淺談分布式發(fā)電.doc

淺談分布式發(fā)電 （陸慶波）前言進入21世紀以來，能源供應緊張，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注關注的問題。自從歐美首先提出要發(fā)展具有靈活、清潔、安全、經濟、友好等性能智能電網的要求，分布式發(fā)電作為其核心課題之一日益受到國內外學者的廣泛關注，因為分布式電源包含應用最廣的清潔能源風能、太陽能和生物質能等新能源，大規(guī)模的使用能有效地改善能源和環(huán)境問題。目前，大電網與分布式發(fā)電（Distribubed Generation，DG）相結合被世界許多能源、電力專家公認為是能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高電力系統可靠性和靈活性的主要方式，是21世紀電力工業(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】?！胺植肌倍郑鄬τ诩邪l(fā)電的大型機組而言，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現；相對于過去的小型獨立電源而言，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)電技術得到了快速發(fā)展（如太陽能、風能、生物質能等），與傳統電力系統相比克服了大系統的一些弱點，成為電能供應不可缺少的有益補充，二者的有機結合將是新世紀電力工業(yè)和能源產業(yè)的重要發(fā)展方向。分布式發(fā)電以其優(yōu)良的環(huán)保性能和與大電網良好的互補性，成為世界能源系統發(fā)展的熱點之一，也為可再生能源的利用開辟了新的方向。分布式發(fā)電應用現狀 近年來，分布式能源技術發(fā)展迅速，在丹麥、芬蘭、挪威等北歐國家，現有的分布式發(fā)電裝機容量己超過其總裝機容量的30%【4】。在分布式電源研究和發(fā)展領域，美國、德國、英國、日本等國家在技術上處于領先地位，它們的許多發(fā)電設備生產公司與電力公司聯手，進行分布式電源技術的商業(yè)化實驗。 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，例如:1、分布式電源的群控技術，在負荷高峰時向電網供電的調峰技術;2、根據用戶的要求按需供電的多品質供電系統; 3、微電網系統，將分布式電源、儲電裝置和電力設備組合起來，根據區(qū)域用的要求提供更加靈活有效的供電服務。 美國電科院EPRI和能源部DOE等官方機構也成立了研究分布式電源的部門，通過研究報告等形式對分布式電源的應用及其并網后對電力系統的影響進行分析，為分布式電源的研究和應用提供了指導。 在歐洲，正在研究普及分布式電源的政策。在技術開發(fā)方面，尤其重視電力系統與分布式電源的聯接問題，為此在2001年12月制定了一個旨在促進包括分布式電源的“能源網絡通道”的名為“Integration”的計劃。這是一個通過統一協調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)計劃。我國對分布式電源的研究尚處在起步階段，己經開始在北京、上海等地興建基于冷、熱、電聯產的分布式電源，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國家電網公司啟動分布式光伏發(fā)電支持政策之后，2013年國家電網再次發(fā)布關于做好分布式電源并網服務工作的意見，進一步將示范擴大到天然氣、生物質能、風能等新能源形式，并與3月1日起正式實施。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【6】。分布式發(fā)電的優(yōu)點及不足 目前全世界電力系統是以大機組、大電網、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統，但是隨著當今社會對能源與電力供應的質量與安全可靠性要求越來越高，大電網由于自身的缺陷己經逐漸不能滿足這種要求。其主要存在的問題有: 1、不能靈活跟蹤負荷的變化。如夏季空調負荷的激增會導致電力供應短時不足，而為這種短時的峰荷建造發(fā)輸電設施是得不償失的，因為其利用率極低。隨著負荷峰谷差的不斷增大，電網的負荷率正逐年下降，發(fā)輸電設施的利用率都有下降的趨勢。 2、大電網中任何一點的故障都可能對整個電網帶來嚴重的影響，甚至可能導致大面積停電和電網崩潰，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年因南方雪災造成華中、華東兩區(qū)域電網的大面積停電事故）就是最好的佐證。 3、對于偏遠地區(qū)的負荷不能進行理想的供電。一種情況是距離現有電力系統太遠，輸配電系統的投資大，經濟性太差;另一種情況是由于自然條件太惡劣，現有電力系統到用戶的輸電線路根本無法架設或建成后會經常出現故障。 4、由于城市的迅猛發(fā)展和公眾對輸變電設備可能產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，主要體現在： 1、分布式發(fā)電系統分散獨立，可靠性高。各個分布式發(fā)電系統相互獨立，因此可以避免大規(guī)模停電事故的發(fā)生;同時與大電網供電互為補充，彌補了大電網在穩(wěn)定性方面的缺陷。當大電網發(fā)生故障時可以提供緊急供電支持，既保證重要用戶供電，又可以防止系統故障擴大。 2、分布式發(fā)電系統可以對區(qū)域電網的電能質量和性能進行實時控制，并能充分利用當地可方便獲取的能源。因此分布式發(fā)電系統特別適合于偏遠山區(qū)、城市社區(qū)等地區(qū);而且由于電能就地使用，不需要建設配電站，不需要架設長距離輸電線路，節(jié)省輸電投資和運行費，減少線路損耗。3、 投資小、占地少、建設周期短。在配電網中，由于負荷增長而供電設備的物理容量不夠時，可以適當建設分布式發(fā)電系統來滿足局部負荷增長的需要，減少改造供電設備的投資;同時其操作簡單，調峰性能好，啟?？焖?，可以用來彌補用電高峰時的缺口，從而有利于在較短時間內解決電力短缺問題【8】。 分布式發(fā)電盡管有如此多的優(yōu)點，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，在現有的裝機水平下，分布式電源不會對大區(qū)域的電力系統穩(wěn)定產生影響，但是隨著分布式電源的發(fā)展，如果這種小型機組的數量達到一定水平，就有可能影響到整個電力系統的特性。分布式電源入網運行，目前主要發(fā)生在配電網，其產生的影響表現為如下幾個方面： 1、網絡結構發(fā)生變化。配電系統將發(fā)生根本性的變化：從一個輻射式的網絡變?yōu)橐粋€遍布電源和用戶互聯的網絡，有點類Internet。配電系統的控制和管理將變得更加復雜。分布式發(fā)電的引入會使傳統的配電網絡規(guī)劃、運行(如無功補償、電壓控制等) 徹底改變； 現在的配電網自動化和需求側管理(DSM)的內容也需要重新加以考慮；分布式電源之間的控制和調度必須加以協調，與分布式發(fā)電有關的法律、法規(guī)和行業(yè)規(guī)范也需要妥善制定。 2、配電網繼電保護裝置整定問題。分布式電源的引入，配電網潮流的不確定性增加，會造成配電網電壓控制困難，引起電壓閃變，導致繼電保護誤動作，同時也會產生短路電流，對電力系統繼電保護的設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，特別是繼電保護的配合問題。DG一般通過10 kV饋線接入配電系統，而這一級別的配電系統，一般采用3段式電流保護（瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護、過電流保護）。DG的接入可能導致保護裝置的靈敏度降低，甚至拒動，還可能導致保護裝置誤動作，以及相鄰線路的瞬時速斷保護裝置誤動作，失去選擇性。3、引入大量諧波，電能質量下降。分布式電源并網時，由于大量電力電子器件應用于分布式電源，所以不可避免地給系統帶來大量諧波，諧波的幅度和階次受到發(fā)電方式以及轉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生不同程度的影響。4、影響配電網靜態(tài)穩(wěn)定性。分布式電源并網時，會對配電網的靜態(tài)穩(wěn)定性產生影響，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)電機接口的DG，并網時對系統靜態(tài)電壓穩(wěn)定性具有負面影響，并網位置離系統最薄弱支路越遠，負面影響就越?。粚τ诓捎脽o勵磁調節(jié)的同步發(fā)電機接口的DG和采用具有功率控制單元的變換器作為接口的DG，并網時能改善系統的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，并網位置越靠近系統最薄弱支路，則改善系統靜態(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，效率問題和表計問題。占地問題，如果分布式發(fā)電都建設在城市里面，那么城市就很擁擠。表計問題。因為能源是雙向流動，如果屋頂裝了太陽能，那么白天家里沒有人不用電，電能往配電網注入。因此這個情況電表要全部記錄下來。現在國外采用表計雙向測量。如果我們也采用這種方法，那么大量表計要全部換掉。效率問題，分布式發(fā)電的效率可以達到80%多，但是有時候只能達到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不可缺少的重要補充，將成為未來能源領域的一個重要發(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)電正是響應了國家政策，意義重大。我國太陽能和風力資源十分豐富，這為分布式發(fā)電技術的發(fā)展提供了平臺，創(chuàng)造了條件。像內蒙古的風力發(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)電技術的進展邁上一個臺階。因此，分布式發(fā)電系統具有廣闊的市場，可以預見，它將是21世紀電力工業(yè)發(fā)展的主要方向。 結束語 分布式發(fā)電在電力系統中將發(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)電應用時需根據地區(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，充分利用當地的資源來發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢。而且隨著儲能技術的不斷發(fā)展，會促使分布式發(fā)電系統更快地發(fā)展。同時，分布式發(fā)電與儲能技術的結合大大提高了系統的能源利用率，改善了系統的穩(wěn)定性、可靠性以及經濟性。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1、E1-Khattam , Salama M M A.Distributed generation,definitions and benefits J. Electric Power Systems Research,2004 (71):119-128.2、王立喬，孫孝峰.分布式發(fā)電系統中的光伏發(fā)電技術M.北京：機械工業(yè)出版社.3、朱永強.新能源與分布式發(fā)電技術M.北京：北京大學出版社.4、Ipakchi A, Albuyeh F. Grid of the Future J.Power and Energy Magazine ， IEEE ，2009 ，7（2）:52-56.5、雷珽.分布式電源的并網策略與協調控制D.上海：上海交通大