能源綜合利用-分布式發(fā)電

§9.4

能源的綜合開(kāi)發(fā)利用§9.4.1

冷熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）就是熱和電兩種形式的能量聯(lián)合生產(chǎn)，一般是在發(fā)電的同時(shí)將剩余的熱量回收，用于供熱、供暖等，以提高能源的綜合利用率。冷熱電三聯(lián)產(chǎn)（CCHP）是指熱、電、冷三種不同形式能量的聯(lián)合生產(chǎn)，是在熱電聯(lián)產(chǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。典型冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)一般包括：動(dòng)力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)（供電）、余熱回收裝置（供熱）、制冷系統(tǒng)（供冷）等。燃料燃燒產(chǎn)生的熱能首先通過(guò)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等熱工轉(zhuǎn)換設(shè)備發(fā)電，做功之后的余熱，冬季直接向用戶供熱，夏季利用消耗熱能的制冷機(jī)組向用戶供冷。其能量利用效率比一般的熱電聯(lián)產(chǎn)更高。根據(jù)能源及熱力原動(dòng)機(jī)型式，熱電聯(lián)產(chǎn)可以分為：蒸汽輪機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)、核電熱電聯(lián)產(chǎn)、內(nèi)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)。（1）蒸汽輪機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)用的是化石燃料，通過(guò)汽輪機(jī)產(chǎn)生電能并對(duì)外供熱，這是聯(lián)產(chǎn)集中供熱的最主要形式。對(duì)外同時(shí)供熱和發(fā)電的蒸汽輪機(jī)稱為供熱式汽輪機(jī)，

裝有供熱式汽輪機(jī)的發(fā)電廠稱為熱電廠。（2）燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣提供熱能，對(duì)外界供熱或制冷。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣在余熱鍋爐中加熱水，產(chǎn)生的蒸汽直接作為生產(chǎn)用汽或居民生活供熱。（3）核電熱電聯(lián)產(chǎn)核能安全、潔凈又經(jīng)濟(jì)，基本上不排出SOx、NOx和COf及煙塵等，在熱電聯(lián)產(chǎn)方面已出現(xiàn)發(fā)展核能熱電廠的新趨勢(shì)。（4）內(nèi)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置成本低，啟動(dòng)容易，適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)下可靠性高，負(fù)荷跟隨性能良好。非常適合于作為備用、尖峰和中間負(fù)荷的電源。冷熱電聯(lián)產(chǎn)的應(yīng)用美國(guó)從1978年開(kāi)始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，正研究高效利用能源資源的小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)。

1980s，日本對(duì)區(qū)域供熱和制冷的需求增長(zhǎng)了一倍，在東京等許多城市都出現(xiàn)了冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。到2003年，中國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)情況，供熱設(shè)備容量3萬(wàn)MW，年供熱量20×108GJ；平均供熱廠用電率7.1kWh/GJ。6000kW及以上供熱機(jī)組占同容量火電裝機(jī)總?cè)萘康?0%。

§10.1.1

分布式發(fā)電簡(jiǎn)介分布式發(fā)電：在一定的地域范圍內(nèi)，由多個(gè)甚至多種形式的發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，以就地滿足較大規(guī)模的用電要求。相對(duì)于集中發(fā)電的大型機(jī)組而言，其總的發(fā)電能力由分布在不同位置的多個(gè)中小型電源來(lái)實(shí)現(xiàn)；相對(duì)于過(guò)去的小型獨(dú)立電源而言，其容量分配和布置有一定的規(guī)律，滿足特定的整體要求?！?0.1

分布式發(fā)電的概念區(qū)分幾個(gè)類似的概念：DP，DER，DG。分布式發(fā)電一般獨(dú)立于公共電網(wǎng)而靠近用電負(fù)荷，可以包括任何安裝在用戶附近的發(fā)電設(shè)施，而不論其規(guī)模大小和一次能源的種類。一般來(lái)說(shuō)，分布式電源是集成或單獨(dú)使用的、靠近用戶的小型模塊化發(fā)電設(shè)備。§10.1.1

分布式發(fā)電簡(jiǎn)介§10.1.2

分布式發(fā)電的特點(diǎn)（1）建設(shè)容易，投資少單機(jī)容量和發(fā)電規(guī)模都不大，不需要建設(shè)大電廠和變電站、配電站，土建和安裝成本低，工期短，投資少。（2）靠近用戶，輸配電簡(jiǎn)單，損耗小靠近電力用戶，一般可直接就近向負(fù)荷供電，而不需要長(zhǎng)距離的高壓輸電線，輸配電損耗小，建設(shè)簡(jiǎn)單廉價(jià)。（3）污染少，環(huán)境相容性好可充分利用可再生清潔能源。（4）能源利用效率高?？山Y(jié)合冷熱電聯(lián)產(chǎn)，將發(fā)電的廢熱回收用于供熱和制冷，科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。（5）運(yùn)行靈活，安全可靠性有保障。小機(jī)組的啟動(dòng)和停運(yùn)快速，靈活?？勺鳛閭溆秒娫?。（6）聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，有提供輔助性服務(wù)的能力可與電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行，互為補(bǔ)充，既能提高本身的供電可靠性，還能為大電網(wǎng)提供輔助性的服務(wù)?！?0.1.2

分布式發(fā)電的特點(diǎn)夏季和冬季用電高峰期，冷熱電聯(lián)供可滿足季節(jié)供熱或制冷需要，并節(jié)省電力，從而減輕供電壓力。小知識(shí)：南方雪災(zāi)時(shí)小機(jī)組的作用小知識(shí)：美加大停電后，投資改造的抉擇分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的輔助性服務(wù)§10.1.3

分布式發(fā)電的適用場(chǎng)合分布式發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行模式：－獨(dú)立運(yùn)行多用于大電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)、農(nóng)牧區(qū)。－聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行多用于電網(wǎng)中負(fù)荷快速增長(zhǎng)的區(qū)域和某些重要的負(fù)荷區(qū)域，共同向負(fù)荷供電。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行將是分布式發(fā)電系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主要方向?！?0.2分布式電源分布式電源就是分散的小規(guī)模電源，容量<50MW。常利用基于可再生能源的分布式電源。微型燃?xì)廨啓C(jī)是一類新近發(fā)展起來(lái)的小型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，是以天然氣、汽油、柴油等為燃料的超小型燃?xì)廨啓C(jī)。微型燃?xì)廨啓C(jī)體積小，重量輕，功率20～500千瓦。成本高于相同功率的柴油發(fā)電機(jī)組，但維護(hù)費(fèi)用低廉，總體運(yùn)行費(fèi)用可比之低。§10.3

分布式供電系統(tǒng)和微電網(wǎng)§10.3.1分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)包含很多分散在各處的分布式電源，種類也往往不只一種，再加上儲(chǔ)能裝置和附近用電的負(fù)荷，其結(jié)構(gòu)可能也相當(dāng)復(fù)雜?！?0.3.1分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)一般由分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、分布式供電網(wǎng)絡(luò)及控制中心和附近的用電負(fù)荷構(gòu)成，如果與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行就還包括并網(wǎng)接口。微電網(wǎng)是能夠獨(dú)立運(yùn)行或者作為一個(gè)整體與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的分布式供電系統(tǒng)。將分布式發(fā)電系統(tǒng)以微電網(wǎng)的形式接入到公共大電網(wǎng)運(yùn)行，互為補(bǔ)充和支撐，是發(fā)揮其效能的最有效方式。用戶所需能量由各種分布式電源、冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)和公共電網(wǎng)提供，微電網(wǎng)在滿足用戶供熱和供冷需求的前提下，最終以電能作為統(tǒng)一的能源形式將各種分布式能源加以融合，滿足特定的電能質(zhì)量要求和供電可靠性?！?0.3.2微電網(wǎng)微電網(wǎng)可看作大電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，而不再是多個(gè)分散的電源和負(fù)荷?！?0.3.2微電網(wǎng)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，稱為公共連接點(diǎn)。微電網(wǎng)模式控制器，可實(shí)現(xiàn)

并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行

的轉(zhuǎn)換?！?0.4分布式系統(tǒng)的儲(chǔ)能由于自然資源的特性，可再生能源用于發(fā)電時(shí)其功率輸出具有明顯的間歇性和波動(dòng)性，其變化甚是可能是隨機(jī)的，容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性，就要對(duì)這種難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的能量變化進(jìn)行及時(shí)的控制和抑制。儲(chǔ)能裝置，就是用來(lái)解決這一問(wèn)題。§10.4.1

常用的儲(chǔ)能技術(shù)（1）蓄電池儲(chǔ)能蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設(shè)備（安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備）等部分組成。以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。性價(jià)比很高的鉛酸蓄電池最適合應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。傳統(tǒng)的蓄電池存在初次投資高、壽命短、環(huán)境污染等問(wèn)題?！?0.4.1

常用的儲(chǔ)能技術(shù)（2）超導(dǎo)儲(chǔ)能核心部件是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈。通入直流電，線圈中就會(huì)形成強(qiáng)磁場(chǎng)，

把電能以磁場(chǎng)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)。由于超導(dǎo)體的電阻幾乎為零，電流在超導(dǎo)線圈中循環(huán)時(shí)產(chǎn)生的功率損耗很小，因而儲(chǔ)存的能量不易流失。在外部需要能量時(shí)，可以把儲(chǔ)存的能量送回電網(wǎng)或?qū)崿F(xiàn)其它用途。超導(dǎo)特性一般需要在很低的溫度下才能維持。一旦溫度升高，超導(dǎo)體就變?yōu)橐话愕膶?dǎo)體，電流流過(guò)時(shí)將產(chǎn)生很大的功率損耗，儲(chǔ)能的效果也就不復(fù)存在了。一般將超導(dǎo)線圈浸泡在溫度極低的液體（液氫等），然后封閉在容器中。因此，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)除了核心部件超導(dǎo)線圈以外，還包括冷卻系統(tǒng)、密封容器以及用于控制的電子裝置?！?0.4.1

常用的儲(chǔ)能技術(shù)（2）超導(dǎo)儲(chǔ)能是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式。1970s就有了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存能量，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車的構(gòu)想。由于飛輪材料和軸承等關(guān)鍵技術(shù)一直沒(méi)有解決而停滯，1990s以來(lái)，高強(qiáng)度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子學(xué)三方面的技術(shù)發(fā)展，飛輪儲(chǔ)能得到快速發(fā)展。§10.4.1

常用的儲(chǔ)能技術(shù)（3）飛輪儲(chǔ)能§10.4.2

儲(chǔ)能裝置在分布式系統(tǒng)中的作用（1）平衡發(fā)電量和用電量（2）充當(dāng)備用或應(yīng)急電源某些分布式電源受自然條件影響而減少甚至不能供電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)就像備用電源，可臨時(shí)維持供電。此外，基于系統(tǒng)安全性的考慮，分布式發(fā)電系統(tǒng)也可以保存一定數(shù)量的電能，用以應(yīng)付突發(fā)事件。（3）改善分布式系統(tǒng)的可控性 儲(chǔ)能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)分布式系統(tǒng)與大電網(wǎng)的能量交換，將難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和控制的分布式電源，整合為能夠按計(jì)劃輸出電能的系統(tǒng)，使其成為可以調(diào)度的發(fā)電單元，從而減輕對(duì)大電網(wǎng)的影響，提高大電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接受程度。（4）提供輔助服務(wù)通過(guò)功率波動(dòng)的抑制和快速的能量吞吐，可明顯改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。增強(qiáng)了分布式發(fā)電系統(tǒng)可控性，在用電高峰時(shí)分擔(dān)負(fù)荷，在發(fā)生局部故障時(shí)提供緊急功率支持，等等。可見(jiàn)，儲(chǔ)能裝置在分布式發(fā)電系統(tǒng)中是非常重要的。1970s就有了分布式電源的概念，美國(guó)公共事業(yè)管理政策法公布后，正式得以推廣，并很快被其它國(guó)家接受?！?·11”后，出于對(duì)供電安全的考慮，美國(guó)等加快分布式供電系統(tǒng)研究和建設(shè)的步伐，在很多國(guó)家已頗具規(guī)模。目前分布式電源站美國(guó)有6000多座；英國(guó)有1000多座；日本有近5000家，總?cè)萘砍^(guò)600萬(wàn)千瓦。2006年歐盟國(guó)家的分布式供電系統(tǒng)達(dá)到1.5萬(wàn)個(gè)左右。美國(guó)計(jì)劃到2010年和2020年分別有20%和50%以上的新建商用或辦公建筑使用分布式供電系統(tǒng)，并且在2020年將15%的現(xiàn)有建筑改由分布式電源供電。§10.5分布式發(fā)電的發(fā)展應(yīng)用上海、北京、廣州等大城市，10多年前就嘗試分布式供電，已有成功范例(參見(jiàn)教材)。2005年，我國(guó)首個(gè)分布式電力技術(shù)集成工程中心落戶廣州，標(biāo)志著我國(guó)分布式供電技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段。冷熱電三聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用最廣泛，發(fā)展前景較好，我國(guó)大部分地區(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、工廠等，都有供電、供暖及制冷需求，而且很多地方配有自備發(fā)電設(shè)備，這些