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  从短发-清华大学教授梅生伟:根据压缩空气储能的才智微能源网传统的互联电网,到微电网,微能源网,到今天提的智慧微能源网这三个阶段,每个阶段有生产、消费、基础、能量传级,尤其到了能源互联网阶段,我们看到储能和综合能源系统是能源互联网的一个重中之重。所以现在一个主题就是发展智慧微能源网,它是能源互联网的一个重要的形式,提升能源的综合利用效率。

  ——清华大学教授梅生伟

  2019年9月25日第二届中国储能西部论坛在青海举办。本次会议由中国能源研究会储能专委会,青海大学,黄河上游水电开发有限责任公司,国网青海省电力公司,青海能高新能源有限公司,华能清洁能源技术研究院,中关村产业技术联盟联合会,中关村海东科技园等联合主办,青海省清洁能源高效利用重点实验室、中关村储能产业技术联盟承办。北极星储能网对论坛进行全程直播。

  会上清华大学教授梅生伟作题为“基于压缩空气储能的智慧微能源网”报告

  以下为发言实录:

  清华大学教授梅生伟:尊敬的史局长,吴参事,尊敬的各位专家,领导:很荣幸有这个机会代表青海大学新能源学院汇报一下这几年我们在智慧短发-清华大学教授梅生伟:根据压缩空气储能的才智微能源网微能源网方面的工作,今天的核心是以压缩空气储能技术为核心,我们初步构建了一个智慧微能源网的平台。今天主要是分以下几个部分。

  首先,讲一下我们对智慧微能源网的理解,以压缩空气储能作为智慧微能源网的枢纽,打造了一个工程实践平台,这就是青海大学的智慧微能源网。这个平台就在我们图书馆的西侧,大概不到100米,欢迎专家、领导有时间去参观考察。实际上,图书馆本身也是我们图书馆微电网的一个重要部分。

  现在能源发展的形势,不管是全球,还是我们国家,应该讲都到了一个临界点,我们从能耗总量,能耗强度来讲,都高于世界的平均水平,所以发展清洁能源是能源升级转型的一个重要的战略举措。

  我们看能源电力系统的发展趋势,从传统的互联电网,到微电网,微能源网,到今天提的智慧微能源网这三个阶段,每个阶段有生产、消费、基础、能量传级,尤其到了能源互联网阶段,我们看到储能和综合能源系统是能源互联网的一个重中之重。所以现在一个主题就是发展智慧微能源网,它是能源互联网的一个重要的形式,提升能源的综合利用效率。

  我们在这里面,从微电网开始,一直到智慧微能源网,所谓微电网,从搞电的角度来讲,某一个区域内有清洁发电单元,有储能,用的电应该以自用为主,所以有它的四大特征,当然要严格限制排放。

  这样一个系统如何理解它的智能呢?有三个指标:安全、经济和环保。如果这样一个微电网在运营过程中具有多指标的运行能力,我们就把它称为智慧微电网。进一步把这个总结一下,智慧微电网网五大特征,尤其要求零排,自动实现发电,储电和外部配电网的交互控制,也就是平滑的切换,当然它的可靠性要高,并网、离网的干扰极小,自用电比例高。进一步把这个概念推广到智慧微能源网。它就是由微电网趋于热网,区域供能网等组成,关键要有能量的枢纽,我们看到这个枢纽可以是冷热电,比如说燃气三联供,热泵,气转电,有这样一个枢纽可以把冷热电集中起来,这几年我们做的一个工作就是压缩空气储能。运用这种储能把不同形式的能量耦合起来,形成一个能源网。

  这样的话,要做到智慧,也是五大特征,多能互补,热电气交通进一步扩展,并网,离网,平滑的切换,最大的一个要求是最大化的消纳可再生能源,总之,如果在数学上,在系统上要表述它的话,要具有安全、经济、环保等多指标能力,这就是它智慧或者智能的主要的特征。

  我现在介绍一下这个压缩空气储能技术,看一看是不是适合做能量的枢纽,这是我们8年前提出的非补燃压缩空气的原理,这个是非常朴实的,可以利用弃风弃光低谷电驱动压缩机,把空气压到高压储罐里,需要发电的时候,释放高压空气,再经过热罐的加热,实现高温高压的空气,带动发电机发电,这套系统有两个非常显著的特征,一个是全部过程为物理过程,它没有任何的排放,它的介质就是空气。

  第二,它是一个冷热电三联供系统,末端的膨胀的温度可以调节的,我可以调节到5度,2度,这样就导致输出电力的同时,可以输出能量存在热管里的压缩热拿去发电,中低端的比如200度、150度可以拿去供热,所以是天然的冷热电三联供。它对于环境很友好,因为介质就是空气,取之不尽,用之不竭,对环境不会有任何影响。

  这是我们做的一个世界上第一个500千瓦的非补燃的压缩空气储能,它的压缩机,储气罐,有热罐,存储压缩热,气和热一混合形成高温高压的空气,驱动空气透平发电,这个效率是40%,这个已经赶上德国补燃式的效率,但是把冷和热算是有72%,这个电站建在安徽芜湖,在高新区,有1千平方米,麻雀虽小但是五脏俱全,是一个可以并网的电站。

  我们对这个电站又进行了重大的改进,这个储热介质用的是水,要130度的话,就要加氮防止气化短发-清华大学教授梅生伟:根据压缩空气储能的才智微能源网,这个改成了高温的导热油,导热存储的温度能到320度左右,这样的系统形成了多能联供,多能联储的系统,这个是在现场建设的系统,这个也是世界上第一个光热负荷的压缩空气工业实验的电站。它可以输入光伏电力,也可以输入光热,它存储的是高压空气,另外它的压缩热,还有槽式机热气的热能存在导热油管里,它可以是四大美女热,冷,气。

  它的冷热电三联供系统,我们用它来构建整个校园的能源网,这个能源网有10个子系统,我们的人工智能调控中心组成,位于这个图的中间,这10个系统里,有多功能电站,有微电网,有光热,有第四代太阳能电池,等等,但是核心的这块是监控系统,还有压缩空气储能,就是把这些系统给它集成,做了一个综合的能源系统。

  外围黄色的表示的是电,中间红色是热,蓝色的是冷,是一个冷热电三联供系统。核心的枢纽,就是我的压缩空气储能。是多功能电站,我们有6种光伏组件,三种逆变器,10种组合方式,可以模拟西部电站主要的工作模式。

  这是一个光热系统,实际上的原理我不多讲,是由96片镜子,跟踪太阳,如果形成一个半径直径80厘米,600度的光斑,可以照射飞机的机翼,回收碳纤维,原理是光热电站的原理。

  这个是回收的飞机的碳纤维材料,有非常高的可利用的价值,是循环经济的一个重要的手段。

  进一步,我们设想我们国家有汽车,轮船的回收,我们在飞机回收方面还是空白,这个图表现的是美国亚利桑那飞机回收中心,我们去年还到美国考察过,现在我们南航、东航的飞机还是送到美国去,青海德德令哈的条件比美国亚利桑那好得多,阳光条件,干燥度,尤其能源供给的条件很好,海西州已经建立了一个物业的飞机的回收中心,正在建设中。这是用光热系统。

  进一步我们根据高原广袤的地域,还有充足的阳光条件,我们构建了一个太阳能热气能系统,就温室+烟囱,温室会升温,加上拔压,在底部装一个涡轮机,可以发电,这个系统就是利用充足的阳光和广袤的地域,没有任何的污染,建筑材料就是玻璃钢材和混凝土,白天可以全功率发电,晚上可以半功率发电,这是在青海大学构建的亚洲第一个能够发电的热气流系统,这样一个亮点项目,是我们做的光伏发电,光伏发电能够利用的光谱波长主要是紫外和可见光,大概200到800纳米,红外这块是没有用的,这个能量大将占42%左右,如何实现热电转换,就是这个技术的短发-清华大学教授梅生伟:根据压缩空气储能的才智微能源网核心,红外送到一个热端,传统的光伏这块就是用聚光的方式,还是光电转换,加上热电转换,这样的效率能到32%左右,有一个实验系统。

  我们就在图书馆建了光伏建筑一体化,我们叫BIPV,我们有光伏的屋顶,图书馆的采光房,我们装的是透明的采光电池,我们西边的幕墙是光伏幕墙,门口大家进门的栏杆是双面的电池栏杆,这样的系统在青海也是首个光伏建筑一体化的创新研究平台,我们可以说,它实现了绿色能源的技术美与现代建筑艺术美的协调。

  进一步要在边缘地区打造基于太阳能的人居环境,这是提供一个综合能源系统的解决方案,我的输入就是阳光,我用各种储能的装置,比如说油罐,水罐,可以蓄冷,可以储热,输出可以是冷热电,大家看一下我打造了100平米的人居环境,在这样的环境里,储恩的热,高端的300度的热可以拿去发热,150度的热可以做米饭,80度的热可以供暖,可以消毒,15度可以空调,可以实现边缘地区,高原地区,分布式,尤其是牧民,解决他的定居问题。

  进一步我们利用青海丰富的盐湖资源,做了一个太阳池的发电实验平台,这个在国外美国和以色列已经做的技术很先进了,它的原理也非常简单,就是修一个太阳能的盐水池,1到2米的深度就足以,因为盐的浓度有梯度差,在底层形成高浓度的对流层,可见光,尤其是紫外进入到底层,在底层能够形成对流,中间有一个隔绝层,底层的热量在不断的集聚,我们在学校校园里建了4个平米的系统,每天就能产生将近半吨的开水,所以热量是惊人的,这样的系统可以做有机工质的发电,这个是能源网的一部分。

  我们也引进了现在世界上最先进的热声发电系统,有吸热口,热能吸收器,吸热口的面积很小,效率很高,能到30%以上,非常安静,没有任何的噪声和其他的影响。基本的原理就是用太阳能的聚光,聚热,吸热,产生一个机械能,相当于一个压力杆,进行发电。这是在青海大学安装的一个国内外现在最先进的一个系统。顶端装上塑料袋,是因为这个系统是在北京设计的,拿到青海来以后,我们这里的阳光条件太好了,达到它的设计工况的上限,所以没办法装了塑料袋遮住一部分阳光。

  这是我们现在讲的智慧微能源网的监控系统,这个监控系统可以实现冷热电的安全、经济、环保的协调,也就是说智慧,能够实时显示10个子系统现场的运营情况。这是它的效益,大概1.7万米,在国内的高校里面,据我们了解,面积最大,设备最齐全,技术最先进的校园的微能源系统。

(责任编辑:DF515)



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