華北電力大學(xué)-朱永強等 分布式發(fā)電技術(shù)

漂浮在海面上的“能源島”美國發(fā)明家多米尼克米凱利斯父子共同設(shè)計，綜合利用海洋溫差能、波浪能和海上風(fēng)能、太陽能等多種形式的可再生能源，能全年每天24小時連續(xù)運行。這樣的一個能源島，建造成本超過6億美元，具有250兆瓦的發(fā)電能力，足夠向一個小型城市供電。,10分布式發(fā)電技術(shù),教學(xué)目標,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；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。,關(guān)注的問題什么是分布式發(fā)電？分布式發(fā)電系統(tǒng)中的常用電源有哪些？微電網(wǎng)和分布式發(fā)電有什么關(guān)系？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？,10.1.1分布式發(fā)電簡介,分布式發(fā)電：在一定的地域范圍內(nèi)，由多個甚至多種形式的發(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。,相對于集中發(fā)電的大型機組而言，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(xiàn)；相對于過去的小型獨立電源而言，其容量分配和布置有一定的規(guī)律，滿足特定的整體要求。,10.1分布式發(fā)電的概念,區(qū)分幾個類似的概念：DP，DER，DG。,分布式發(fā)電一般獨立于公共電網(wǎng)而靠近用電負荷，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。一般來說，分布式電源是集成或單獨使用的、靠近用戶的小型模塊化發(fā)電設(shè)備。,10.1.1分布式發(fā)電簡介,10.1.2分布式發(fā)電的特點,（1）建設(shè)容易，投資少單機容量和發(fā)電規(guī)模都不大，不需要建設(shè)大電廠和變電站、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，而不需要長距離的高壓輸電線，輸配電損耗小，建設(shè)簡單廉價。,（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。可結(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，科學(xué)合理地實現(xiàn)能源的梯級利用。,（5）運行靈活，安全可靠性有保障。小機組的啟動和停運快速，靈活?？勺鳛閭溆秒娫础?（6）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性，還能為大電網(wǎng)提供輔助性的服務(wù)。,10.1.2分布式發(fā)電的特點,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：南方雪災(zāi)時小機組的作用小知識：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),10.1.3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：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)。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)展的主要方向。,10.2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。微型燃氣輪機是一類新近發(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。微型燃氣輪機體積小，重量輕，功率20500千瓦。成本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。,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，再加上儲能裝置和附近用電的負荷，其結(jié)構(gòu)可能也相當(dāng)復(fù)雜。,10.3.1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荷構(gòu)成，如果與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行就還包括并網(wǎng)接口。,微電網(wǎng)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)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)運行，互為補充和支撐，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。,10.3.2微電網(wǎng),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負荷。,10.3.2微電網(wǎng),微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，稱為公共連接點。微電網(wǎng)模式控制器，可實現(xiàn)并網(wǎng)運行與獨立運行的轉(zhuǎn)換。,10.4分布式系統(tǒng)的儲能,由于自然資源的特性，可再生能源用于發(fā)電時其功率輸出具有明顯的間歇性和波動性，其變化甚是可能是隨機的，容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴重時會引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性，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。儲能裝置，就是用來解決這一問題。,10.4.1常用的儲能技術(shù),（1）蓄電池儲能,蓄電池儲能系統(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)境污染等問題。,10.4.1常用的儲能技術(shù),（2）超導(dǎo)儲能,核心部件是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈。通入直流電，線圈中就會形成強磁場，把電能以磁場能的形式儲存起來。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)時產(chǎn)生的功率損耗很小，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。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。,10.4.1常用的儲能技術(shù),（2）超導(dǎo)儲能,是一種機械儲能方式。1970s就有了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來儲存能量，并應(yīng)用于電動汽車的構(gòu)想。由于飛輪材料和軸承等關(guān)鍵技術(shù)一直沒有解決而停滯，1990s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。,10.4.1常用的儲能技術(shù),（3）飛輪儲能,10.4.2儲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，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(yīng)付突發(fā)事件。,（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(yù)測和控制的分布式電源，整合為能夠按計劃輸出電能的系統(tǒng)，使其成為可以調(diào)度的發(fā)電單元，從而減輕對大電網(wǎng)的影響，提高大電網(wǎng)對分布式電源的接受程度。,（4）提供輔助服務(wù)通過功率波動的抑制和快速的能量吞吐，可明顯改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。增強了分布式發(fā)電系統(tǒng)可控性，在用電高峰時分擔(dān)負荷，在發(fā)生局部故障時提供緊急功率支持，等等?？梢?，儲能裝置在分布式發(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?！?11”后，出于對供電安全的考慮，美國等加快分布式供電系統(tǒng)研究和建設(shè)的步伐，在很多國家已頗具規(guī)模。目前分布式電源站美國有6000多座；英國有1000多座；日本有近5000家，總?cè)萘砍^600萬千瓦。2006年歐盟國家的分布式供電系統(tǒng)達到1.5萬個左右。美國計劃到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(參見教材)。2005年，我國首個分布式電力技術(shù)集成工程中心落戶廣州，標志著我國分布式供電技術(shù)進入實質(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，這些都為冷熱電三聯(lián)供提供了市場。,10.5分布式發(fā)電的發(fā)展應(yīng)用,本章小結(jié),分布式能源供電：某些中小型發(fā)電裝置靠近用戶側(cè)安裝，它既可獨立于公共電網(wǎng)直接為少量用戶提供電能，也可將其并入電力系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)一起共