新能源技術(shù)09-2分布式發(fā)電技術(shù)教材

1、新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電技術(shù)新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電漂浮在海面上的漂浮在海面上的“能源島能源島”美國發(fā)明家美國發(fā)明家多米尼克多米尼克米凱利斯米凱利斯父子共同設(shè)計，父子共同設(shè)計，綜合利用海洋綜合利用海洋溫差能溫差能、波浪能波浪能和海上和海上風能風能、太陽能太陽能等多種形等多種形式的可再生能源，能全年每天式的可再生能源，能全年每天2424小時連續(xù)運行。小時連續(xù)運行。這樣的一個能源島，建造成本超過這樣的一個能源島，建造成本超過6 6億美元億美元，具有，具有250250兆瓦兆瓦的的發(fā)電能力，足夠向一個小型城市供電。發(fā)電能力，足夠向一個小型城市供電。新能

2、源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9 9 分布式發(fā)電技術(shù)分布式發(fā)電技術(shù)教學(xué)目標教學(xué)目標了解分布式電源和分布式發(fā)電的概念；了解分布式電源和分布式發(fā)電的概念； 了解常見的分布式電源和儲能方式；了解常見的分布式電源和儲能方式； 掌握分布式發(fā)電的特點和適用場合；掌握分布式發(fā)電的特點和適用場合； 理解分布式發(fā)電的重要意義和發(fā)展前景。理解分布式發(fā)電的重要意義和發(fā)展前景。關(guān)注的問題關(guān)注的問題什么是分布式發(fā)電？什么是分布式發(fā)電？分布式發(fā)電系統(tǒng)中的常用電源有哪些？分布式發(fā)電系統(tǒng)中的常用電源有哪些？微電網(wǎng)和分布式發(fā)電有什么關(guān)系？微電網(wǎng)和

3、分布式發(fā)電有什么關(guān)系？常用的儲能方式有哪些？常用的儲能方式有哪些？發(fā)展分布式發(fā)電有什么特殊意義？發(fā)展分布式發(fā)電有什么特殊意義？ 新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.1.1 分布式發(fā)電簡介分布式發(fā)電簡介分布式發(fā)電：分布式發(fā)電：在一定的地域范圍內(nèi)，由多個甚至在一定的地域范圍內(nèi)，由多個甚至多種形式多種形式的的發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，以發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，以就地滿足就地滿足較大規(guī)模的用電要求。較大規(guī)模的用電要求。相對于集中發(fā)電的大型機組而言，相對于集中發(fā)電的大型機組而言，其其總的發(fā)電能力總的發(fā)電能力由分布在由分布在不同位置的多個中小型電源來實現(xiàn)不同位置的多個中小型電源來實現(xiàn)；相對于過

4、去的小型獨立電源而言，相對于過去的小型獨立電源而言，其其容量分配和布置容量分配和布置有一定有一定的規(guī)律，滿足特定的整體要求。的規(guī)律，滿足特定的整體要求。9.1 分布式發(fā)電的概念分布式發(fā)電的概念區(qū)分幾個類似的概念：區(qū)分幾個類似的概念：DP，DER，DG。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電分布式發(fā)電一般獨立于公共電網(wǎng)而分布式發(fā)電一般獨立于公共電網(wǎng)而靠近用電負荷靠近用電負荷，可以包，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。一次能源的種類。一般來說，分布式電源是一般來說，分布式電源是集成或單獨集成

5、或單獨使用的、使用的、靠近用戶靠近用戶的的小型小型模塊化模塊化發(fā)電設(shè)備。發(fā)電設(shè)備。9.1.1 分布式發(fā)電簡介分布式發(fā)電簡介新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.1.2 分布式發(fā)電的特點分布式發(fā)電的特點（1 1）建設(shè)容易，投資少）建設(shè)容易，投資少單機容量和發(fā)電規(guī)模都不大單機容量和發(fā)電規(guī)模都不大，不需要建設(shè)大電廠和變電站、，不需要建設(shè)大電廠和變電站、配電站，配電站，土建和安裝成本低，工期短，投資少土建和安裝成本低，工期短，投資少。（2 2）靠近用戶，輸配電簡單，損耗?。┛拷脩?，輸配電簡單，損耗小靠近電力用戶，一般可直接就近向負荷供電，而不需要長距靠近電力用戶，一般可直接就

6、近向負荷供電，而不需要長距離的高壓輸電線，輸配電損耗小，建設(shè)簡單廉價。離的高壓輸電線，輸配電損耗小，建設(shè)簡單廉價。（3 3）污染少，環(huán)境相容性好）污染少，環(huán)境相容性好可充分利用可再生清潔能源?？沙浞掷每稍偕鍧嵞茉?。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電（4 4）能源利用效率高。）能源利用效率高?？煽山Y(jié)合冷熱電聯(lián)產(chǎn)結(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，將發(fā)電的廢熱回收用于供熱和制冷，科學(xué)合理地實現(xiàn)學(xué)合理地實現(xiàn)能源的梯級利用能源的梯級利用。（5 5）運行靈活，安全可靠性有保障。）運行靈活，安全可靠性有保障。小機組的小機組的啟動和停運快速，靈活啟動和停運快速，靈

7、活?？勺鳛閭溆秒娫??？勺鳛閭溆秒娫?。 （6 6）聯(lián)網(wǎng)運行，有提供輔助性服務(wù)的能力）聯(lián)網(wǎng)運行，有提供輔助性服務(wù)的能力可與電網(wǎng)聯(lián)合運行，互為補充，既能提高本身的供電可靠可與電網(wǎng)聯(lián)合運行，互為補充，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)。性，還能為大電網(wǎng)提供輔助性的服務(wù)。9.1.2 分布式發(fā)電的特點分布式發(fā)電的特點新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電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，從而減輕供電壓力要，并節(jié)省電力，從而減輕供電壓力。小知識：小知識：南方雪災(zāi)時小機組的作用南方

8、雪災(zāi)時小機組的作用小知識：小知識：美加大停電后，投資改造的抉擇美加大停電后，投資改造的抉擇分布式發(fā)電對電網(wǎng)的輔助性服務(wù)分布式發(fā)電對電網(wǎng)的輔助性服務(wù)新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.1.3 分布式發(fā)電的適用場合分布式發(fā)電的適用場合分布式發(fā)電系統(tǒng)的運行模式：分布式發(fā)電系統(tǒng)的運行模式： 獨立運行獨立運行多用于大電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠地區(qū)、農(nóng)牧區(qū)。多用于大電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠地區(qū)、農(nóng)牧區(qū)。 聯(lián)網(wǎng)運行聯(lián)網(wǎng)運行多用于電網(wǎng)中負荷快速增長的區(qū)域和某些重要的多用于電網(wǎng)中負荷快速增長的區(qū)域和某些重要的負荷區(qū)域，共同向負荷供電。負荷區(qū)域，共同向負荷供電。聯(lián)網(wǎng)運行將是分布式發(fā)電系統(tǒng)未來發(fā)展的主要

9、方向。聯(lián)網(wǎng)運行將是分布式發(fā)電系統(tǒng)未來發(fā)展的主要方向。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.2 分布式電源分布式電源分布式電源分布式電源就是分散的小規(guī)模電源，就是分散的小規(guī)模電源，容量容量50MW。常利用基于常利用基于可再生能源可再生能源的分布式電源。的分布式電源。微型燃氣輪機微型燃氣輪機是一類新近發(fā)展起來的小型熱力發(fā)動機，是是一類新近發(fā)展起來的小型熱力發(fā)動機，是以天然氣、汽油、柴油等為燃料的超小型燃氣輪機。以天然氣、汽油、柴油等為燃料的超小型燃氣輪機。微型燃氣輪機微型燃氣輪機體積小體積小，重量輕重量輕，功率，功率20500 千瓦千瓦。成本。成本高于相同功率的柴油發(fā)電機組

10、，但維護費用低廉，總體高于相同功率的柴油發(fā)電機組，但維護費用低廉，總體運行費用可比之低。運行費用可比之低。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.3 分布式供電系統(tǒng)和微電網(wǎng)分布式供電系統(tǒng)和微電網(wǎng)9.3.1 分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)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包含很多分散在各處的分布式電源分布式電源，種類也，種類也往往不只一種，再加上往往不只一種，再加上儲能裝置儲能裝置和附近用電的和附近用電的負荷負荷，其結(jié)，其結(jié)構(gòu)可能也相當復(fù)雜。構(gòu)可能也相當復(fù)雜。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.3.1 分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)分布式

11、供電系統(tǒng)一般由分布式供電系統(tǒng)一般由分布式電源分布式電源、儲能設(shè)備儲能設(shè)備、分布式供電網(wǎng)分布式供電網(wǎng)絡(luò)及控制中心絡(luò)及控制中心和和附近的用電負荷附近的用電負荷構(gòu)成，如果與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成，如果與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行就還包括運行就還包括并網(wǎng)接口并網(wǎng)接口。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電微電網(wǎng)微電網(wǎng)是能夠獨立運行或者作為一個整體是能夠獨立運行或者作為一個整體與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的的分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)。將將分布式發(fā)電系統(tǒng)分布式發(fā)電系統(tǒng)以以微電網(wǎng)的形式微電網(wǎng)的形式接入到公共大電網(wǎng)運行，接入到公共大電網(wǎng)運行，互為補充和支撐，是互為補充和支撐，是發(fā)揮其效能發(fā)揮其效能的的

12、最有效最有效方式。方式。用戶所需能量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)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，最終以電電能作為統(tǒng)一的能源形式能作為統(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。的電能質(zhì)量要求和供電可靠性。9.3.2 微電網(wǎng)微電網(wǎng)新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電微電網(wǎng)可看作微電網(wǎng)可看作大電網(wǎng)中的一個可控單元大電網(wǎng)中的一個可控單元，而，而不再是多個分散不再是多個分散的電源和負

13、荷的電源和負荷。9.3.2 微電網(wǎng)微電網(wǎng)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，稱為稱為公共連接點公共連接點。微電網(wǎng)模式控制器，可實現(xiàn)微電網(wǎng)模式控制器，可實現(xiàn)并網(wǎng)運行與獨立運行并網(wǎng)運行與獨立運行的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.4 分布式系統(tǒng)的儲能分布式系統(tǒng)的儲能由于由于自然資源的特性自然資源的特性，可再生能源可再生能源用于發(fā)電時其功率輸出具用于發(fā)電時其功率輸出具有明顯的有明顯的間歇性和波動性間歇性和波動性，其變化甚是可能是，其變化甚是可能是隨機的，容隨機的，容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴重時會引發(fā)電網(wǎng)事故易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴重時會引發(fā)電網(wǎng)事故。為充

14、分利用可再生能源并保障其為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性供電可靠性，就要對這種難，就要對這種難以準確預(yù)測的能量變化進行及時的控制和抑制。以準確預(yù)測的能量變化進行及時的控制和抑制。儲能裝置，就是用來解決這一問題。儲能裝置，就是用來解決這一問題。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.4.1 常用的儲能技術(shù)常用的儲能技術(shù)（1 1）蓄電池儲能）蓄電池儲能蓄電池儲能系統(tǒng)蓄電池儲能系統(tǒng)由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設(shè)備由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設(shè)備（安全、環(huán)境保護設(shè)備）等部分組成。（安全、環(huán)境保護設(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。以分

15、為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。性價比很高的性價比很高的鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池最適合應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。最適合應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。傳傳統(tǒng)的蓄電池存在初次投資高、壽命短、環(huán)境污染等問題統(tǒng)的蓄電池存在初次投資高、壽命短、環(huán)境污染等問題。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.4.1 常用的儲能技術(shù)常用的儲能技術(shù)（2 2）超導(dǎo)儲能）超導(dǎo)儲能核心部件是由核心部件是由超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料制成的制成的超導(dǎo)線圈超導(dǎo)線圈。通入通入直流電直流電，線圈中就會形成，線圈中就會形成強磁場強磁場，把電能以磁場能的形式儲存起來。把電能以磁場能的形式儲存起來。由于超導(dǎo)體的由于超導(dǎo)體的電阻幾

16、乎為零電阻幾乎為零，電流在超，電流在超導(dǎo)線圈中循環(huán)時產(chǎn)生的功率損耗很小，導(dǎo)線圈中循環(huán)時產(chǎn)生的功率損耗很小，因而儲存的能量不易流失。因而儲存的能量不易流失。在外部需要能量時，可以把儲存的能量在外部需要能量時，可以把儲存的能量送回電網(wǎng)或?qū)崿F(xiàn)其它用途。送回電網(wǎng)或?qū)崿F(xiàn)其它用途。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電超導(dǎo)特性一般需要在超導(dǎo)特性一般需要在很低的溫度很低的溫度下才能維持。一旦溫度升下才能維持。一旦溫度升高，超導(dǎo)體就變?yōu)橐话愕膶?dǎo)體，電流流過時將產(chǎn)生很大高，超導(dǎo)體就變?yōu)橐话愕膶?dǎo)體，電流流過時將產(chǎn)生很大的功率損耗，儲能的效果也就不復(fù)存在了。的功率損耗，儲能的效果也就不復(fù)存在了。

17、一般將超導(dǎo)線圈浸泡在一般將超導(dǎo)線圈浸泡在溫度極低的液體（液氫等）溫度極低的液體（液氫等），然后，然后封閉在容器中。封閉在容器中。因此，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)除了核心部件超導(dǎo)線圈以外，還包括因此，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)除了核心部件超導(dǎo)線圈以外，還包括冷卻系統(tǒng)、密封容器冷卻系統(tǒng)、密封容器以及用于控制的電子裝置。以及用于控制的電子裝置。9.4.1 常用的儲能技術(shù)常用的儲能技術(shù)（2 2）超導(dǎo)儲能）超導(dǎo)儲能新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電是一種是一種機械儲能機械儲能方式。方式。1970s1970s就有了利用就有了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來儲存能量，并應(yīng)用于電來儲存能量，并應(yīng)用于電動汽車的構(gòu)

18、想。動汽車的構(gòu)想。由于由于飛輪材料飛輪材料和和軸承軸承等關(guān)鍵技術(shù)一直沒有解決而停滯，等關(guān)鍵技術(shù)一直沒有解決而停滯，1990s1990s以來，高強度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電以來，高強度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子學(xué)三方面的技術(shù)發(fā)展，飛輪儲能得到快速發(fā)展。力電子學(xué)三方面的技術(shù)發(fā)展，飛輪儲能得到快速發(fā)展。9.4.1 常用的儲能技術(shù)常用的儲能技術(shù)（3 3）飛輪儲能）飛輪儲能新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電9.4.2 儲能裝置在分布式系統(tǒng)中的作用儲能裝置在分布式系統(tǒng)中的作用（1 1）平衡發(fā)電量和用電

19、量）平衡發(fā)電量和用電量（2 2）充當備用或應(yīng)急電源充當備用或應(yīng)急電源某些分布式電源受自然條件影響而某些分布式電源受自然條件影響而減少甚至不能供電時，儲能系統(tǒng)減少甚至不能供電時，儲能系統(tǒng)就像就像備用電源備用電源，可臨時維持供電。，可臨時維持供電。此外，基于此外，基于系統(tǒng)安全性系統(tǒng)安全性的考慮，分的考慮，分布式發(fā)電系統(tǒng)也可以保存一定數(shù)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。量的電能，用以應(yīng)付突發(fā)事件。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電 （3）改善分布式系統(tǒng)的可控性）改善分布式系統(tǒng)的可控性儲能系統(tǒng)可儲能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)分布式系統(tǒng)與大電網(wǎng)的能量交換，調(diào)節(jié)分布式系統(tǒng)與大

20、電網(wǎng)的能量交換，將難以準將難以準確預(yù)測和控制的分布式電源，整合為能夠確預(yù)測和控制的分布式電源，整合為能夠按計劃輸出電能的按計劃輸出電能的系統(tǒng)系統(tǒng)，使其成為，使其成為可以調(diào)度的發(fā)電單元，可以調(diào)度的發(fā)電單元，從而從而減輕對大電網(wǎng)的減輕對大電網(wǎng)的影響，提高大電網(wǎng)對分布式電源的接受程度。影響，提高大電網(wǎng)對分布式電源的接受程度。（4 4）提供輔助服務(wù)）提供輔助服務(wù)通過功率波動的抑制和快速的能量吞吐，可明顯通過功率波動的抑制和快速的能量吞吐，可明顯改善改善分布式分布式發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量電能質(zhì)量。增強增強了分布式發(fā)電系統(tǒng)了分布式發(fā)電系統(tǒng)可控性可控性，在用電高峰時，在用電高峰時分擔負荷分擔負荷，在，

21、在發(fā)生局部故障時發(fā)生局部故障時提供緊急功率支持提供緊急功率支持，等等。，等等?？梢姡瑑δ苎b置在分布式發(fā)電系統(tǒng)中是非常重要的?？梢?，儲能裝置在分布式發(fā)電系統(tǒng)中是非常重要的。新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電1970s1970s就有了分布式電源的概念，美國公共事業(yè)管理政策法公就有了分布式電源的概念，美國公共事業(yè)管理政策法公布后，正式得以推廣，并很快被其它國家接受。布后，正式得以推廣，并很快被其它國家接受?！?11911”后，出于對供電安全的考慮，后，出于對供電安全的考慮，美國等美國等加快分布式供加快分布式供電系統(tǒng)研究和建設(shè)的步伐，在很多國家已電系統(tǒng)研究和建設(shè)的步伐，在很多國

22、家已頗具規(guī)模頗具規(guī)模。目前分布式電源站目前分布式電源站美國美國有有60006000多座多座；英國英國有有10001000多座多座；日本日本有有近近50005000家家，總?cè)萘砍^，總?cè)萘砍^600600萬千瓦萬千瓦。20062006年年歐盟歐盟國家的分布國家的分布式供電系統(tǒng)達到式供電系統(tǒng)達到1.51.5萬萬個左右。個左右。美國計劃到美國計劃到20102010年和年和20202020年分別有年分別有20%20%和和50%50%以上的新建商用或以上的新建商用或辦公建筑使用分布式供電系統(tǒng)，并且在辦公建筑使用分布式供電系統(tǒng)，并且在20202020年將年將15%15%的現(xiàn)有的現(xiàn)有建筑改由分布式電源供電。建筑改由分布式電源供電。 9.5 分布式發(fā)電的發(fā)展應(yīng)用分布式發(fā)電的發(fā)展應(yīng)用新能源與分布式發(fā)電新能源與分布式發(fā)電 分布式發(fā)電分布式發(fā)電上海、北京、廣州等大城市，上海、北京、廣州等大城市，1010多年前就嘗試分布式供電，多年前就嘗試分布式供電，已有已有成功范例成功