分布式電源發(fā)展展望.doc

何季民(華北電力設(shè)計(jì)院，北京100011)摘 要分析了分布式電源的概念、淵源與興起，介紹了分布式電源發(fā)展的現(xiàn)狀、影響和研究開發(fā)動(dòng)向。關(guān)鍵詞分布式；電源；展望1引言在新世紀(jì)之初展望電力電源新技術(shù)，一個(gè)引人注目的動(dòng)向是分布式電源的興起。分布式電源的發(fā)展及與IT技術(shù)的結(jié)合，將對(duì)傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)形成巨大的影響，帶來電力系統(tǒng)的概念革新，引起電力技術(shù)的顯著進(jìn)步，形成新型的專項(xiàng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)。 近幾年來，世界能源、電力界都在熱談分布式電源，但是尚沒有統(tǒng)一的名稱和定義。 目前的文獻(xiàn)的各種理解表明：分布式電源還是一個(gè)正在迅速發(fā)展的概念，還不可能給出一個(gè)準(zhǔn)確完整的定義。為行文和閱讀設(shè)立一個(gè)前提，本文就此提出一個(gè)簡(jiǎn)明的理解：所謂分布式電源，既指?jìng)鹘y(tǒng)的分散獨(dú)立小型電源，更指未來采用分布式技術(shù)聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)的一“群”或成組的小型分散電源。 分布式電源(Distributed Generation)，在中文文獻(xiàn)中也有人稱為分散式電源，只是翻譯習(xí)慣不同，概念和內(nèi)涵相差不多。本文在綜述日本部分中采用了“分散型電源”。2分布式電源興起的技術(shù)背景分布式電源的興起，是地球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展政策與技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。當(dāng)分散獨(dú)立的小電源效率較低不宜大量應(yīng)用時(shí)，當(dāng)它無須聯(lián)網(wǎng)與大電網(wǎng)無關(guān)時(shí)，當(dāng)它數(shù)量很少被浩大的公共電網(wǎng)忽視不計(jì)時(shí)，根本沒有分布式電源這個(gè)名詞。只是當(dāng)新型高效綠色的小型獨(dú)立電源為可持續(xù)發(fā)展政策所重視并日益發(fā)展壯大時(shí)，分布式電源技術(shù)及其名詞才應(yīng)運(yùn)而生。分布式電源的“分布”兩字，既是相對(duì)于集中的大機(jī)組大電網(wǎng)而言，也是相對(duì)過去到不相聯(lián)的小電源而言。 雖然分布式電源概念幾乎包括了過去所有的小型分散電源，但是目前主要指用新技術(shù)武裝起來的新興綠色環(huán)保電源。主要有： 自然能源，如水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等，常稱為可再生能源； 化石燃料發(fā)電，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、燃料電池等； 廢棄物發(fā)電，如垃圾發(fā)電等，常稱為環(huán)保再生型能源， 貯能電源，抽水蓄能發(fā)電、蓄電池組等。據(jù)預(yù)測(cè)，分布式電源將成為21世紀(jì)的新能源新技術(shù)，尤如計(jì)算機(jī)世界的PC機(jī)，具有不可估量的發(fā)展前途。 從20世紀(jì)末起，分布式電源在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家里熱起，有三方面的原因： 各種小型分散型綠色環(huán)保電源迅速發(fā)展，所占比重越來越重，對(duì)電力系統(tǒng)的潛在影響越來越大，迫使世界重視自己； 大電網(wǎng)的發(fā)展受到環(huán)保和需求的限制，為分布式電源的發(fā)展提供了機(jī)遇；各種分布式電源多屬清潔可再生可持續(xù)技術(shù)，適應(yīng)了地球環(huán)境保護(hù)可持續(xù)發(fā)展政策的需要； 歐美國(guó)家放寬了對(duì)電力行業(yè)的管制，解除了對(duì)小型分散式電源的限制，實(shí)行了所謂電力自由化。 昔日的大電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電線路受到來自環(huán)境保護(hù)甚至政治環(huán)境的責(zé)難，高電壓大電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁污染已迫使北美和歐洲一些國(guó)家不再興建新的大規(guī)模輸電線路。由于大電網(wǎng)面對(duì)不可抗拒的自然或意外災(zāi)害表現(xiàn)出的脆弱性，加上對(duì)于日益加劇的恐怖活動(dòng)的擔(dān)心，為了躲開“多米諾骨牌”式的電網(wǎng)連鎖災(zāi)難，為了保證電源的安全可靠性，似乎唯有分散才好。3分布式電源的發(fā)展動(dòng)態(tài)新型高效清潔的分布式電源的崛起，除了本體技術(shù)的迅猛發(fā)展外，與IT技術(shù)相聯(lián)系也將成為它的重要的特點(diǎn)。采用分布式電源與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接組成的能源系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及其管理系統(tǒng)，正在成為電力科研的目標(biāo)。3.1在美國(guó) 預(yù)計(jì)美國(guó)的分布式電源市場(chǎng)到2004年將增長(zhǎng)到21.4億美元，年平均增長(zhǎng)9.6%。尤其出力20kW10MW的分布式電源在2000年后，因?yàn)樨S富的燃?xì)鈦碓?、環(huán)境的苛刻要求、電力管制的緩和、電網(wǎng)的限制放寬而得到飛速的發(fā)展。據(jù)DPCA(美國(guó)分布式電源聯(lián)盟)的預(yù)測(cè)，在21世紀(jì)初的幾年，熱機(jī)類的分布式電源將達(dá)到約3500萬kW；到2020年，分布式電源的容量將占全國(guó)總?cè)萘康?.7%。 在美國(guó)，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： 分布式電源的成批控制技術(shù)(群控技術(shù))，在負(fù)荷高峰時(shí)向電網(wǎng)供電的調(diào)峰技術(shù)； 根據(jù)用戶的要求按需供電的多品質(zhì)供電系統(tǒng)；區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將分布式電源、貯電裝置和電力設(shè)備組合起來，根據(jù)區(qū)域用戶的要求提供更加靈活有效的供電服務(wù)。 美國(guó)能源部和EPRI(美國(guó)電力研究所)提出了所謂“能源試驗(yàn)場(chǎng)(Energie Park)”的設(shè)想，借助于互聯(lián)網(wǎng)把場(chǎng)里的分布式電源有機(jī)地聯(lián)接起來。表1就是幾座按照這種設(shè)想建立的“試驗(yàn)場(chǎng)”，其中與加利福尼亞州阿巴因大學(xué)相鄰的一座研究場(chǎng)，在80萬m3區(qū)域里有43座建筑物，全部由微燃發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池、燃?xì)庑腿剂想姵亟M成的分布式電源群提供能源，據(jù)說燃料的利用率由過去的25%提高到75%。通過互聯(lián)網(wǎng)可以提高分布式電源的管理水平和效率，如果再結(jié)合利用電力通訊新技術(shù)的供需管理，適應(yīng)于電力調(diào)峰，還能進(jìn)一步提高資源的利用效率。3.2在歐盟 2001年9月歐盟發(fā)出了關(guān)于發(fā)展可再生能源的指令，按照計(jì)劃，歐盟到2010年可再生能源占總能源消費(fèi)的比例，將達(dá)到12%，為1997年的2倍。電力消費(fèi)量中可再生能源電力所占比例，將從13.9%上升到22.1%。 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(gè)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(gè)通過統(tǒng)一協(xié)調(diào)歐洲包括歐盟各成員國(guó)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。 英國(guó) 1998年時(shí)可再生能源發(fā)電為180萬kW，占發(fā)電總量的2.5%。預(yù)計(jì)將要增加257.9萬kW，其中廢棄物發(fā)電152.1萬kW，風(fēng)力發(fā)電70.6萬kW，沼氣發(fā)電等34.1萬kW，水電1.2萬kW，總發(fā)電量達(dá)到330萬kW。 德國(guó) 隨著2000年開始實(shí)施“可再生能源法(EEG)”，可再生能源發(fā)電從1999年的5.9%將在2030年提高到30%。德國(guó)的EEG，包括2萬kW以下的生物能源(指燃料)發(fā)電，5 000kW以下容量的水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、廢棄物發(fā)電、下水道沼氣發(fā)電、坑道瓦斯發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電。3.3在日本 日本由于國(guó)土狹小資源貧乏人品眾多，對(duì)分布式電源的發(fā)展及研究表現(xiàn)出了極大的敏感和熱情，很可能在這方面又會(huì)走到世界的前列 近些年來，綠色新能源的各種分散型電源在日本得到了迅速的應(yīng)用和普及。截止2001年3月底，日本全國(guó)超過1 000kW容量的自家發(fā)電設(shè)備已經(jīng)達(dá)到3 024萬kW，占全國(guó)發(fā)電設(shè)備總量的12%。 截止1999年底，日本的太陽(yáng)能發(fā)電已經(jīng)達(dá)到21萬kW，風(fēng)力發(fā)電達(dá)到14萬kW；預(yù)計(jì)2010年將分別達(dá)到482萬kW和300萬kW，分別提高到23倍和38倍。常用的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電(包括柴油機(jī)、汽油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組)，在2000年已經(jīng)達(dá)到240萬kW，熱機(jī)發(fā)電的總?cè)萘窟_(dá)到了350kW。非常用的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電(指?jìng)溆秒娫吹?在2000年已經(jīng)達(dá)到380萬kW。 日本還在大力研究分散型電源系統(tǒng)的區(qū)域性應(yīng)用、分散型電源與IT結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，典型實(shí)例如表2所示。 東京都未來能源設(shè)想項(xiàng)目，就是把燃料電池、太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等分散型電源引進(jìn)公共設(shè)施，或用作抗災(zāi)緊急電源；同時(shí)，著眼于資源的重復(fù)循環(huán)利用，以構(gòu)筑循環(huán)型協(xié)調(diào)發(fā)展的城市為目標(biāo)。 比如在京都府的八木町，采用互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視分散型熱機(jī)電源，用IT技術(shù)建設(shè)高效的分散型發(fā)電系統(tǒng)。還可以利用網(wǎng)絡(luò)把廢棄物發(fā)電、煤氣爐等聯(lián)結(jié)起來，不僅能提高效率，而且能減少維護(hù)量，提高回收效率。進(jìn)一步，把風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和貯電技術(shù)結(jié)合起來，可以組成一個(gè)確保能源安全的“能源自治體”。 四國(guó)電力公司所開發(fā)的利用分散型電源和IT面向家庭服務(wù)的“高齡獨(dú)居者照料服務(wù)系統(tǒng)”，已從2001年開始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。 三菱重工公司也在開發(fā)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可以遙控、監(jiān)視和維護(hù)的分散型電源的綜合控制系統(tǒng)，目標(biāo)是開發(fā)出既便宜又簡(jiǎn)便的分散型電源發(fā)電“群”。4分布式電源的發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)帶來的影響分布式電源實(shí)現(xiàn)成組“群控”，與IT結(jié)合上網(wǎng)，與公共大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，將是遲早之事。雖然在目前僅僅作為獨(dú)立電源時(shí)可以暫時(shí)回避這些問題，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，終將面對(duì)。亦因此，分布式電源的發(fā)展必將對(duì)電力系統(tǒng)帶來巨大的影響。 從目前國(guó)外所進(jìn)行的研究看，分布式電源的發(fā)展可能造成的問題和影響主要表現(xiàn)在以下方面： (1)對(duì)發(fā)電的影響對(duì)電業(yè)宏觀規(guī)劃的影響 目前分布式電源的發(fā)展非常迅速，在電力能源中所占的比重越來越大，已經(jīng)不可以忽視。因此，在一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的宏觀發(fā)展規(guī)劃中必須對(duì)它的發(fā)展和影響作出預(yù)測(cè)、引導(dǎo)和切合實(shí)際的設(shè)計(jì)，必然會(huì)影響到發(fā)電事業(yè)的規(guī)劃布局可是因?yàn)榉植际诫娫幢旧砭哂懈鞣N不確定性，會(huì)使這種規(guī)劃設(shè)計(jì)難以準(zhǔn)確合理，也會(huì)具有很大的不確定性。 (2)對(duì)輸變電的影響接入公共電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響 由于分布式電源的原理和種類各不相同，形式復(fù)雜，有的還受氣候等自然因素的影響，因此各種分布式電源發(fā)電的功率、容量、品質(zhì)和控制性能等具有多變性、不定性，差異性很大。當(dāng)分布式電源大量上網(wǎng)時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重地影響電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制、運(yùn)行，影響系統(tǒng)的可靠性和安全性。 (3)對(duì)電能質(zhì)量的影響對(duì)受電質(zhì)量和用戶的影響 同樣的道理，不僅各種分布式電源的電能品質(zhì)差別較大，難以穩(wěn)定；而且會(huì)嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的電能品質(zhì)，使難以滿足用戶對(duì)品質(zhì)的要求，會(huì)對(duì)供電服務(wù)的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 (3)對(duì)售電的影響對(duì)電力市場(chǎng)和電力經(jīng)濟(jì)的影響 一些國(guó)家實(shí)行電力自由化的技術(shù)原因，其實(shí)就是分布式電源要大量進(jìn)入電力市場(chǎng)；成本不同品質(zhì)各異的分布式電源進(jìn)入電力市場(chǎng)，必然會(huì)沖擊原來的市場(chǎng)格局影響電力經(jīng)濟(jì)，交易方式、電價(jià)和服務(wù)都必須作出適時(shí)的調(diào)整和變化。5日本構(gòu)筑在系統(tǒng)電力與分散型電力相協(xié)調(diào)時(shí)代的技術(shù)戰(zhàn)略日本電力市場(chǎng)的部分自由化始于2000年3月，對(duì)電力事業(yè)的限制開始松動(dòng)。過去主要為著國(guó)民經(jīng)濟(jì)基本建設(shè)項(xiàng)目的電力事業(yè)，不僅面臨著更高的可靠性、安全性的要求，而且還將面對(duì)新型獨(dú)立電源、小型自備電源的大量發(fā)展，“電力供給”所處的環(huán)境和要求都會(huì)發(fā)生迅速巨大的變化。 基于這樣的分析和考慮，日本政府“資源能源廳”的“電力、燃?xì)馐聵I(yè)部”于2001年7月接受“財(cái)政廳能源綜合工學(xué)研究所”的委托，設(shè)立了“新型電力供給系統(tǒng)技術(shù)研討會(huì)”。這個(gè)研討會(huì)的宗旨就是“構(gòu)筑在系統(tǒng)電地影響電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制、運(yùn)行，影響系統(tǒng)的可靠性和安全性。 (3)對(duì)電能質(zhì)量的影響對(duì)受電質(zhì)量和用戶的影響 同樣的道理，不僅各種分布式電源的電能品質(zhì)差別較大，難以穩(wěn)定；而且會(huì)嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的電能品質(zhì)，使難以滿足用戶對(duì)品質(zhì)的要求，會(huì)對(duì)供電服務(wù)的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 (3)對(duì)售電的影響對(duì)電力市場(chǎng)和電力經(jīng)濟(jì)的影響 一些國(guó)家實(shí)行電力自由化的技術(shù)原因，其實(shí)就是分布式電源要大量進(jìn)入電力市場(chǎng)；成本不同品質(zhì)各異的分布式電源進(jìn)入電力市場(chǎng)，必然會(huì)沖擊原來的市場(chǎng)格局影響電力經(jīng)濟(jì)，交易方式、電價(jià)和服務(wù)都必須作出適時(shí)的調(diào)整和變化。5.1日本構(gòu)筑在系統(tǒng)電力與分散型電力相協(xié)調(diào)時(shí)代的技術(shù)戰(zhàn)略日本電力市場(chǎng)的部分自由化始于2000年3月，對(duì)電力事業(yè)的限制開始松動(dòng)。過去主要為著國(guó)民經(jīng)濟(jì)基本建設(shè)項(xiàng)目的電力事業(yè)，不僅面臨著更高的可靠性、安全性的要求，而且還將面對(duì)新型獨(dú)立電源、小型自備電源的大量發(fā)展，“電力供給”所處的環(huán)境和要求都會(huì)發(fā)生迅速巨大的變化。 基于這樣的分析和考慮，日本政府“資源能源廳”的“電力、燃?xì)馐聵I(yè)部”于2001年7月接受“財(cái)政廳能2002年3月，新型電力供給系統(tǒng)技術(shù)研討會(huì)提出了第1份研究報(bào)告書，站在戰(zhàn)略性高度，提出了“系統(tǒng)電力”、“協(xié)調(diào)時(shí)代”、“新型電力供給系統(tǒng)”等一系列新名詞新概念，立即引起了有關(guān)方面的重視和報(bào)道。這份報(bào)告有以下主要內(nèi)容： 日本分散型電源的現(xiàn)狀調(diào)查； 未來電力技術(shù)的需求研究； 未來電力供給系統(tǒng)的展望； 面向未來的新型電力供給系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)問題； 邁向新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略研究。并用圖1和圖2很清楚地描述了分布式電源的應(yīng)用前景、技術(shù)開發(fā)問題和發(fā)展戰(zhàn)略。6結(jié)束語(yǔ)展望分布式電源的發(fā)展前景，必然是集中/分布式發(fā)電系統(tǒng)的到來，這樣的認(rèn)識(shí)已經(jīng)可以從國(guó)外文獻(xiàn)中看到。集中式發(fā)電系統(tǒng)系指?jìng)鹘y(tǒng)大機(jī)組組成的發(fā)電系統(tǒng)，分布式發(fā)電系統(tǒng)則是指由分布式電源組成的發(fā)電系統(tǒng)，兩者的組合統(tǒng)一便是集中/分布式發(fā)電系統(tǒng)。6.1中國(guó)電力事業(yè)需解決的兩個(gè)認(rèn)識(shí)問題 (1)對(duì)西方電力改革實(shí)行電力自由化中屬于規(guī)律性的東西認(rèn)識(shí)不足。 雖然在電力改革中也看到了西方正在進(jìn)行的電力自由化，作過一些研究討論，不過其結(jié)果是否定的，且并不感興趣。原因主要是專家多認(rèn)為西方的電力自由化還不適合目前中國(guó)的國(guó)情。從目前來看這固然不錯(cuò)，我國(guó)的電力改革剛剛完成體制上的條塊分割，電力自由化似乎還是遙不必及的話題，但是這些討論和結(jié)論的缺點(diǎn)是：只強(qiáng)調(diào)差別而忽視共性，沒有看到西方電力自由化所表現(xiàn)的世界共性的東西，差別只是時(shí)間問題。 (2)忽視西方電力自由化的技術(shù)背景。 雖然西方電力自由化表現(xiàn)出來的多是商業(yè)經(jīng)濟(jì)，但其實(shí)在背后推動(dòng)的卻主要是技術(shù)力量，恰恰是這一點(diǎn)被我們的專家忽視了。西方采取電力自由化的技術(shù)背景，從大的環(huán)境來說是地球可持續(xù)發(fā)展政策所推動(dòng)，從小的方面來說正是綠色能源技術(shù)的發(fā)展所要求，是分布式電源的發(fā)展所促使；小型電源電力零售商推動(dòng)電力交易形式的變化，最終要求開放傳統(tǒng)集中控制的電力市場(chǎng)，恐怕才是西方電力自由化的內(nèi)在動(dòng)因。我們常常說物質(zhì)決定精神，基礎(chǔ)決定上層建筑，西方的電力自由化的出現(xiàn)正是由其技術(shù)背景決定的這正是屬于規(guī)律性的東西，是不應(yīng)當(dāng)被忽視的。6.2前提是大力發(fā)展分布式電源 回顧我國(guó)電力事業(yè)近20年來的迅猛發(fā)展，在電源技術(shù)方面大機(jī)組大電網(wǎng)更側(cè)重于“大”的方面，在大型電技術(shù)上似乎已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平；但是在“小”