淺談分布式發(fā)電.doc

淺談分布式發(fā)電 （陸慶波）前言進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源供應(yīng)緊張，環(huán)境持續(xù)惡化，如何更多更好地利用清潔能源成為全世界人民越來越關(guān)注關(guān)注的問題。自從歐美首先提出要發(fā)展具有靈活、清潔、安全、經(jīng)濟(jì)、友好等性能智能電網(wǎng)的要求，分布式發(fā)電作為其核心課題之一日益受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，因?yàn)榉植际诫娫窗瑧?yīng)用最廣的清潔能源風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等新能源，大規(guī)模的使用能有效地改善能源和環(huán)境問題。目前，大電網(wǎng)與分布式發(fā)電（Distribubed Generation，DG）相結(jié)合被世界許多能源、電力專家公認(rèn)為是能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性的主要方式，是21世紀(jì)電力工業(yè)的發(fā)展方向【1】。分布式發(fā)電簡介就一般而言，分布式發(fā)電是指發(fā)電功率在數(shù)千瓦至幾十兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元【2】。“分布”二字，相對于集中發(fā)電的大型機(jī)組而言，是指其總的發(fā)電能力由分布在不同位置的多個中小型電源來實(shí)現(xiàn)；相對于過去的小型獨(dú)立電源而言，是指其容量分配和布置有一定的規(guī)律，其分布要滿足特定的整體要求【3】。近年來，以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展（如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等），與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比克服了大系統(tǒng)的一些弱點(diǎn)，成為電能供應(yīng)不可缺少的有益補(bǔ)充，二者的有機(jī)結(jié)合將是新世紀(jì)電力工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。分布式發(fā)電以其優(yōu)良的環(huán)保性能和與大電網(wǎng)良好的互補(bǔ)性，成為世界能源系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，也為可再生能源的利用開辟了新的方向。分布式發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀 近年來，分布式能源技術(shù)發(fā)展迅速，在丹麥、芬蘭、挪威等北歐國家，現(xiàn)有的分布式發(fā)電裝機(jī)容量己超過其總裝機(jī)容量的30%【4】。在分布式電源研究和發(fā)展領(lǐng)域，美國、德國、英國、日本等國家在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，它們的許多發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)公司與電力公司聯(lián)手，進(jìn)行分布式電源技術(shù)的商業(yè)化實(shí)驗(yàn)。 在美國，正在研究開發(fā)方便用戶就近利用分布式電源的多種新型技術(shù)，例如:1、分布式電源的群控技術(shù)，在負(fù)荷高峰時向電網(wǎng)供電的調(diào)峰技術(shù);2、根據(jù)用戶的要求按需供電的多品質(zhì)供電系統(tǒng); 3、微電網(wǎng)系統(tǒng)，將分布式電源、儲電裝置和電力設(shè)備組合起來，根據(jù)區(qū)域用的要求提供更加靈活有效的供電服務(wù)。 美國電科院EPRI和能源部DOE等官方機(jī)構(gòu)也成立了研究分布式電源的部門，通過研究報(bào)告等形式對分布式電源的應(yīng)用及其并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，為分布式電源的研究和應(yīng)用提供了指導(dǎo)。 在歐洲，正在研究普及分布式電源的政策。在技術(shù)開發(fā)方面，尤其重視電力系統(tǒng)與分布式電源的聯(lián)接問題，為此在2001年12月制定了一個旨在促進(jìn)包括分布式電源的“能源網(wǎng)絡(luò)通道”的名為“Integration”的計(jì)劃。這是一個通過統(tǒng)一協(xié)調(diào)歐洲包括歐盟各成員國的分布式電源，確保電力供給的安全性和可靠性的研究開發(fā)計(jì)劃。我國對分布式電源的研究尚處在起步階段，己經(jīng)開始在北京、上海等地興建基于冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)的分布式電源，在西部和沿海興建基于可再生資源(太陽能、風(fēng)能)的分布式電源。這些電站大多還是屬于示范性的，規(guī)模較小。許多問題還有待于在進(jìn)一步的工作中探索【5】。但我國對分布式發(fā)電的支持力度卻不小，繼2012國家電網(wǎng)公司啟動分布式光伏發(fā)電支持政策之后，2013年國家電網(wǎng)再次發(fā)布關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見，進(jìn)一步將示范擴(kuò)大到天然氣、生物質(zhì)能、風(fēng)能等新能源形式，并與3月1日起正式實(shí)施。這意味著，普遍用戶今后不但能用太陽能、天然氣等新能源發(fā)電裝置給自己家供電，還可以將用不完的電賣給電網(wǎng)【6】。分布式發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)及不足 目前全世界電力系統(tǒng)是以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)，但是隨著當(dāng)今社會對能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷己經(jīng)逐漸不能滿足這種要求。其主要存在的問題有: 1、不能靈活跟蹤負(fù)荷的變化。如夏季空調(diào)負(fù)荷的激增會導(dǎo)致電力供應(yīng)短時不足，而為這種短時的峰荷建造發(fā)輸電設(shè)施是得不償失的，因?yàn)槠淅寐蕵O低。隨著負(fù)荷峰谷差的不斷增大，電網(wǎng)的負(fù)荷率正逐年下降，發(fā)輸電設(shè)施的利用率都有下降的趨勢。 2、大電網(wǎng)中任何一點(diǎn)的故障都可能對整個電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的影響，甚至可能導(dǎo)致大面積停電和電網(wǎng)崩潰，近年來頻繁發(fā)生的大停電事故（例如：2003年8月以紐約為中心的美國東北部和加拿大部分地區(qū)發(fā)生大面積停電事故，以及2008年因南方雪災(zāi)造成華中、華東兩區(qū)域電網(wǎng)的大面積停電事故）就是最好的佐證。 3、對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的負(fù)荷不能進(jìn)行理想的供電。一種情況是距離現(xiàn)有電力系統(tǒng)太遠(yuǎn)，輸配電系統(tǒng)的投資大，經(jīng)濟(jì)性太差;另一種情況是由于自然條件太惡劣，現(xiàn)有電力系統(tǒng)到用戶的輸電線路根本無法架設(shè)或建成后會經(jīng)常出現(xiàn)故障。 4、由于城市的迅猛發(fā)展和公眾對輸變電設(shè)備可能產(chǎn)生的電磁影響的憂慮，開辟新的線路走廊也越來越困難【7】。但是，分布式發(fā)電則很好的避免了這些不足，主要體現(xiàn)在： 1、分布式發(fā)電系統(tǒng)分散獨(dú)立，可靠性高。各個分布式發(fā)電系統(tǒng)相互獨(dú)立，因此可以避免大規(guī)模停電事故的發(fā)生;同時與大電網(wǎng)供電互為補(bǔ)充，彌補(bǔ)了大電網(wǎng)在穩(wěn)定性方面的缺陷。當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障時可以提供緊急供電支持，既保證重要用戶供電，又可以防止系統(tǒng)故障擴(kuò)大。 2、分布式發(fā)電系統(tǒng)可以對區(qū)域電網(wǎng)的電能質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時控制，并能充分利用當(dāng)?shù)乜煞奖惬@取的能源。因此分布式發(fā)電系統(tǒng)特別適合于偏遠(yuǎn)山區(qū)、城市社區(qū)等地區(qū);而且由于電能就地使用，不需要建設(shè)配電站，不需要架設(shè)長距離輸電線路，節(jié)省輸電投資和運(yùn)行費(fèi)，減少線路損耗。3、 投資小、占地少、建設(shè)周期短。在配電網(wǎng)中，由于負(fù)荷增長而供電設(shè)備的物理容量不夠時，可以適當(dāng)建設(shè)分布式發(fā)電系統(tǒng)來滿足局部負(fù)荷增長的需要，減少改造供電設(shè)備的投資;同時其操作簡單，調(diào)峰性能好，啟?？焖?，可以用來彌補(bǔ)用電高峰時的缺口，從而有利于在較短時間內(nèi)解決電力短缺問題【8】。 分布式發(fā)電盡管有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但任何事都會有其不足的一面，分布式發(fā)電也不例外。目前分布式電源的容量都比較小，在現(xiàn)有的裝機(jī)水平下，分布式電源不會對大區(qū)域的電力系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生影響，但是隨著分布式電源的發(fā)展，如果這種小型機(jī)組的數(shù)量達(dá)到一定水平，就有可能影響到整個電力系統(tǒng)的特性。分布式電源入網(wǎng)運(yùn)行，目前主要發(fā)生在配電網(wǎng)，其產(chǎn)生的影響表現(xiàn)為如下幾個方面： 1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。配電系統(tǒng)將發(fā)生根本性的變化：從一個輻射式的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€遍布電源和用戶互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，有點(diǎn)類Internet。配電系統(tǒng)的控制和管理將變得更加復(fù)雜。分布式發(fā)電的引入會使傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運(yùn)行(如無功補(bǔ)償、電壓控制等) 徹底改變； 現(xiàn)在的配電網(wǎng)自動化和需求側(cè)管理(DSM)的內(nèi)容也需要重新加以考慮；分布式電源之間的控制和調(diào)度必須加以協(xié)調(diào)，與分布式發(fā)電有關(guān)的法律、法規(guī)和行業(yè)規(guī)范也需要妥善制定。 2、配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置整定問題。分布式電源的引入，配電網(wǎng)潮流的不確定性增加，會造成配電網(wǎng)電壓控制困難，引起電壓閃變，導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動作，同時也會產(chǎn)生短路電流，對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)置和動作值的整定增加了一定難度，需要解決好可靠性問題，特別是繼電保護(hù)的配合問題。DG一般通過10 kV饋線接入配電系統(tǒng)，而這一級別的配電系統(tǒng)，一般采用3段式電流保護(hù)（瞬時電流速斷保護(hù)、定時限電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)）。DG的接入可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的靈敏度降低，甚至拒動，還可能導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動作，以及相鄰線路的瞬時速斷保護(hù)裝置誤動作，失去選擇性。3、引入大量諧波，電能質(zhì)量下降。分布式電源并網(wǎng)時，由于大量電力電子器件應(yīng)用于分布式電源，所以不可避免地給系統(tǒng)帶來大量諧波，諧波的幅度和階次受到發(fā)電方式以及轉(zhuǎn)換器工作模式的影響。同時對電壓的穩(wěn)定性和電壓的波形都產(chǎn)生不同程度的影響。4、影響配電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性。分布式電源并網(wǎng)時，會對配電網(wǎng)的靜態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，其影響程度的大小依賴于不同類型的分布式電源。對于采用異步發(fā)電機(jī)接口的DG，并網(wǎng)時對系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性具有負(fù)面影響，并網(wǎng)位置離系統(tǒng)最薄弱支路越遠(yuǎn)，負(fù)面影響就越?。粚τ诓捎脽o勵磁調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機(jī)接口的DG和采用具有功率控制單元的變換器作為接口的DG，并網(wǎng)時能改善系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，并網(wǎng)位置越靠近系統(tǒng)最薄弱支路，則改善系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的程度越顯著。5、 其他問題。分布式發(fā)電還有占地問題，效率問題和表計(jì)問題。占地問題，如果分布式發(fā)電都建設(shè)在城市里面，那么城市就很擁擠。表計(jì)問題。因?yàn)槟茉词请p向流動，如果屋頂裝了太陽能，那么白天家里沒有人不用電，電能往配電網(wǎng)注入。因此這個情況電表要全部記錄下來?，F(xiàn)在國外采用表計(jì)雙向測量。如果我們也采用這種方法，那么大量表計(jì)要全部換掉。效率問題，分布式發(fā)電的效率可以達(dá)到80%多，但是有時候只能達(dá)到60%多。還有環(huán)保問題和防火安全問題【9】。分布式發(fā)電的前景展望 分布式發(fā)電是集中供電方式技術(shù)不可缺少的重要補(bǔ)充，將成為未來能源領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。我國大力提倡開發(fā)和利用可再生能源，而分布式發(fā)電正是響應(yīng)了國家政策，意義重大。我國太陽能和風(fēng)力資源十分豐富，這為分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供了平臺，創(chuàng)造了條件。像內(nèi)蒙古的風(fēng)力發(fā)電已形成了年發(fā)電量100 GWh的電量，除自用外，還可以送往北京地區(qū)，這種綠色能源的開發(fā)是很有潛力的【10】。儲能技術(shù)的發(fā)展為分布式發(fā)電增添了活力，會使分布式發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展邁上一個臺階。因此，分布式發(fā)電系統(tǒng)具有廣闊的市場，可以預(yù)見，它將是21世紀(jì)電力工業(yè)發(fā)展的主要方向。 結(jié)束語 分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中將發(fā)揮重要作用，大規(guī)模地利用分布式發(fā)電已是必然趨勢。分布式發(fā)電應(yīng)用時需根據(jù)地區(qū)的具體情況（如地理位置、環(huán)境狀況、資源分布等）綜合考慮多種因素來合理選擇分布式電源，充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源來發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢。而且隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，會促使分布式發(fā)電系統(tǒng)更快地發(fā)展。同時，分布式發(fā)電與儲能技術(shù)的結(jié)合大大提高了系統(tǒng)的能源利用率，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。由此可見，分布式發(fā)電的發(fā)展形勢必將一片光明。參考文獻(xiàn)1、E1-Khattam , Salama M M A.Distributed generation,definitions and benefits J. 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