基于壓縮空氣儲能微能電網

內容提要創新理念：微電網與智能微能源網核心技術：壓縮空氣儲能3工程實踐：青海大學微能源網4展望2/

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小水電站風電站MG示意圖光伏電站逆變器自用DC負荷儲能設備逆變器自用AC負荷10kvAC總母線配電網自用DC負荷一

創新理念：微電網與智能微能源網1.1

微電網（Microgrid,MG）微電網：在一個區域內，由至少一種清潔能源發電單元和一種蓄能單元所組成的，其所發電能為該區域自用為主的發供電系統。

3/

36有一定容量的儲能單元嚴格實現CO2及其它污染物的零排放所發出的清潔能源以區內自用為主；不足或多余之電量可與外部配電網（一般為35千伏）互調節總裝機容量一般小于雙位數兆瓦級微電網的四大特征一

創新理念：微電網與智能微能源網

4/

36儲能設備光伏電站小水電站風電站逆變器自用AC負荷AC母線逆變器自用DC負荷SCADA趨優化控制中心SMG示意圖配電網1.2

智能微電網（SMG）智能微電網：一個在運營過程中具有多指標(安全、經濟、環保)自趨優能力的微電網。一

創新理念：微電網與智能微能源網

5/

36具有微網的所有特征，特別是零碳排放的特征自動實現發電、儲電、自用電以及與外部配電網交互電量的趨優化控制微電網內部的保護系統實現優化配置，其優化指標為設備安全和全微電網年平均停電時間極小控制系統能實現微網與外部配電網“并網”與“離網”的干擾極小化5）自用電比例高智能微電網的五大特征一

創新理念：微電網與智能微能源網

6/

36一

創新理念：微電網與智能微能源網1.3

多指標自趨優的實現途徑——工程博弈論決策問題 博弈格局 特點實例多目標優化 多人靜態博弈自發形成均衡，避免主觀性微能源網低碳經濟調度魯棒優化零和博弈大自然作為虛擬決策者，完全競爭，安全微能源網魯棒經濟調度魯棒控制微分博弈微能源網分布式控制多層優化主從博弈考慮參與者實施策略的權限和時序微能源網市場均衡分析決策者理性有限電網演化演化分析 演化博弈

NR-PSS

（盧院士）反饋Nash均衡三代電網

（周院士）演化穩定均衡7/

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微電網群：n個智能微電網由低于35千伏電壓等級線路聯接成的統一電網；若該微電網有m個端點與外部配電網聯接，應遵循條件

m＜n。No.

1SMGNo.

??SMGNo.

nSMG配電網No.

1

出線10千伏 No.2SMG1.4

智能微能源網群8/

36一

創新理念：微電網與智能微能源網

一

創新理念：微電網與智能微能源網1.4

智能微能源網群微能源網：由微電網、區域熱網、區域供冷等組成的能源網絡，其關鍵元件為能量樞紐（Energy

Hub）。智能微能源網：在運營過程中具有多指標（安全、經濟、環保）自趨優能力的微能源網。智能微能源網群：若干智能微能源網耦合的智能能源系統。電能天然氣熱能CHPHP(熱泵)G2P（氣轉電）區域供電區域供熱區域供冷Hub

i9/

36Hub

jHub

k供冷供冷熱、電熱、電DHN

區域熱網MG

微電網

網內/間主從博弈網內Nash博弈網間分布決策網內單元自治能源樞紐風光發電冷/熱聯供儲能裝置市場均衡網間協調網內EMSN-S-N均衡自趨優安全、經濟、環保自愈self-healing彈性resilient一

創新理念：微電網與智能微能源網1.5

智能微能源網群的博弈模型及N-S-N均衡分布自治—集中協調優化調度分布自治 集中協調

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36主從博弈關鍵技術能源樞紐電網熱網風光發電燃氣輪機用戶協調信息微能源網合作/非合作博弈異構調控集成：基于事件驅動、協同自律原則的弱耦合系統設計與實現多重博弈協調：實現不同時間尺度、空間分布、運行機制的微能源網（群）博弈過程的協調一致一

創新理念：微電網與智能微能源網1.6

智能微能源網控制與調度的博弈構架微能源網（群）調控中心最優潮流11/

36

風光出力

(w)儲能裝置調節(s)冷、熱、電綜合調度

(x)一

創新理念：微電網與智能微能源網12/

36智能微能源網控制與調度的博弈構架多決策主體不確定系統的動態博弈建模將電/熱/冷作為決策主體進行三人對策，求解最佳調度策略minmaxmin????,??,

???? ?? ??St.電網約束；熱網約束；冷網約束；能源樞紐接口

TICC-500

壓縮空氣儲能系統二

核心技術：壓縮空氣儲能國網重大科技專項壓縮空氣儲能發電關鍵技術及工程實用方案研究項目負責人盧強承擔團隊盧強院士團隊、周孝信院士團隊、周遠院士團隊合作單位上海電氣電站集團 上海大隆機器廠上海電氣電站工程公司 江蘇太陽寶新能源有限公司上海鍋爐廠 中國南海工程有限公司上海電機廠 安徽欽華新能源有限公司蕪湖市高新開發區政府主要內容1、500kW非補燃壓縮空氣儲能動態模擬系統2、10MW大型壓縮空氣儲能發電系統工程技術方案產、學、研、政結合的項目團隊！TICC-500，Tsinghua-IPC-CEPRI-CAES

冷-熱-電三聯供，綜合效率高壓縮機儲氣裝置透平膨脹機發電機回熱系統非補燃壓縮熱回收高壓儲罐電能輸入壓縮熱（供暖）低溫空氣（制冷）輸出電能TICC-500壓縮空氣儲能系統非補燃壓縮空氣儲能系統流程圖二

核心技術：壓縮空氣儲能

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36清潔Energy

HubTICC-500壓縮空氣儲能系統二

核心技術：壓縮空氣儲能壓縮機透平發電機儲氣環節蓄熱單元風光水電光集熱器熱區域供冷區域供電區域供熱

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36500kW系統參數配置儲氣壓力10MPa儲罐體積100m3壓縮機級數5級充氣時間5.5h發電時間1h電-電效率40%能量綜合效率72%儲氣罐壓縮機空氣透平發電機監控室儲熱系統創新點壓縮熱回收(Heat

Recovery)：綜合利用效率高非補燃(Without

Afterburning)：低碳效益顯著高效儲存(High-efficientContainers)：高能量密度TICC-500壓縮空氣儲能系統減速器二

核心技術：壓縮空氣儲能

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36TICC500

壓縮空氣儲能系統視頻展示二

核心技術：壓縮空氣儲能

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36三

工程實踐：青海大學微能源網七大項目：50kW多功能光伏電站（校園消納）50kW光熱回收飛機碳纖維（光伏驅動）100kW壓縮空氣儲能（清潔儲能）高原熱氣流發電（太陽能發電與生態保持于一體）100kW光熱光伏復合發電系統（新型全光譜發電）110kW圖書館微電網系統（建筑與光伏發電技術相結合）微能源網綜合監控系統（多指標自趨優）

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3619/

36三

工程實踐：青海大學微能源網50kW多功能光伏電站50kW光熱回收飛機碳纖維100kW壓縮空氣儲能高原熱氣流發電100kW熱電光伏復合發電系統110kW圖書館微電網系統校園電、熱、冷負荷需求熱 冷網 網基于微能源網的理念，實現能量的綜合高效利用微能源網綜合監控系統市政熱網

項目背景：光伏發電新材料、新技術蓬勃發展光伏發電效率對電站運行效益至關重要各種光伏發電技術的評估和優化需要測試平臺項目1：50kW多功能光伏電站三

工程實踐：青海大學微能源網

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36項目1：50kW多功能光伏電站六種光伏電池組件：單晶、多晶、雙面、碲化鎘、非晶、銅銦鎵硒三種逆變器：

微型逆變器、智能優化器、組串式逆變器十種組合方式：組件、逆變器、支架分別組合）年發電量8萬度國內首座組件類型齊全、測試功能完備的實驗電站服務于青海大學新能源光伏發電及材料專業的教學科研三

工程實踐：青海大學微能源網

21/

36項目2：50kW光熱處理飛機碳纖維（光伏驅動）項目背景：

到2025年全球將有超過8500架左右的民用飛機退役，我國客機2200多架，未來十年也將迎來飛機的退役高峰，對其回收處理勢在必行如何高效、環保的回收碳纖維成研究熱點

青海大學與波音公司聯合開展了光熱回收碳纖維材料的技術研究，以期實現碳纖維回收技術的新突破三

工程實踐：青海大學微能源網

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36青海大學首個國際合作項目（美國波音公司）世界上首個光熱回收飛機碳纖維系統三

工程實踐：青海大學微能源網23/

36項目2：50kW光熱處理飛機碳纖維（光伏驅動）

青海大學首個國際合作項目（美國波音公司）世界上首個光熱回收飛機碳纖維系統定日鏡面積：125m2加熱功率：50kW加熱溫度：400-600℃高精度自動跟蹤控制兩步法光熱回收飛機碳纖維系統三

工程實踐：青海大學微能源網項目2：50kW光熱處理飛機碳纖維（光伏驅動）

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36項目3：100kW壓縮空氣儲能項目背景：美歐等眾多高校校園光伏工程建設如火如荼，基本實現校園能源供應系統自給自足國外校園光伏工程多數采用柴油發電機組或蓄電池做為應急電源清華大學研發成功非補燃壓縮空氣儲能發電技術，無需燃料補燃，零排放25/

36三

工程實踐：青海大學微能源網

電換電儲能效率可達50%以上空氣透平直聯高速發電機，通過先進的電力電子技術實現調頻、調壓及精確快速響應控制太陽能光熱復合的壓縮空氣儲能發電系統槽式太陽能聚光非補燃壓縮空氣儲能三

工程實踐：青海大學微能源網項目3：100kW壓縮空氣儲能

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36項目4：高原太陽能熱氣流發電項目背景：太陽能熱氣流發電利用太陽能使集熱棚內的空氣溫度升高，密度降低，與外界環境間形成氣壓差，通過煙囪引導棚內空氣產生上升氣流，從而驅動渦輪發電機發電運行過程中不產生任何污染適宜于沙漠、戈壁等環境利用其溫室效應可改善局域環境27/

36三

工程實踐：青海大學微能源網

高原富光地區熱氣流發電技術特性研究集水土保持、農業生產及熱氣流發電等多功能于一體的系統方案設計與優化青海地區太陽能熱氣流發電技術應用的可行性分析集熱棚直徑15米，煙囪高度15米通過在集熱棚內布置蓄熱材料，延長發電時間，調節出力特性青海地貌適宜于發展熱氣流發電，同時熱氣流發電具有改善環境的功能三

工程實踐：青海大學微能源網項目4：高原太陽能熱氣流發電國內首個高原地區熱氣流發電系統

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36項目5：100kW光熱光伏復合發電系統三

工程實踐：青海大學微能源網

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36項目5：100kW光熱光伏復合發電系統將太陽能熱電轉換技術和光電轉換技術進行低成本集成復合，發展太陽能高效熱電－光電復合發電技術國內首個全光譜復合發電系統，開辟了太陽能全光譜直接高效發電技術的新途徑，拓展了高效太陽能發電的新領域三

工程實踐：青海大學微能源網共5套，每套設計發電功率20

kW，合計100

kW，總共占地面積約1000m2

30/

36項目6：110kW圖書館微電網系統項目背景：光伏建筑一體化技術是實現分布式光伏發電的最有效形式，引領著分布式光伏發電、微電網的技術發展實現了光伏發電與建筑的結合，從而不占用額外的地面空間，是光伏發電系統在城市，特別是西部偏遠地區廣泛應用的最佳方式三

工程實踐：青海大學微能源網

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36項目6：110kW圖書館微電網系統青海省首個光伏建筑一體化創新研究平臺綠色能源技術美與現代建筑藝術美的協調三

工程實踐：青海大學微能源網采光頂屋頂光伏幕墻圍欄

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36項目7：微能源網綜合監控系統項目目標：實現六大系統遠程集中監控、統一管理和能量優化調度基于微能源網的歷史/運行數據，開展研究工作（仿真模型校驗、高