分布式发电知识大全

. . 分布式发电知识大全 分布式发电 *概述 分布式发电 (Distributed Generation ： DG，又称分布式电源 ) 是指：直接接入配电网或 分布在用户现场附近的容量规模较小的发电系统， 用以满足特定需要， 能够经济、 高效、可 靠发电。对环境污染小，投资规模小，发电方式灵活，运行费用低，可靠性高，相对于大电 网集中供电方式有其独特的优越性， 将起到无法忽视的作用， 利用大电网与分布式发电相结 合，被认为是未来供电方式的发展方向。 分布式发电 (DG) 或分布式能源 (DER) 是一种分散、非集中式的发电方式，通常是指发 电功率在几千瓦至数百兆瓦 ( 也有的建议限制在 30～ 50 兆瓦以下 ) 的小型模块化、分散式、 布置在用户附近的高效、可靠的发电单元具有以下特点 ? 接近终端用户 ? 容量小 ( 几十 kW 至几十 M W) ? 以孤立方式或与配电网并网方式，运行在 380V 或 10kV 或稍高的配电电压等级上 ( 一般低于 66kV) ? 采用洁净或可再生能源 , 例如以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能 发电 ( 光伏电池、光热发电 ) 、风力发电、生物质能发电等 分布式能发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源， 包括本地可方 便获取的化石类燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率。 分布式电源通常接入中压或低压配电系统， 并会对配电系统产生广泛而深远的影响。 传 统的配电系统被设计成仅具有分配电能到末端用户的功能， 而未来配电系统有望演变成一种 功率交换媒体， 即它能收集电力并把它们传送到任何地方， 同时分配它们。 因此将来它可能 不是一个‘配电系统’而是一个‘电力交换系统 (Power delivery system) ’。分布式发电 具有分散、 随机变动等特点， 大量的分布式电源的接入， 将对配电系统的安全稳定运行产生 极大的影响。 分布式发电 *优点 通过分布式发电和集中供电系统的配合应用有以下优点： (1) 分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电 事故，所以安全可靠性比较高 ; (2) 分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成 为集中供电方式不可缺少的重要补充 ; . . (3) 可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中 的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力 ; (4) 分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输 配电成本，同时土建和安装成本低 ; (5) 可以满足特殊场合的需求，如用于重要集会或庆典的 ( 处于热备用状态的 ) 移动分散 式发电车 ; (6) 调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。 分布式发电 *类型 l 燃气轮机 l 内燃机 l 燃料电池 l 太阳能发电 l 风能发电 l 生物质能发电 分布式发电 *分类 根据所使用一次能源的不同， 分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、 基于 可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。 (1) 基于化石能源的分布式发电技术主要由以下三种技术构成：①往复式发动机技术： 用于分布式发电的往复式发动机采用四冲程的点火式或压燃式， 以汽油或柴油为燃料， 是目 前应用最广的分布式发电方式。 但是此种方式会造成对环境的影响， 最近通过对其技术上的 改进， 已经大大减少了躁音和废气的排放污染。 ②微型燃气轮机技术： 微型燃气轮机是指功 率为数百千瓦以下的以天然气、 甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机。 但是微型燃气 轮机与现有的其它发电技术相比，效率较低。满负荷运行的效率只有 30%，而在半负荷时， 其效率更是只有 10%～ 15%，所以目前多采用家庭热电联供的办法利用设备废弃的热能，提 高其效率。目前国外已进入示范阶段，其技术关键主要是高速 轴承 、高温材料、部件加工 等。 ③燃料电池技术： 燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学 装置。燃料电池工作时，不需要燃烧，同时不污染环境，其电能是通过电化学过程获得的。 在其阳极上通过富氢燃料， 阴极上面通过空气， 并由电解液分离这两种物质。 在获得电能的 过程中，一些副产品仅为热、水和二氧化碳等。氢燃料可由各种碳氢源，在压力作用下通过 蒸汽重整过程或由氧化反应生成。 因此它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式， 被 称为 21 世纪的分布式电源。 . . (2) 基于可再生能源的分布式发电技术主要由以下几种技术构成：①太阳能光伏发电技 术： 太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。 光伏发电 具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。但是此 种分布发电技术的成本非常高， 所以现阶段太阳能发电技术还需要进行技术改进， 以降低成 本而适合于广泛应用。 (2) 风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，可分为独立与并 网运行两类，前者为微型或小型风力发电机组，容量为 100W～ 10kW，后者的容量通常超过 150kW。近年来，风力发电技术进步很快，单机容量在 2MW以下的技术已很成熟。 (3) 混合的分布式发电技术通常是指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来， 形成复合式发电系统。 目前已有多种形式的复合式发电系统被提出， 其中一个重要的方向是 热电冷三联产的多目标分布式供能系统， 通常简称为分布式供能系统。 其在生产电力的同时， 也能提供热能或同时满足供热、 制冷等方面的需求。 与简单的供电系统相比， 分布式供能系 统可以大幅度提高能源利用率、降低环境污染、改善系统的热经济性。 分布式发电 *分布式储能 ( 蓄电池等 ) 式存储 ( 热能、 机械能等 ) 证电力系统调峰调频的需要 非常重要的作用。作为补偿 DG 们的重视。 分布式发电 *储存分类 传统的储能技术包括我们所熟知的抽水蓄能电站等，它是电力系统调峰调频的主要手 蓄电池储能 (BESS) 蓄电池储能近来已成为电力系统中最有前途的短期储能技术之一， 目前在小型分布式发 电中应用最为广泛， 但存在初次投资高、 寿命短、 环境污染等诸多问题。根据所使用的不同 MH— Ni(Metal Hydride 一 Niekel) 电池。 超导磁能 (SMES) 直到 20 世纪 70 年代， SMES才首次被提出作为电力系统的能量存储技术。 SMES系统将 能量存储在由流过超导 线圈 的直流电流产生的磁场中，其中的超导线圈浸泡在温度极低的 液体 ( 液态氢等 ) 中，然后密封在容器里。 . . 如果超导线圈由电感构成， 就没有电阻的消耗， 电流在闭合电感中不会消失而长期循环。 在使用能量时由线圈引出，经转换接人系统或用户。 SMES系统具有几个显著特点，无噪声污染，响应快， 效率高 ( 达 95%)，不受建造场地限 制且非常可靠。 其最大缺点就是成本太高， 其次就是需要压缩机和泵以维持液化冷却剂的低 温，使系统变得更加复杂，需要定期的维护。 超级电容器储能 普通电容器由于其存储能量过小， 所以未能用作电力系统中的储能装置。 所谓的 “超级 电容器”，其存储容量为普通电容器的 20-1000 倍。它是通过使用一种多孔电解质 ( 其介电 常数和电压承受能力仍然比较低 ) 加大两极板的面积，从而使储能能力得到提高。根据电极 材料的不同，可以分为碳类和金属氧化物超级电容器。 超级电容器兼有常规电容器功率密度大、 充电能量密度高的优点， 可快速充放电， 且使 用寿命长， 不易老化。超级电容器还具有一些自身的优势，它没有可动部分，既不需要冷却 装置也不需要加热装置， 在正常工作时， 内部没有发生任何化学变化。 超级电容器能够安全 分布式发电时，在与其它储能方式互相竞争中胜出。 超级电容器在许多领域都有广阔的应 用前景， 特别是在电动汽车上的应用具有非常明显的优势， 许多国家都投人大量人力、 物力 对超级电容器进行研究开发，有些公司的产品已实现商品化。 2005 年，美国加利福尼亚州 建造了一台 450kW的超级电容器储能装置，用以减轻 950 kW 风力发电机组向电网输送功率 的波动。 分布式发电 *分布式电源 分布式电源 (Distributed Generating Source ， DGS)包括功率较小内燃机 (Internal Combustion Engines) 、微型燃气轮机 (Micro-turbines) 、燃料电池 (Fuel Cell) 、可再生能 源如太阳能发电的光伏电池 (Photovoltaic Cell) 和风力发电等。国际大型电力系统委员会 (CIGRE)将分布式发电定义为“非经规划的或中央调度型的电力生产方式，通常与配电网连 接，一般发电规模在 50～ 100 MW之间。” 2002 年 11 月，欧洲电力研讨会在布鲁塞尔召开， 会议的论题之一是“分布式发电：过渡到未来电力系统的挑战者” 。研讨会上认为由于电网 的概念将从被动式转变为主动，在新的配电网的概念之下，分布式发电也被纳入 ; 电网实时 管理的应用和分步式控制系统已经可以在技术上结合使用需求侧管理和主动的负荷管理系 统。 分布式发电 *对电力系统影响 . . 近年来，随着 DG技术性能不断得到改善，成本进一步降低， DG在经济、运行以及环境 性能上的技术优势逐步提高，使得其在电力系统中所占的比重逐步增长。 DG与常规电力系 统并网运行的趋势越来越明显。 DG的并网会产生两个方面的问题：一是并网系统本身的结 构和性能 ; 另一个就是 DG并网后对电力系统运行、控制、保护等各方面产生的影响。 分布式发电 *分布式发电系统 分布式发电系统可以由不同的电厂组成， 各电厂使用不同的一次能源。 分布式电厂可以 按照发电设备的发电能力或按照其在整个电网中的位置来分类。分布式发电系统可以定义 为：所有不直接与国家电网连接、不由中央配电系统进行配送、不经电网调频的发电系统。 这个定义和目前意大利对输电网的定义相符， 按照这个定义， 输电网的主要功能是连接发电 厂和配电系统。 从这个意义上说， 现在只有高压和超高压线路才被看作输电线， 这些线路只 与 10MW以上电厂连接。因此目前认为将来只有 10MW以上才可以直接参与电力市场 ( 即：售 电 ) 。因此这样说来，分布式发电应该包含所有发电能力在 10MW以下电厂。 分布式发电 (Distributed Generation ，简称 DG)，通常是指发电功率在几千瓦至数百 兆瓦 ( 也有的建议限制在 30～ 50 兆瓦以下 ) 的小型模块化、 分散式、 布置在用户附近的高效、 可靠的发电单元。 主要包括： 以液体或气体为燃料的内燃机、 微型燃气轮机、 太阳能发电 ( 光 伏电池、光热发电 )、风力发电、生物质能发电等。 分布式能发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源， 包括本地可方 便获取的化石类燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率。 分布式 电源 通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。 传统的配电系统被设计成仅具有分配 电能 到末端用户的功能， 而未来配电系统有望演变成 一种交换媒体， 即它能收集电力并把它们传送到任何地方， 同时分配它们。 因此将来它可能 不是一个‘配电系统’而是一个‘电力交换系统 (Power delivery system) ’。 分布式发电 具有分散、 随机变动等特点， 大量的分布式电源的接入， 将对配电系统的安全稳定运行产生 极大的影响。 传统的配电系统分析方法，如潮流计算、状态估计、可靠性评估、故障分析、供电恢复 等，都会因程度不同地受到分布式发电的影响而需要改进和完善。 分布式发电 *对电能质量的影响 l 电压调整 ? 负荷潮流变化大， 使馈线上的电压幅值发生变化， 调整和维持困难， 搞不好电压反而 可能超标 . . ? 如是电力电子型电源，电压调节和控制方式与常规方式不同 ( 有功和无功可分别单独 调节 ) ? DG的频繁启动使配电网电压常常发生波动 ? 对电压骤降， DG可能有用，也可能无用，对装在 DG母线侧的可能有用，对装在邻近 母线侧的用户可能无用 ? 在不作变化的情况下，配电馈线上倒底能装多少 DG，主要取决于电压调节性能 ? 在分布式电源为风电的情况下， 电源需要从电网吸收无功， 且随时波动， 使电压调节 变得困难 分布式发电 *对电能质量的影响 l 电压闪变 ? 并网时一般不会发生闪变，孤岛运行时如储能元件能量太小，易发生电压闪变 l 电压不平衡 ? 如果是电力电子型电源，逆变器的控制策略对网络不平衡电压会有影响 l 谐波畸变和直流注入 ? 电力电子型电源易产生谐波，造成谐波污染，采用投切式 PWM可使谐波降低，此外， 如无隔离变压器而与电网直接相连， 有可能向电网注入直流， 使变压器和电磁元件出现磁饱 和现象，并使附近机械负荷发生 转矩 脉动 (torque ripple) 分布式发电 *对继电保护的影响 l 配电网有大量的继电保护装置早已存在而不可能为了 DG而改动， DG必须与之配合并 适应它 l 使重合闸不成功 ? 在系统故障时， DG的切除必须早于重合时间，否则会引起电弧的重燃，使重合闸不 成功 ( 快速重合闸 0.2 秒 - 0.5 秒 ) l 使保护区缩小 ? 当有 DG的功率注入电网时，会使 继电器 原来的保护区缩小 l 使继电保护误动作 ? 如继电器不具备方向敏感性能 ( 原系统为放射型的， 末端无电源， 不会产生转移电流 ) 则并联分支故障时，会引起本分支继电器的误动 分布式发电 *可靠性问题 . . l 大系统停电时有些 DG的燃料会中断，或供给 DG辅机的电源会失去， DG会同时停运， 仍无法提高供电的可靠性，如要使 DG始终保持运行必须有特殊的设计 l DG 与配电网的继电保护配合不好，可能使继电保护误动作，反而使可靠性降低 l 不适当的安装地点、容量和连接方式会使配网可靠性变坏 分布式发电 *效益问题 l 使配电网设备闲置，导致成本增加，配电网效益下降 l 使负荷预测更加困难 分布式发电 *技术应用的障碍 l 燃料问题：天然气供应有一定局限 l 价格问题：天然气燃料成本较高，燃料电池的价格短期内不可能下降 l 占地问题：城市用地紧张，单独设站选址困难 l 计量问题：双向计量待解决 l 效率问题 : 只有在恰当的设计和应用下 , 才能保证一定的效率 l 环保问题：热岛效应， Nox的排放 分布式发电 *重要意义 l 经济：能源合理梯级利用—提高能源利用效率 (60%-90%)—节能，投资回报率高、降 低成本和投资，就近供电，减少网损 l 环保：减轻环保压力 ( 排放总量减少、减少征地及线路走廊、减少高压电磁污染 ) l 能源：多个电源，多种燃料，可为用户同时提供多种能源 ( 电、热、冷 ) ，解决能源危 机和能源安全问题，可利用可再生能源 l 安全及可靠性：调峰问题 ( 与燃气互补 ) 、备用问题，提高供电可靠性和供电质量，防 止大面积停电事故的发生，防灾害 ( 战争、地震、恐怖活动 ) l 电力市场：适应电力市场发展需要，打破垄断 l 投资风险：降低大型电站建设投资风险 l 扶贫：解决边远地区供电困难 分布式发电 *发展前景 (1) 在美国， 容量为 1kW到 10MW分布式电源发电和储能单元正在成为未来分布式供能系 统的有用单元。由于分布式电源的高可靠性、高质量、高效率以及灵活性，故可满足工业、 . . 商业、居住和交通应用的一系列要求。预计几年后，新一代的微汽轮机 (10 ～ 250kW)可以完 全商业化，为调峰和小公司余热发电提供了新机会。 在美国国内到 2020 年，由于新的能源需求与老的电厂的退役，估计要增加 1.7 × 10 12 kW· h 的电，几乎是近 20 年增量的 2 倍。为满足市场需要，下一个 10 年之后，美国 的分布式发电市场装机容量估计每年将达 5× 109～ 6× 109W，为解决这个巨大的缺口，美国 能源部提出了以下几个涉及分布式发电技术的计划，包括燃料电池、分布式发电涡轮技术、 燃料电池和涡轮的混合装置等。 可以预料， 在不久以后， 分布式发电技术将在美国得到相当 的发展。 (2) 在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展 所带来的安全性问题不容忽视。 由于各地经济发展很不平衡， 对于广大经济欠发达的农村地 区来说， 特别是农牧地区和偏远山区， 要形成一定规模的、 强大的集中式供配电网需要巨额 的投资和很长的时间周期， 能源供应严重制约这些地区的经济发展。 而分布式发电技术则刚 好可以弥补集中式发电的这些局限性。 在我国西北部广大农村地区风力资源十分丰富， 像内 蒙古已经形成了年发电量 1 亿 kW· h 的电量，除自用外，还可送往北京地区， 这种无污染绿 色能源可以减轻当地的环境污染。 在可再生能源分布式发电系统中的除风力发电外， 还有太阳能光伏电池、 中小水电等都 是解决我国偏远地区缺电的良好办法。因此，应引起足够的重视。 在我国城镇， 分布式发电技术作为集中供电方式技术不可缺少的重要补充， 将成为未来 能源领域的一个重要发展方向。 而在分布式发电技术中应用最为广泛、 前景最为明朗的， 应 该首推热电冷三联产技术，因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、 工厂来说， 都存在供电和供暖或制冷需求， 很多都配有备用发电设备， 这些都是热电冷三联 产的多目标分布式供能系统的广阔市场。