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分布式发电系统

作者:希腊神话赌场 发布时间:2021-02-02 19:34 点击数:

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  现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界90%的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电,但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高,大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响,严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃,造成灾难性后果,这样的事故在国外时有发生;而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏,严重时将危害国家的安全,如科索沃战争海湾战争等;另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化,而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的,经济效益也非常低。根据西方国家的经验:大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资,降低能耗,提高系统安全性和灵活性的主要方法。

  distributed power generation system

  分布式发电指的是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机组(一般低于30MW),以满足特定用户的需要,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。这些小的机组包括燃料电池,小型燃气轮机,小型光伏发电,小型风光互补发电,或燃气轮机与燃料电池的混合装置。由于靠近用户提高了服务的可靠性和电力质量。技术的发展,公共环境政策和电力市场的扩大等因素的共同作用使得分布式发电成为新世纪重要的能源选择。

  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;

  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;

  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;

  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;

  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;

  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,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。2012年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。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。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。

  (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,还有太阳能光伏发电系统、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。

  分布式发电系统主要是通过光伏逆变器直接并网,这样的直接并网操作容易产生许多问题,比如:

  3.分布式发电系统直接在用户侧接入电网,电能质量问题将直接影响用户的电器设备安全。

  集中供电的配电网一般呈辐射状。稳态运行状态下,电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入光伏逆变器后,由于馈线上的传输功率减少,使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高,可能导致一些负荷节点电压偏移超标,其电压被抬高多少与接入光伏逆变器的位置及总容量大小密切相关。

  孤岛效应是指当电网供电因故障或停电维修等情况发生电压异常而跳脱时,各个用户端的并网逆变器发电系统却未能即时检测出停电状态而将自身从市电网络切离,于是形成由光伏并网逆变发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛状况。

  对用户来说,供电的中断却给用户带来不便;对发电商来说,利益受到损害;对电网来说,如果分布式光伏逆变器在孤岛状态下退出,当电网重合成功或故障消除后恢复供电,原来由光伏逆变器提供电能的用户全部由电网供电,加重了电网的负担,在某些情况下可能造成电网的不稳定。

  2013年左右,太阳能光伏发电技术迅速进步,相关制造产业和开发利用规模逐渐扩大,已经成为可再生能源发展的重要领域。光伏发电适合结合电力用户用电需要,在广大城镇和农村的各种建筑物和公共设施上推广分布式光伏系统。特别在用电价格较高的中东部地区,分布式光伏发电已经具有较好的经济性,具备了较大规模应用的条件。为落实可再生能源发展“十二五”规划,促进太阳能发电产业可持续发展,我局将组织分布式光伏发电应用示范区建设。现就有关事项通知如下:

  一、根据全国可再生能源发展“十二五”规划和太阳能发电发展“十二五”规划,请各省(区、市)选择具有太阳能资源优势、用电需求大和建设条件好的城镇区域,提出分布式光伏发电规模化应用示范区的建设方案。

  二、示范区的分布式光伏发电项目应具备长期稳定的用电负荷需求和安装条件,所发电量主要满足自发自用。优先选择电力用户用电价格高、自用电量大的区域及工商企业集中开展应用示范。同时,选择具备规模化利用条件的城镇居民小区或乡镇(村)开展集中应用试点。

  三、鼓励采用先进技术并创新管理模式,特别是采用智能微电网技术高比例接入和运行光伏发电,不断创新微电网建设和运营管理模式。

  四、国家对示范区的光伏发电项目实行单位电量定额补贴政策,国家对自发自用电量和多余上网电量实行统一补贴标准。项目的总发电量、上网电量由电网企业计量和代发补贴。分布式光伏发电系统有关技术和管理要求,国家能源局将另行制定。

  五、电网企业要配合落实示范区分布式光伏发电项目接入方案并提供相关服务,本着简化程序、便捷服务的原则,规范并简化分布式光伏发电接入电网标准和管理程序,积极推进分布式光伏发电的规模化应用。

  六、各省(区、市)可结合新能源示范城市绿色能源县和新能源微电网项目建设,抓紧研究编制示范区实施方案。首批示范区在若干城市相对集中安排。每个省(区、市)申报支持的数量不超过3个,申报总装机容量原则上不超过50万千瓦。

  七、鼓励各省(区、市)利用自有财政资金,在国家补贴政策基础上,以适当方式支持分布式光伏发电示范区建设。

  八、请各省(区、市)能源主管部门于10月15日前上报分布式光伏发电示范区实施方案。国家能源局将根据专家评审结果确定并批复示范区名单及实施方案。电网企业按批复的示范区实施方案落实相应电网接入和并网服务。

  2013年八月左右,国家发改委向部分政府机构、相关光伏发电企业下发《关于完善光伏发电价格政策通知》的意见稿(以下简称《意见稿》),对下一步光伏发电上网电价提出了新的实施方案。

  与以往全国除西藏地区外统一上网电价的政策不同,新的《意见稿》根据各地太阳能资源状况和工程建设条件,将全国分为四类太阳能资源区,制定了相应的标杆上网电价。光伏电站标杆上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价(含脱硫、脱硝电价,以下相同)的部分,仍然通过可再生能源发展基金进行补贴。

  新的《意见稿》对分布式发电和大型地面电站发电进行了区分。分布式发电电价补贴为0.35元/千瓦时,补贴资金同样来自可再生能源发展基金,并由电网企业向分布式光伏发电项目转付。分布式光伏发电系统并入电网的电量,由电网企业按照当地燃煤发电标杆上网电价进行收购。分布式将免收随电价征收的各类基金、附加以及系统备用容量和其他相关并网服务费。

  《意见稿》还对电网企业提出了要求,电网企业“要积极为光伏发电项目提供必要的并网接入、计量等电网服务,及时与光伏发电企业按规定结算电价。同时,要及时计量和审核光伏发电项目的发电量和上网电量,并根据其计量和审计结果申请电价补贴。

  针对大型光伏发电标杆上网电价,《意见稿》针对四类地区给出了四个不同的上网电价,如下:

  Ⅰ类资源区:0.75元/千瓦时,包含地区:青海海西、海北、果洛、玉树;

  Ⅱ类资源区:0.85元/千瓦时,包含地区:新疆、宁夏、内蒙古、青海西宁、海东、海南、黄南、甘肃嘉峪关、武威、张掖、酒泉、敦煌、金昌、四川阿坝、甘孜、云南丽江迪庆;

  Ⅲ类资源区:0.95元/千瓦时,包含地区:北京、天津、黑龙江、吉林、辽宁、河北承德、张家口、唐山、秦皇岛、山西大同、朔州、忻州、陕西榆林、延安、云南省除二类地区外的其他地区,甘肃省除二类地区外的其他地区;

  Ⅳ类资源区:1元/千瓦时,包含地区:除前面的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地区外的其他地区。

  如果说电力市场化是电力行业的重大改革,那么分布式发电可认为是电力行业的重大技术改革,两者共同作用将使未来世界的电力行业呈现全新的面貌。随着电力体制改革的发展,分布式发电也可为一些用户提供一种自立的选择,使其更能适应易变的电力市场。此外,由于分布式发电设施的安装周期短,不需要现存的基础设施,而且与大型的中央电站及发电设施相比总投资较少,因此在电力竞争性市场建立后分布式发电的作用将会日益明显和重要,从而可与现有电力系统结合形成一个高效、灵活的电力系统,提高整个社会的能源利用率,提高整个供电系统的稳定性、可靠性和电力质量。


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