改数值模拟技术团队1.是否按需配置?
11、2.配置的程度如何？3.可否系统再优化？4.需求变化如何确保收益？（关键优化指标）数值模拟+CMA测试团队1.如何经济（确保收益）运行?（关键优化指标）2.问题点，潜在问题是什么？3.如何对应？技术路线？CMA测试团队对系统实测1.设计建设如何?2.达到标准？3.问题？如何对应？2-1.多联供系统负荷预测/分析与装机匹配技术研究项目技术特征多联供系统负荷预测/分析与装机匹配技术研究负荷预测装机匹配综合评价工业负荷楼宇负荷规划阶段负荷预测方法设计阶段负荷预测方法运行阶段负荷预测方法1.可靠性3.能效性5.能质性综合评价模型形成热力系统设计优化方法，确定设计原则（经济，能效，环保）；运行优化策略。
12、医院商场办公酒店数据中心工业负荷预测方法工业负荷规范评价装机应用2.环境性4.经济性6.低碳性解析研究分布式能源系统评估评价研究与应用工业负荷数据库楼宇负荷数据库1.Energy1.Energy压差发电，ORC 发电2.Exergy2.Exergy液体除湿剂辅助空调3.Environment3.EnvironmentDeNOx技术；4.Cyber4.Cyber- -Physical Physical SystemSystem（CSPCSP）SecuritySecurity/ /ReliabilityReliability网络-物理融合系统的安全/可靠性5.High Profit5.High P
13、rofit高收益化技术大型储能技术6.Low Carbon6.Low Carbon生物质高附加值化（水热碳化，THC）2-2. 分布式能源系统多目标评估评价技术分布式能源系统2. 华电分布式能源系统关键技术研究；（2011年-2019年立项研究的11项技术）2项系统技术：2-1. 分布式能源系统负荷预测与系统优化技术；2-2. 分布式能源系统多目标评估评价技术；6项单项技术：2-3. 燃气分布式能源高效低成本环境友好NOX排放控制技术；2-4. 华电集团能源系统效益提升关键技术；2-4-1.高效径向透平发电技术；2-4-2.高效有机朗肯循环(ORC)发电技术；2-4-3.液态除湿剂辅助空调（L
14、DAC）技术；3项综合技术2-5. 华电集团综合能源服务关键技术2-5-1.主动高效环保型分布式能源技术；2-5-2.基于水热碳化的生物质高附加值化技术2-5-3.新型大规模储能技术。基于高效径向透平的分布式余压发电技术研究与应用完成单位：华电电力科学研究院有限公司汇报人: 阮炯明二O一八 年 三月2-4-1. *1 项目背景分布式能源的技术挑战之一（工业园区供热-压力温度不匹配）过热蒸汽流量3t/h-30t/h节能潜力巨大！电力目前面对供需双方参数不匹配的情况，传统的解决方法是通过减温减压装置，将供方的参数降低至用户端所需的参数，但使得所供蒸汽的下降很多，浪费了蒸汽做功能力。蒸汽品质：高压过
15、热蒸汽过热蒸汽减压膨胀发电装置减压阀蒸汽品质：低压过热蒸汽*1 项目背景不同膨胀机最佳工作区域流量指数轴向透平机（速度型）径向透平机（速度型）轴向与径向透平机的高效区域比较螺杆机（体积型）分布式余压利用要求：中小装机容量、适应波动参数、无油静音、空间小重量轻、运行成本低。径向透平机与轴向透平机相比，其在小流量时效率更高，且体积较小。径向透平机比螺杆机效率更高，噪声更低，无需润滑油，解决了润滑油污染过热蒸气问题。技术路线分析：膨胀机对比膨胀机选型*1 项目背景技术路线分析：轴承对比气浮轴承滚动轴承磁悬浮轴承构造简单可靠，气体消耗小，耐高温，无油静音油膜轴承气浮轴承动压：无需外部气源，承载能力较差
16、，易损坏静压：阻尼性能好，需要外部气源气体气体碳基多孔材料轴承选型*1 项目背景本项目膨胀机组基本构成：高速径向透平机+气浮轴承+高速永磁发电机高 速 永 磁 电机 ： 其 结 构简 单 ， 节 能效 果 显 著 ，提 高 了 运 行可 靠 性 、 电机 效 率 和 功率密度。高速径向透平机气浮轴承高速永磁发电机过热蒸汽过热蒸汽膨胀机组技术方案*2 技术研究单级高速径向透平机+气浮轴承+高速永磁发电机30kWe样机*3 技术特征知识产权序号成果类型成果名称编号状态1发明一种基于光储和余热余压发电智能供能控制系统及方法ZL 201620922112.7已授权2发明一种余热多级利用的分布式能源发电
17、系统及方法ZL 201610588259.1已授权3发明一种基于分布式余压发电的压力调节方法及系统201910208561.3提交申请4发明一种新型单级径向透平膨胀机轴向力平衡装置及设计方法201910225454.1提交申请5发明一种基于强化学习算法的分布式余压发电控制方法与系统201910258718.3提交申请6发明一种改进的高效径向透平分布式余压发电系统及其工作方法201910453805.4提交申请7发明一种高效分布式余压发电电能质量管理系统及方法201910185748.6提交申请8发明一种基于多目标优化算法的分布式余压发电系统调控方法201910892469.3提交申请2.3MP
18、a2.3MPa，258C258C1.0MPa1.0MPa，180C180C2.3MPa2.3MPa，258C258C1.0MPa1.0MPa，180C180C代替前550kW代替后*4 技术应用领域市场分析市场分析4.船舶领域可回收主机功率8%-10%，降低EEDI设计指数约5.2-7.5%3.供热领域替代减压阀节能6%-8%1.石油化工领域替代减压阀节能6%-8%新式径向透平2.天然气领域代替减压阀回收管路供气量的3%能量蒸汽流量15t/h2. 华电分布式能源系统关键技术研究；（2011年-2019年立项研究的11项技术）2项系统技术：2-1. 分布式能源系统负荷预测与系统优化技术；2-2.
19、 分布式能源系统多目标评估评价技术；6项单项技术：2-3. 燃气分布式能源高效低成本环境友好NOX排放控制技术；2-4. 华电集团能源系统效益提升关键技术；2-4-1.高效径向透平发电技术；2-4-2.高效有机朗肯循环(ORC)发电技术；2-4-3.液态除湿剂辅助空调（LDAC）技术；3项综合技术2-5. 华电集团综合能源服务关键技术2-5-1.主动高效环保型分布式能源技术；2-5-2.基于水热碳化的生物质高附加值化技术2-5-3.新型大规模储能技术。华电电力科学研究院水热碳化（HTC）技术HHydroydrot thermal hermal C Carbonization (HTC)arbo
20、nization (HTC)生物质高附加值化利用2018.06.202018.06.20华电电力科学研究院华电电力科学研究院国家能源分布式能源技术研发中心国家能源分布式能源技术研发中心阮炯明水的相图和HTC运行条件生物质（Biomass）生物质的HTC过程与地质变化相似性HTC过程的应用-综合能源服务潜力热-电商品Hans，et al. (2009) Italy基于HTC的生物质碳（Hydrochar）特征高温热解Biochar水热碳化Hydrochar水热碳化（Hydrochar)+高温热解（Biochar）=生物质碳（Biocarbon）Hans，et al. (2009) Italy生物
21、质（HTC）技术生物质碳（BioCarbon）,吸附剂, 催化剂等北方南方春季夏季秋季冬季热能的高附加值化利用-水热碳化（HTC）技术提高系统效益，增强综合能源服务质量潜在市场：现代农林，畜牧业等1. 创造热负荷，增加分布式能源系统效益2. 重要的低碳或负碳技术供热供冷HTCHTCHTC讲述概要1. 能源系统中分布式能源的功能及发展；2. 华电分布式能源关键技术研究与应用；3. 介绍二个典型应用案例；4. 小结华电电力科学研究院案例一：用分布式能源技术助力开发区打造世界一流绿色低碳示范区D D阮炯明2018.06.22.华电电力科学研究院华电电力科学研究院国家能源分布式能源技术研发中心国家能源
22、分布式能源技术研发中心华电xx分布式能源项目：能源站全景华电xx分布式能源项目：综合能源服务案例能源站0.80MPa200 15t/h0.80MPa200 18t/h4500h/a1.2MPa220 C0.40MPa，饱和40t/h,7500h/a0.7元/kWeh0.40MPa饱和10t/h7500h/a1. 蒸汽余压发电发电：1000kWe收益525万元/年发电：250kWe收益131万元/年xxx生物制药有限公司（年能源成本2亿元）3. CO2收集利用与封存（驱油）4. 催化湿式空气氧化技术2. 深度污水处理技术5. 多目标系统优化技术（系统优化，为用户提供用能用水管理技术服务）1. 蒸
23、汽余压发电预计项目年增收2000万元以上华电电力科学研究院案例二：雄安新区的生物质高附件值利用2017.05. 雄安新区阮炯明华电电力科学研究院华电电力科学研究院国家能源分布式能源技术研发中心国家能源分布式能源技术研发中心借助雄安科技力量，振兴白洋淀芦苇产业(淀畔新区/ 2019年01月10日)一、白洋淀芦苇叶包装；二、白洋淀传统苇编工艺升级；三、借助雄安新区科技力量。白洋淀芦苇产业遇“寒冬” 12万亩芦苇遭弃收（安新在线 / 2017年01月25日）白洋淀芦苇每年丢弃或烧掉5万吨 雄安新区发“英雄帖” 求解决方案(河北雄安新区管委会/ 2017年09月07日) 不能火烧、割除 600亩野生芦
24、苇如何处理成难题(武汉晨报/ 2018年10月17日)显在课题：12万亩芦苇高附加值利用问题Forestry Agency，Japan，2014潜在课题：雄安新区人工林废材高附加值利用2019年，61万亩林，森林覆盖率29%；2030年，85万亩林，森林覆盖率40%华电技术地热+太阳能+燃气分布式能源蒸汽（180-250）水热碳化技术土壤改良剂液态肥料碳材料，重金属吸附剂 雄安新区生物质高附加值利用综合能源服务案例负碳技术战略意义巨大，经济效果巨大。讲述概要1. 能源系统中分布式能源的功能及发展；2. 华电分布式能源关键技术研究与应用；3. 介绍二个典型应用案例；4. 小结华电分布式能源系统关
25、键技术研究（2011年-2019年立项研究的11项技术）2项系统技术：2-1. 分布式能源系统负荷预测与系统优化技术；2-2. 分布式能源系统多目标评估评价技术；6项单项技术：2-3. 燃气分布式能源高效低成本环境友好NOX排放控制技术；2-4. 华电集团能源系统效益提升关键技术；2-4-1.高效径向透平发电技术；2-4-2.高效有机朗肯循环(ORC)发电技术；2-4-3.液态除湿剂辅助空调（LDAC）技术；3项综合技术：2-5. 华电集团综合能源服务关键技术2-5-1.主动高效环保型分布式能源技术；2-5-2.基于水热碳化的生物质高附加值化技术2-5-3.新型大规模储能技术。1.Energy
26、1.Energy压差发电，ORC 发电2.Exergy2.Exergy液体除湿剂辅助空调3.Environment3.EnvironmentDeNOx技术；4.Cyber4.Cyber- -Physical Physical SystemSystem（CSPCSP）SecuritySecurity/ /ReliabilityReliability网络-物理融合系统的安全/可靠性5.High Profit5.High Profit高收益化技术大型储能技术6.Low Carbon6.Low Carbon生物质高附加值化（水热碳化，THC）华电电科院分布式能源系统关键技术分布式能源系统华电电力科学研究院分布式能源技术部国家分布式能源技术研发中心技术团队有信心，有能力为客户提供任何能源相关的综合解决方案谢 谢华电电力科学研究院：阮炯明手机/微信：18686469099