分布式發(fā)電與儲能技術(shù)

DistributedGeneration&EnergyStorageTechnology梅慧蘭新能源發(fā)電→分布式發(fā)電；概念和內(nèi)容上有發(fā)展分布式發(fā)電(DistributedGeneration或DispersedGeneration，簡稱DG)或嵌入式發(fā)電（EmbeddedGeneration)其概念有多種說法:√靠近用戶側(cè)，而非集中的發(fā)電廠，向用戶提供電力的任何小規(guī)模的發(fā)電技術(shù)，可與中、低壓配電系統(tǒng)互聯(lián)，也可不互聯(lián)?！汤眯∫?guī)模的、環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，如太陽能光伏發(fā)電、燃料電池、微型燃氣輪機和小型風力發(fā)電等，并把這些裝置安裝在靠近用戶側(cè)，直接向單一的特定的用戶供電?！倘魏谓ㄔ谟脩舾浇陌l(fā)電裝置，不論它的大小或任何和分散設(shè)備有關(guān)的發(fā)電；用來調(diào)整電壓和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的小型發(fā)電機；任何小于一定容量的發(fā)電，這個臨界值在10kW到50MW“小型”、模塊化、分散式、布置在用戶附近、高效、——電源容量?。◣譳W至幾十MW，容量<30-50MW——運行在380V或10kV或“稍高”的配電電壓等——模塊化、分散化，接近終端用戶；——電力生產(chǎn)者和消費者合一，功率雙向流動；——運行方式靈活孤島運行islandingoperation并網(wǎng)運行paralleloperationmode——比集中發(fā)電更可靠：含有分布式電源能源危機、南方冰災、汶川地震等大停電，龐大電——清潔性更好，利于環(huán)保。DG裝置的類型熱電冷聯(lián)產(chǎn)發(fā)電--微型燃氣輪機，多稱為微燃機(Micro-turbine)CombustionTurbineGenerators)InternalCombustionReciprocatingEnginesandGenerators)燃料電池(Fuelcell—FC)太陽能光伏電池(Photo-voltaicpanel/cell）風能（WindPower)生物質(zhì)能(BiomassEnergy)分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)-建設(shè)容易，投資少不需建設(shè)大電廠和變電站、配電站，土建和安裝成本低，工期-靠近用戶，輸配電簡單，網(wǎng)絡(luò)損耗小。直接就近供電，不需長距離高壓輸電線，可降低網(wǎng)損率，建-能源利用效率高通過不同循環(huán)的有機整合，可以克服冷、熱能無法遠距離傳輸?shù)睦щy，實現(xiàn)電、冷、熱三聯(lián)產(chǎn)，達到能源的梯級利用?？杀苊饣蛲七t增加新的發(fā)電和輸電線路，減少土地占用，降低大型電站建設(shè)投資風險。在電網(wǎng)崩潰或意外災害（戰(zhàn)爭、臺風、地震、恐怖活動等）的情況下，維持重要用戶的供電。也可滿足特殊場合的需求，如大型集會或慶典，安排處于熱備用狀態(tài)的移動分散式發(fā)電車，能極大提高供電可靠性。（4）環(huán)保：采用天然氣、沼氣，或化學能、太陽能、風能等為燃料，減少粉塵、有害氣體、廢水廢渣的排放，同時減少電磁污染，具有良好的環(huán)保性能。（5）電力市場：適應電力市場發(fā)展，多家辦電，打破壟斷。（6）調(diào)峰性能：由于DG工作流程簡單，參與運行的系統(tǒng)少，因而啟動和停機快速，具有良好的調(diào)峰性能，且便于實現(xiàn)全自（7）扶貧：解決邊遠地區(qū)供電困難（Standalonemode)具體：技術(shù)與經(jīng)濟方面，正面與負面影響。分布式發(fā)電的引入將使配電系統(tǒng)發(fā)生根本性變化?！虖妮椛渚W(wǎng)絡(luò)變?yōu)楸椴茧娫春陀脩艋ヂ?lián)的網(wǎng)絡(luò)，DG的分散性、隨機波動性，使得控制和管理將更加復雜；√使傳統(tǒng)配電網(wǎng)從規(guī)劃到運行發(fā)生徹底改變，如無功補償、電壓控制等；√使DAS（DistributionAutomationSystem）和DSM（DemandSideManagement）的內(nèi)容發(fā)生大的變化?！癙owerExchangeSystem”DG將對電力市場DG將對電力市場ElectricityMarket的走向、最后格局產(chǎn)生深遠影響。√電力公司和用戶間形成新型關(guān)系：用戶可從電力公司買電，也可用自有分布式電源向電力公司賣電，或為電力公司有償提供削峰填谷、功率支持等服務；√為其他行業(yè)進入電力市場打開了方便之門：如天然氣公司等，電力市場參與者增加，利益關(guān)系更復雜，競爭更激烈。電力市場的運營模式，可根據(jù)發(fā)、輸、配、售四個環(huán)節(jié)的市場開放程度而分為5個模式：全球電力市場模式及組成分布式發(fā)電可大大提高用戶供電的可靠性；減少配電網(wǎng)投資，因為分布式發(fā)電裝置直接裝在用戶側(cè)，可減少輸配電設(shè)備的投資，還可減少輸送電的損耗，降低成本，對于用戶來說，電價也會相對便宜。新建集中式發(fā)電廠和遠距離輸電線的需求將減少或推遲。新增負荷相當大的部分將由分布式發(fā)電來滿足，集中電力DG的削峰填谷、平衡負荷作用，使現(xiàn)有發(fā)電輸電設(shè)備的備用減少，利用率提高。分布式發(fā)電的隨機性、不穩(wěn)定性、電力電子變換器的大量引入、DG在負荷側(cè)或在電網(wǎng)邊緣處。DG并網(wǎng)過程對電網(wǎng)的沖擊；對電網(wǎng)頻率的影響；對電網(wǎng)電壓的影響；對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響；對電網(wǎng)繼電保護裝置的影響；對電能質(zhì)量的影響；對電力定價的影響。u風電出力變動大，多采用感應發(fā)電機inductiongenerator，需從電網(wǎng)吸收大量無功建立磁場；風機聯(lián)網(wǎng)對電網(wǎng)電壓的影響主要有：由于風速變化、風機投切等引起電壓波動。風電經(jīng)AC/DC/AC并網(wǎng)時由脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生諧波。諧波次數(shù)、大小與采用的變換裝置和濾波系統(tǒng)有關(guān)。并網(wǎng)瞬間較大突入電流，有引起系統(tǒng)瞬時電壓下降的危險。風電場從系統(tǒng)吸取大量無功時，可引起不可接受的電壓下降，甚至電壓不穩(wěn)定。10萬kW風電場并網(wǎng)對新疆主網(wǎng)電壓動態(tài)特性的影響最高可達10%分布式電源相對大電網(wǎng)來說是一個不可控源，因此大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源，以期減小其對大電網(wǎng)的沖擊。IEEEP1547對分布式能源的入網(wǎng)標準做了規(guī)定：“當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出運行?！睘檎戏植际桨l(fā)電的優(yōu)勢，削弱分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負面影響，近年來提出了一種新的分布式微型電網(wǎng)（Micro-Grid，簡稱微網(wǎng)）微網(wǎng)是能夠獨立運行或作為一個整體與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)將分布式電源以微網(wǎng)的形式接入到公共大電網(wǎng)運行，互為補充和支撐，是發(fā)揮其效能的最有效方式。微網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，能實現(xiàn)內(nèi)部電源和負荷的一體化運行，通過和主電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，可平滑接入主網(wǎng)或獨立自治運行，充分滿足用戶對電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性的要求。Micro-Grid微電網(wǎng)可看作大電網(wǎng)中的一個可控單元，而不再是多個分散的電源和微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，稱為微電網(wǎng)模式控制器，可實現(xiàn)并網(wǎng)與獨立運行的轉(zhuǎn)換。Notastranger！u電力生產(chǎn)具有連續(xù)性，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電須時刻保持動態(tài)平衡；u負荷存在峰谷差，須留有很大的備用容量，造成系統(tǒng)設(shè)備運行效率低?！獌δ芗夹g(shù)的應用，于傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言，可對負荷削峰填谷，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)備用需求及停電損失。由于自然資源的特性，風能、太陽能及海洋能等發(fā)電時其功率輸出具有明顯的間歇性和波動性，其變化甚至是隨機的，易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴重時會引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源，保障其供電的連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性，就要對這種難以準確預測的能量變化進行及時的控————儲能裝置，可用來解決這一問題。distributedenergystoragesystem，DESS隨著新能源發(fā)電規(guī)模的擴大、DG的不斷發(fā)展，DESS的重要性也日益凸顯。未來三大新興產(chǎn)業(yè)——新能源、智能電網(wǎng)和電動汽車儲能技術(shù)u三大類：化學儲能（如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、超級電容器等）、物理儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等）和電磁儲能（如超導儲能）。u化學儲能——目前技術(shù)進步最快，其中鈉硫、液流及鋰離子電池技術(shù)在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟性等方面取得重大突破。鈉硫電池的充電效率已可達到80%以上本在此項技術(shù)上國際領(lǐng)先。最成熟、應用最普遍—抽水蓄能，用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等，其能量轉(zhuǎn)換效率在70~75%左右。壓縮空氣儲能早在1978年就實現(xiàn)了應用，但受地形、地質(zhì)條件制約，沒有大規(guī)模推廣。飛輪蓄能，壽命長、無污染，動態(tài)特性好，發(fā)展迅速。但超大容量的飛輪，目前技術(shù)尚不成熟。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。分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鐵電池、鈉硫電池、全釩液流電池...l鉛酸蓄電池：性價比高、穩(wěn)定，但在環(huán)保和壽命方面不足。2013.3月，全球最大—5MW全釩液流電池儲能示范電站正式并網(wǎng)發(fā)電，解決了遼寧省法庫縣臥牛石風電場“棄風限電”l鐵電池：比亞迪+國家電網(wǎng)——“風光儲輸電站”程，河北張北縣。多類型化學儲能電站：14MW磷酸鐵鋰電池、4MW鈉硫電池、2MW液流電池flowcell，儲能總?cè)萘?萬國家風光儲輸示范工程——世界最大風、光發(fā)電場u核心部件是由超導材料制成的超u通入直流電，線圈中就會形成強磁場，把電能以磁場能的形式儲流在超導線圈中循環(huán)時產(chǎn)生的功率損耗很小，因而儲存的能量不u在外部需要能量時，可以把儲存超導儲能磁體及其低溫容器超導特性一般需要在很低的溫度下才能維持。一旦溫度升高，超導體就變?yōu)橐话愕膶w，通流時將產(chǎn)生很大的功率損耗，儲能效果也就不一般將超導線圈浸泡在溫度極低的），因此，超導儲能系統(tǒng)除了核心部件超導線圈外，還包括冷卻系統(tǒng)、密封容器以及用于控制的電子裝置。低溫容器交流電網(wǎng)超導線圈低溫容器交流電網(wǎng)超導線圈AC/DC變流器uSMES線圈－通過可控AC/DC變流器的控制，具有對有功及無功調(diào)節(jié)的雙重功能。uSMES裝置－FACTS新成員。（3）飛輪儲能(Fly-wheelEnergyStorageSystem，F(xiàn)ESS)又稱飛輪電池或機電電池，是一種機械儲能方式。1970s就有了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪儲存能量，并應用于電動汽車的構(gòu)想。由于當時飛輪材料和軸承等關(guān)鍵技術(shù)1990s以來，高強度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子三方面的技術(shù)發(fā)展，飛輪儲能得到快速發(fā)展——磁懸浮飛u美國飛輪系統(tǒng)公司用飛輪電池把一輛克萊斯勒轎車改成電動車，一次充電可行駛600km，96km/h加速時間6.5u2010，911GT3，保時捷首款機電飛輪混合動力賽車。飛輪技術(shù)在前輪使用兩個電動馬達以補充引擎的動力。將制動所收集的動能轉(zhuǎn)化為電能，將能量貯存于一個飛輪中。加速時，該能量轉(zhuǎn)移至前輪。將減少燃料消耗，增加行駛范圍。（4）超級電容器儲能（SuperCapacitorEnergyu與傳統(tǒng)電容器相比，超級電容具有容量大，功率密度高，充放電速度快，使用壽命長，受環(huán)境溫度影響小等特點。u目前超級電容器的儲能密度跟一般的電池相比還有一定的距離，提高單體的容量是超級電容器的雙電層電容器EnergyStorage)壓縮空氣儲能電站示意圖uCAES雖然儲存容量大，但其建設(shè)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)有著特殊的要求，對環(huán)境（地質(zhì)、地下水資源）的影響較大。因此，CAES的應用還不是很廣泛。德國1987建的290MWCAES電廠、美國1991年Alabama州的110MWCAES電廠。u美國正在Ohio州建一座大型CAES電廠，該電廠將空氣壓縮到2200英尺下的石灰石礦井中進行儲能，容量高達2700MW。多種儲能裝置的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖（1）平衡發(fā)電量和用電量（2）充當備用或應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，儲能系統(tǒng)就像備用電源，可臨時維持供電。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，用以應付突發(fā)事件。（3（3）改善分布式系統(tǒng)的可控性儲能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)分布式系統(tǒng)與大電網(wǎng)的能量交換，將難以準確預測和控制的分布式電源，整合為能夠按計劃輸出電能的系