可再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统，包括水力发电系统、风能发电系统、太阳能发电系统、生物质发电系统，上述各发电系统均输出电能供给汽车充电站，组成电源供给系统；所述太阳能发电系统的太阳能收集装置分布于水库、各发电系统屋顶；风、水电制氢系统制得的氢与二氧化碳、沼气混合作为气源提供给燃气汽车和民用加气站，形成气源供给系统。本发明配置合理，利用植树和水力变燃气与养殖厂及煤电厂排放的二氧化碳结合增加碳中和；为绿色煤电、循环和低碳高效水电及农业发展，打造低碳电力与抗霾能源互联网、低碳服务区及碳中和甲烷工厂，实践能源革命，推进绿色、循环、低碳发展，成本低，效果好。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可再生能源发电和配电系统。 可再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统
【背景技术】
[0002] 国家可再生能源法所称的可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热 能、海洋能等非化石能源。三中全会提出：要紧紧围绕使市场在资源配置中起决定性作用 深化改革。推动资源配置依据市场规则、市场价格、市场竞争实现效益最大化和效率最优 化。我国现有风能和太阳能互补电站，但尚无风能、太阳能、水能、生物质能和充电站连为一 体的电站。一体化使用，积小胜为大胜，以空间换时间，通过电价附加收入，为低碳城镇及矿 区提供财政支持，不但利于新能源汽车，还能带动城镇化发展，实现效益最大化和效率最优 化。
[0003] 碳交易是指，把二氧化碳排放权作为一种商品，从而形成了二氧化碳排放权的交 易。碳中和，是通过计算二氧化碳的排放总量，然后，透过植树等方式把这些排放量吸收掉， 以达到环保的目的。我国从2011年开展碳交易试点。现在一吨碳平均价格稳定在80元左 右，交易量为12万吨。截至2014年5月23日，碳交易累计成交385万余吨，交易金额为 12501万元，成为全球的第二大碳交易市场。
[0004] 据《可再生能源：德国的一场绿色赌局》（2013-04-18中国科学报）报道，在斯图 加特郊外一个工业仓库，煤烟滚滚的场景即将成为过去，迎来的是德国绿色能源的光明未 来。这里的电力变然气（P2G)试点工厂是同类型里全球最大的，该项目用来应对太阳能和 风能发电不太稳定的问题。在晴天或是有风的天气，多余的电可以用来制造甲烷，当无风或 是天色黑暗时，这些甲烷可以被存储然后燃烧发电。对P2G存储的探索是德国雄心勃勃的 Energiewende (又称能源转换计划）的一部分，预计项目的总成本最高可达1万亿欧元。 [0005]《第三次工业革命》作者里夫金说：说："德国宣布全面转向可再生能源战略，用氢 气或其它方式储存，加上零排放交通方式，将会创造数百万个就业机会，使德国成为新一轮 革命领头羊。"奥迪计划到2020年将实现六位数的电动车年销量。2013年，德国勃兰登堡 州"ENERTRAG低碳发电站"投产。然而，由于成本较高，德国投资达1万亿欧元的能源转型 计划陷入了"困境"。因此，取长补短，与德国的"能源转型"项目优势互补，打造绿色、循环、 低碳发展的"碳中和工厂及友好城镇"、"碳中和智能充电加气服务区"可以双赢。
[0006] 资料显示，我国小水电发电量相当于两个三峡水电站，为1600多亿千瓦时，替代 燃煤发电，相当于节约了 5500万吨标准煤，减少二氧化碳排放1. 4亿吨、二氧化硫排放70 多万吨。2013年至2015年底，我国在全国范围内全面实施农村小水电增效扩容改造。此 前，我国1995年底前建成且尚在运行的农村水电站约有2. 2万座，装机容量1800万千瓦。 改造前装机容量88万千瓦、年均发电量27. 5亿千瓦时，改造总投资37. 5亿元，其中中央补 助12. 3亿元；改造后装机容量110万千瓦、年发电量达到39. 1亿千瓦时。然而，目前全国 高达4一5万家的小水电站，拥有5000万千瓦以上的发电总量，却因电价偏低、政策扶持偏 弱而举步蹒跚。去年，云南省就因为水电上网电价过低而出现了高达100亿千瓦时的弃水。 因此，只有改革创新，重新洗牌，搞好中国能源四大"革命"，才能走出困境。
[0007] 以湖南为例，该省对不能调节的小水电实行峰谷丰枯考核电价。每年4、5、6、10月 份，执行丰水期电价在均价基础上下浮三分钱，因为这4个月雨水充沛，发电量多，电价被 惩罚性降低。每年12月至次年2月份，执行枯水期电价，在均价基础上上浮四分钱，因冬季 少雨，发电量少，电费也就不多，一年平均下来，小水电的实际上网电价比目录电价减少了 15%，也就是说又人为降低了 0.03元/千瓦时。目前，湖南祁阳县共有小水电站45座，总装 机122075千瓦，由于当前上网电价太低，物价上涨，劳动力成本上升以及安全生产、环境保 护、水土保持、移民安置和森林稻田等恢复费用日益提高，加之天气气候的改变，灾害性气 象增多，全县45家小水电企业中，亏损的39家，停建的4家，倒闭和濒临倒闭的2家，无一 家赢利。
[0008] 如此困境的不单单是祁阳县或湖南省，贵州、陕西、广东、福建、云南、重庆、四川、 海南以及新疆等省份小水电企业都不约而同地陷入了艰难困境。2008年贵州习水县32个 电站全部处于万'损状态，万'损率商达100% ;陕西Μ舉县19个小水电站中，万损率商达80% 以上。《电力法》，曾明确规定了"同网同质同价"的基本电价原则。近15年来，水电火电差 距反而越来越大。因此一方面应取消以降低小水电上网电价为目的的强行的"峰谷丰枯"分 时段电价，没有调节能力的径流式水电站可选择平均上网电价；取消"一站一价"、"老电站 老价，新电站新价"、"小机组低价，大机组高价"的不合理上网电价政策；改变歧视老电站、 小电站和民营电站的做法。
[0009] 另一方面，将"丰水期"的电力，与燃煤电厂或沼气厂的二氧化碳合成甲烷，可以使 水电站的效益"翻一番"。假如将2/3左右的常规水电直接上网，由市场来决定上网电价； 1/3不能调节的"丰水期"电制氢混合发电或作为气源提供给燃气汽车和民用加气站，就能 实现效益最大化。目前，我国风能上网0.5元/ (kW，h);水能0.2?0.4元/ (kW，h);生 物质0.75元/ (kW*h);制氢燃料成本小于0.20元。也就是说，利用"丰水期"制氢发电成 本最多不超过0.55元/ (kW*h)，按生物燃气上网电价0.75元/ (kW*h)计算，每度电至 少有0. 20元的利润。另外，利用我国现在水电站的"峰谷丰枯"低价电来制氢与二氧化碳 合成甲烷的"水力变燃气"（水变气）成本比德国目前利用"风电一电力变然气"（P2G)工厂 的"风氢燃料"成本要低。
[0010] 每合成1〇吨甲烷可消耗28吨二氧化碳。利用植树和水力变燃气与养殖厂及电厂 排放二氧化碳结合可为应对气候变化，增加碳中和；为绿色煤电、循环和低碳高效水电及农 业发展做出巨大贡献。我国养殖场沼气中含有60?70%的甲烷；30?35%的二氧化碳，利 用水力变燃气制氢与二氧化碳合成甲烷，不但防治了畜禽养殖污染使我国养殖场成了"碳 中和"养殖场，还能提高沼气的效益，带动沼气跨越发展。火电厂是最大的碳排放源，中国火 电厂排放的二氧化碳接近总排放量的1/2。所以，利用火电厂二氧化碳与水力变燃气制氢与 二氧化碳合成甲烷，是人类和我国减少二氧化碳进入大气层最有效措施。
[0011] 我国电力供应的80%源于燃煤发电，治理雾霾，实现绿色发展、循环发展、低碳发 展，推广示范"绿色煤电"和"水力变燃气"至关重要。我国在常规燃煤电站捕集二氧化碳 方面已做出很好的探索。2007年，华能热电厂成为第一家具有二氧化碳捕集设施的高效、节 能、绿色环保燃煤电厂。该项目二氧化碳回收率大于85% ;年回收二氧化碳3000吨，分离、 提纯后的二氧化碳纯度达到99. 5%以上，可用于食品行业。如与1000?3000千瓦小水电 配合，利用水变气制氢，可形成年产1000吨甲烷的"碳中和燃气(罐)"工厂。该设施每天最 多将生产4000立方米的合成甲烷，可为1500辆汽车提供碳中和燃料，这为我国应对气候变 化和低碳发展打开了 一个巨大的新天地。
[0012] 2013年，奥迪利用风能在埃姆斯兰县韦尔特展示了每年可消耗2800吨二氧化碳 的e-gas工厂。奥迪董事会主席施泰德表示：实现碳中和是我们的目标。德国太阳能和氢 研究中心运营着能源转型的核心项目-电力变燃气（P2G)实验工厂，但目前只能把50%的 电力转化为甲烷，同时仍在为提高甲烷纯度而努力。现在要大规模地用作奥迪汽车，还要假 以时日。事实上，利用中国"峰谷丰枯"电制氢，合成甲烷，作为气源提供民用加气站，生产 的"碳中和燃气罐"比起目前我国城乡居民普遍使用的"煤气罐"不但价格低，而且质量高。 因此，应与德国奥迪公司或太阳能和氢研究中心优势互补，合作成立全球首个"碳中和燃气 (罐)"工厂，加快世界"垃圾电制氢"合成甲烷的产业化进程，为实现我国水电的效益最大化 和效率最优化做示范。
[0013] 自《政府工作报告》提出"向雾霾宣战"以来，抗击雾霾已成举国关注的大事。雾 霾乃燃煤和燃油所致，防治雾霾有三招；，第一是减煤；第二是控车；第三是植树。目前，不 用燃油的电动车利好层出不穷。继国务院宣布免征新能源车车辆购置税后，借新能源汽车 东风，国家电网公司将在京港澳高速北京至湖南段1500公里内，平均每38公里建设一对智 能充电服务区，并在明年实现全线覆盖。我国高速公路沿线分布着各类城镇。中央城镇化 工作会议指出：推进城镇化，要坚持生态文明，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展。
[0014] 因此，作为充分发挥市场和政府"两个作用"，实现效益最大化和效率最优化的实 践。应抓住每38公里建设一对智能充电服务区的契机，以服务区带动新城区，构筑太阳能 屋顶，植树造林，增加碳汇，协助降尘。利用好水电风电站、秸杆循环发电厂，让高速公路成 为替代煤炭和抗雾霾的绿色长城与低碳发展领头雁。从而，抓住市场这只看不见的手，在政 府"第一推动力"的引领下，"减煤增水"，理顺水电和沼气价格，促使电价市场化，积小胜为 大胜，以空间换时间，通过电价附加收入，为低碳城镇发展提供财政支持，创造可再生能源 的"井喷"行情，使城镇化进入绿色、循环、低碳发展的快车道。
[0015] 近年来，中德在电动车和充电站方面的合作加快。两国将在电动车相关充电标准 方面开展合作，中德电动车的充电接口将完全统一，未来比亚迪、宝马、奔驰等车企的新能 源汽车将采用完全统一的充电接口。德国汽车企业未来将大举进入中国市场。大众中国总 裁兼CEO海兹曼说：包括今年开始进口一定数量的 e-up!。电动版高尔夫将紧随奥迪e-Tron 进入中国，此外，保时捷Panamera插电式混合动力车已经面市。2016年我们将着手开始在 本土生产奥迪A6插电式混合动力车；此外，德国汽车企业还将推出大众C级车，与奥迪A6 一样也是插电式混合动力车。之后，还会陆续推出更多新车型。
[0016] 专家指出，中国70%的电力来自煤炭，如果不能利用风能、太阳能、水能、生物质能 替代煤炭，电动汽车非但不是真正的"零排放"，反而是将"污染前移"。城镇化发展使用的 电力，不仅要"低碳"还要"低价"。现阶段，电动汽车充电站执行工业电价，约〇. 95?1. 25 元/ (kW · h)。风能上网0· 5元/ (kW · h);太阳能0· 85元/ (kW · h);水能0· 2?0· 4元 / (kW*h);生物质能0.75元/ (kW 4)。在水电站、秸杆和充电站安装风机和光伏电池板， 成本低、上马快、效益高。由可再生能源发电，每发一度电至少有〇. 1?〇. 4元的利润。
[0017] 我国高速公路沿线有大量的水电站和秸杆发电厂。水电是替代煤炭发电和应对气 候变化的有效途径之一；秸杆发电不仅能替代煤炭，防治空气雾霾，还能大量减少二氧化碳 排放。现在，风光水互补电站技术已非常成熟，管理也十分方便，以服务区带动新城区，打造 充电与城镇两用低碳互联网，一般一个月内就可建成投产。建设一个結杆与风光水组合发 电的"抗霾低碳微电网"，投资仅一个300万的电动汽车充电站的十分之一。而且，风电和光 伏可利用水电、秸杆和充电站的屋顶，比如，建设一个30千瓦互补电站约30万元。3个由3 千瓦风机和1千瓦光电板组成的总功率12千瓦电站约12万元；余下的8万可植树造林，10 万可用于并入水电或秸杆电站的上网系统。
[0018] 比如，京港澳高速河南段有26座充电站。分别位于豫冀界、郑州东、安阳、鹤壁、 新乡、原阳、新郑、许昌、漯河、驻马店、确山、信阳、灵山13个智能充电服务区和大中小型城 镇，河南农村水电总装机超过33万千瓦。信阳智能充电服务区附近的南湾水电站属坝后式 电站，装备有4台1360kW水轮发电机组。鹤壁、许昌、潔河、驻马店等智能充电服务区附近 有国能生物发电集团的浚县、鹿邑、扶沟、上蔡4X30MW秸杆发电厂，总装机超过10万千瓦。 河北现有国能威县、成安、南宫、吴桥的4 X 30丽秸杆发电厂，总装机也超过10万千瓦。如 果河南每个智能充电服务区所需容量为800kW，13个共1万千瓦。也就是说，以服务区带动 新城区，打造充电与城镇两用低碳互联网，秸杆和水电发出的电力，除了满足供应高速公路 服务区外，大部分还可以供应沿线打造绿色、循环、低碳型城镇。
[0019] 为此，第一，应由政府牵头组织国家电网公司、生物质发电集团、水利水电工程和 植树造林专家，对高速公路为切入点，建设减煤抗霾充电网带动沿线城镇绿色、循环、低碳 发展的可行性进行专题调研；第二，组建"国家低碳电力和抗雾霾"基金会及实验室，为城镇 化绿色、循环、低碳发展，提供财政支持，打造一个科技创新公共平台；第三，选择高速公路 智能充电服务区、沿线城镇、生物质与水电站，利用财政补助，建立抗雾霾和实践能源消费、 供给、技术和体制四大"革命"的"风光互补智能充电服务区"和"绿色、循环、低碳城镇"示 范点。这样，发动群众，主动出击，沿高速公路和附近的城镇，在最短时间内，运作起防治雾 霾的人流、物流、资金流、信息流最经济的互动，召唤出一条条绿色抗霾产业链；一座座循环 工业园、一个个低碳城市群生态圈。打一场减煤、控车、植树、降尘的"人民战争"，在防治雾 霾和能源革命中实现效益最大化。
[0020] 使市场在资源配置中起决定性作用、更好发挥政府作用，既是一个重大理论命 题，又是一个重大实践命题。国家电网董事长刘振亚提出"全球能源互联网发展构想"，他 认为：新一代的全球能源系统，是基于现代网络产业、控制技术和信息技术，以坚强智能电 网为主要载体，由新能源、大型能源基地、分布式电源共同构成的，安全性高、可靠性好、配 置能力强、绿色低碳的"全球能源互联网"。发展充电与城镇两用低碳互联网，不但安全可 靠，而且上马快(如1兆瓦光伏电站投资1000万1个月就能建成投产）还能互补和调峰。
[0021] 目前，世界上只有美国的特斯拉公司有一个建设费达6, 000万美元的超级充电网 计划。去年，其在美国101高速公路上共建了 5个充电站，在投入使用的4个充电站中，有 3个充电站由含有煤炭发电的电网供电，另外1个由装备有能够产生30千瓦电力的太阳能 电池板提供电源。假如在现有的生物质、水电和充电站，率先全球实现可再生、分布式、联起 来、开放性和融进去的目标。半年内，就能将"全球能源互联网发展构想"变成"全球能源互 联网发展实践"。
[0022] 我国京港澳高速公路湖北段已有太阳能充电站，但充电价格是常规的2倍，达2元 以上，这是消费者所不能承受的。如果设计一个由"秸杆+光伏"提供低碳电力的微电网，率 先在国能生物发电集团现有的，例如江苏射阳、淮安或邳州1X 3(MW秸杆发电厂的屋顶上 安装若干光伏电池板，加上秸杆发电，共同为附近现有的电动汽车充电站和"生态小城镇" 提供城镇和充电站两用的"低碳电力"，比美国和湖北的"太阳能充电站"经济效益要高得 多。
[0023] 我国不少地区水能和生物质能资源丰富，是实践习总书记首提的四大"能源革命" 和发展"低碳城镇"的好地方。比如，花5万元，在水电站安装5千瓦的太阳能或风电装置， 并入水电上网系统就很简单。但关键是"风光水"混合上网的电价，只有通过高层解决。目 前燃煤发电厂灰库给自然环境造成的破坏堪忧。如果用秸杆和沼气替代煤炭发电，将有希 望解决这一问题。因为，秸杆发电厂的灰渣可以加工成生物质复合钾肥；沼气发电厂的沼渣 也是一种生态有机肥。
[0024] 目前的水电上网电价形成机制并不能反映能源输出大省的合理经济诉求。因此， 要加快可再生能源替代煤炭进程，构建有效竞争的市场结构和市场体系，形成由市场决定 能源价格的机制。为此，要加快建立"能源革命"示范点。可以从三个项目做起。1、建设生 物质电厂并通过变废为宝改造煤电厂灰库；2、成立"沼气种养合作社"，建设"沼气+水电+ 焦炉气"水电变燃气"减煤增水电站";3、加强与德国合作发展"水变气"电站和奥迪汽车及 "碳中和"工厂。
[0025] 1986年3月，邓小平同志在"关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议"上，做 出了"此事宜速作决断，不可拖延"的重要批示。为我国高技术飞跃到世界最前沿的起到至 关重要的作用。最近，习近平首提中国能源四大"革命"，中央特别强调要还原能源商品属 性，构建有效竞争的市场结构和市场体系，形成主要由市场决定能源价格的机制。世界可再 生能源委员会执行主席Harry Lehmann说："德国的能源转型计划可能会引发全球性的能 源革命。"因此，跟踪研究德国能源转型计划，加强与国外合作共赢。建设"沼气+水电+焦 炉气"水力变燃气"减煤增水电站"；与加强德国合作发展"水变气"电站、碳中和燃气（罐） 厂和奥迪汽车；创建世界上首个"低碳能源特区"、"抗雾霾微电网"和"碳中和友好城镇"可 以一举多得。
【发明内容】
[0026] 本发明的目的在于提供一种融合多种能源于一体，促进绿色、循环、低碳发展的可 再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统。
[0027] 本发明的技术解决方案是： 一种可再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统，其特征是：包括水力发电系统、 风能发电系统、太阳能发电系统、生物质发电系统，上述各发电系统均输出电能供给汽车充 电站，组成电源供给系统；所述太阳能发电系统的太阳能收集装置分布于水库、各发电系统 的屋顶；风电、水电制氢系统制得的氢与二氧化碳、沼气混合作为气源提供给燃气汽车和民 用加气站，形成气源供给系统。
[0028] 本发明配置合理，利用植树和水力变燃气与养殖厂及煤电厂排放的二氧化碳结合 增加碳中和；为绿色煤电、循环和低碳高效水电及农业发展，打造低碳电力与抗霾能源互联 网、低碳服务区及碳中和甲烷工厂，实践能源革命，推进绿色、循环、低碳发展，成本低，效果 好。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0030] 图1是本发明一个实施例的系统示意图。
【具体实施方式】
[0031] 一种可再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统，包括水力发电系统1、风能 发电系统2、太阳能发电系统3、生物质发电系统4,上述各发电系统均输出电能供给汽车充 电站5,组成电源供给系统；所述太阳能发电系统的太阳能收集装置6分布于水库7、各发电 系统的屋顶等；风电、水电制氢系统8制得的氢与二氧化碳9、沼气10混合作为气源提供给 燃气汽车和民用加气站11，形成气源供给系统。
【权利要求】
1. 一种可再生能源组合电站及充电加气两用配电网系统，其特征是：包括水力发电系 统、风能发电系统、太阳能发电系统、生物质发电系统，上述各发电系统均输出电能供给汽 车充电站，组成电源供给系统；所述太阳能发电系统的太阳能收集装置分布于水库、各发电 系统的屋顶；风电制氢系统、水电制氢系统制得的氢与二氧化碳、沼气混合作为气源提供给 燃气汽车和民用加气站，形成气源供给系统。
【文档编号】H02J3/38GK104092244SQ201410349058
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】蒋高明, 庄会永, 窦观一 申请人:窦观一