能源一体化系统手册 On behalf of: giz Fedeal Ministry for the Envirnment Nature Corservation and Nucler Sefety of the Federal Republic of Germany
Partl 富余可再生能源储能技术 Part 余能建筑 3 Part 余能城市区域 Part 一体化能源系统概念和方法 Part 项目组织和参与-建立多方合作网络 Part 能耗需求与供给潜力分析 Part 地理信息系统和大数据应用 Part 建模与模拟-能效分析
能源一体化系统 能源一体化系统是指综合考虑能源的供给、传输与存储、终端消费和回收等四个环节，在各个环节采用互相关联的技 术和管理措施，使得整个能源系统从整体上达到系统最优化 生产 分配&存储 消费与回收 热电联产 冷热蓄能 余热利用 可再生能源 制氯转换 需求侧管理 能源大数据综合管理平合 能效电厂 能效合作网络 能源服务 其中，在能源生产阶段主要考虑电力、热力和冷能生产，尤其是新能源生产的充分高效利用：在终端消费环节，考虑 能源的精确匹配，调节和高效利用等：在分配和储能环节，主要考虑通过有效的方式把能源的生产和消费更有效结合起来， 从面提高整个系统的效率.
而这些能源生产、传输、消费的环节信息结合起来，形成能源大数据综合分析，提供多种形式 的能源服务，并形成能效电厂、企业能效合作网络，优化能源生产和消费结构，降低20-50的初始能源资产投资和消费， 实现整个能源系统的优化.
下面分别介绍各个能源一体化模块.
Part 富余可再生能源储能技术 1.1概念 能源发电发展最大的问题，是可再生能源资源与需求的地域和时间的不匹配，发电的间歇性与不可预测性，导致可再生能 源产能利用率不到30%，浪费严重.
一方面，可再生能源的发电集中时间段与用电时间段存在着不一致性.
风电发电高峰一般集中在晚上，太阳能发电的 高峰集中在白天.
而工业用电的用电曲线较为平缓，居民用电则呈现白天、晚上两个高峰.
另一方面，随着季节、天气的变化， 可再生能源发电与用电曲线都会有相应的变化.
中国大部分地区春季风力发电输出最大，光伏发电夏天输出最高，而且发 电随天气原因剧烈变化而具有不可预测性.
太阳能、风能的间歇性、随机性，使得大规模的太阳能、风电并网会增加电网中功率平衡和稳定控制等问题的复杂性， 给电力系统的安全运行带来巨大挑战.
目前实际发电管理中，弃光弃风现象非常普遍，导致很多可再生能源发电不能上网.
太阳能和风能的不连续性的自然特性和其发电不易并网的特点导致了严重的电力闲置问题，这进一步增加了可再生能源发 电的生产成本，白白浪费了大量的资源.
储能技术可以适时吸收和释放能源，有助于实现电力系统在各种工况下的能量平衡，调整频率，提高光伏和风电等可 再生能源的利用率.
通过与能源存储系统的结合，在电力需求低时保窗下来电能用于用电需求高时用电，或者直接产生其他形式的能源.
据估计，通过能源存储，可再生能源的利用率可以从30%提高到60%，预计将减少电力生产成本的一半.
此外，从 能源存储装置中产生的蒋生电力和其他形式的能源是非常稳定、连续的，所以不需要更多的煤来维持电网的稳定性.
下面介绍几种新兴的可再生能源与储能技术结合的主要形式： 1.2可再生能源氢气/甲烷储能冷/热存储技术 1.2.1可再生能源氢气/甲烷储能 可再生能源-氢气储能系统主要由风力或者光伏发电系统、水电解制氢系统、甲烷合成系统和存储输送系统组成.
电网 A 天然气 风电 管网 CCPP 天然气 太阳能 /CHP 储 生物质 氢气储噬 刚余电力制氢 制甲烷 CH 生物质制 甲烷络罐 甲烷 力 CH. 来源: Hse the energy ransitin JEnergjewende °) is changing the German energy syshem 富余可再生菌源储技术
Part 富余可再生能源储能技术 制出的氢气可以通过罐装或者通过管道输送，用于各类用氢场所.
其应用场景主要为两个方面，一个方面是直接作为氢气供应，比如作为燃料或者还原剂用于工业，或者作为氢燃料电 池供给汽车使用，生产电力： 另一方面是通过与电厂的二氧化碳进行甲烷化反应产生甲烷，然后作为天然气进行存储或者加入天然气供应管道， 作为汽车燃料电池、工业发电或者供热燃料.
同时甲烷化过程中产生的热量可以回用到各个工业环节.
优势： 太阳能光伏发电和风力发电系统以制氢储能普代蓄电泡储能，主要有以下优越性： 第一，无论是高压贮氢还是金属贮氢，其能量密度均远高于蓄电池.
例如：经粗略计算，高压贮氢能量密度大约是铅 酸电池的4倍，金属贮氢大约是铅酸电池的6倍： 第二，氢的储存基本没有时间限制，而铅酸电池如长时间蓄电，必须考虑硫酸化和自放电问题： 第三，高压贮氢钢瓶及金属贮氢器的维护工作量极少，维护周期以若干年计.
铅酸电池的维护工作量大，使用寿命不长.
第四，氢气制备甲烷，加入天然气网络，可以直接利用现有天然气网络作为天然气使用，应用市场广泛.
局限： 1.成本约束： 目前制氢的方法主要有煤制氢、天然气裂解制氢、甲醇制氢和电解水制氢.
从每生产1立方米氢气的成本来看，煤制 氢成本不足1元，而可再生能源制氢成本在1.25-1.5元左右，没有竞争优势.
因此只能采用剩余可再生能源发电制氢，但 这种方式会降低制氢设备的利用率.
2.输送范围限制 在运输方面，如果通过车辆运输氢气，运输距离超过300干米就没有经济性了：如果建立管网输送氢气，涉及占地拆 迁等问题，难度也很大.
3.技术约束 传统的发电机电解制氢过程中需要稳定的电流和电压.
由于风力/太阳能发电是间歇性的，连接到该电源的制氢设备 很难正常工作，除非安装额外的变压器，但是这也提高了运行成本.
某些专利技术使制氢设备在任何的电流和电压下得以运行，尤其提高了在间歇性的风力/太阳能发电的下的产氢效率， 但是系统效率和稳定性仍然需要进一步提高.
4.效率问题 电能通过电解水产生氢气，需要考虑转换效率问题，目前的技术水平并不能高效的转换电能.
现在又发展出太阳能热 化学制氢，太阳能光化学制氢，太阳能光解水制氢，太阳能热解水制氢和光合作用制氢等等，都还不够成熟.
富余可再生南源储技术
