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分布式电源技术展望

作者: 来源: 发布时间:2018-2-11 16:12:47  点击数:1047
1引言
在新世纪之初展望电力电源新技术,一个引人注目的动向是分布式电源的兴起。分布式电源的发展及与it技术的结合,将对传统的电力系统形成巨大的影响,带来电力系统的概念革新,引起电力技术的显著进步,形成新型的专项技术和经济市场。
近几年来,世界能源、电力界都在热谈分布式电源,但是尚没有统一的名称和定义。
目前的文献的各种理解表明:分布式电源还是一个正在迅速发展的概念,还不可能给出一个准确完整的定义。为行文和阅读设立一个前提,本文就此提出一个简明的理解:所谓分布式电源,既指传统的分散独立小型电源,更指未来采用分布式技术联网上网的一“群”或成组的小型分散电源。
分布式电源(distributed generation),在中文文献中也有人称为分散式电源,只是翻译习惯不同,概念和内涵相差不多。本文在综述日本部分中采用了“分散型电源”。
2分布式电源兴起的技术背景
分布式电源的兴起,是地球环境可持续发展政策与技术进步的产物。当分散独立的小电源效率较低不宜大量应用时,当它无须联网与大电网无关时,当它数量很少被浩大的公共电网忽视不计时,根本没有分布式电源这个名词。只是当新型高效绿色的小型独立电源为可持续发展政策所重视并日益发展壮大时,分布式电源技术及其名词才应运而生。分布式电源的“分布”两字,既是相对于集中的大机组大电网而言,也是相对过去到不相联的小电源而言。
虽然分布式电源概念几乎包括了过去所有的小型分散电源,但是目前主要指用新技术武装起来的新兴绿色环保电源。主要有:
①自然能源,如水电、风电、太阳能发电等,常称为可再生能源;
②化石燃料发电,内燃发电机组、燃气轮机发电机组、燃料电池等;
③废弃物发电,如垃圾发电等,常称为环保再生型能源,
④贮能电源,抽水蓄能发电、蓄电池组等。据预测,分布式电源将成为21世纪的新能源新技术,尤如计算机世界的pc机,具有不可估量的发展前途。
从20世纪末起,分布式电源在工业发达国家里热起,有三方面的原因:
①各种小型分散型绿色环保电源迅速发展,所占比重越来越重,对电力系统的潜在影响越来越大,迫使世界重视自己;
②大电网的发展受到环保和需求的限制,为分布式电源的发展提供了机遇;各种分布式电源多属清洁可再生可持续技术,适应了地球环境保护可持续发展政策的需要;
③欧美国家放宽了对电力行业的管制,解除了对小型分散式电源的限制,实行了所谓电力自由化。
昔日的大电网远距离输电线路受到来自环境保护甚至政治环境的责难,高电压大电网产生的电磁污染已迫使北美和欧洲一些国家不再兴建新的大规模输电线路。由于大电网面对不可抗拒的自然或意外灾害表现出的脆弱性,加上对于日益加剧的恐怖活动的担心,为了躲开“多米诺骨牌”式的电网连锁灾难,为了保证电源的安全可靠性,似乎唯有分散才好。
3分布式电源的发展动态
新型高效清洁的分布式电源的崛起,除了本体技术的迅猛发展外,与it技术相联系也将成为它的重要的特点。采用分布式电源与互联网联接组成的能源系统、供电系统及其管理系统,正在成为电力科研的目标。
3.1在美国
预计美国的分布式电源市场到2004年将增长到21.4亿美元,年平均增长9.6%。尤其出力20kw~10mw的分布式电源在2000年后,因为丰富的燃气来源、环境的苛刻要求、电力管制的缓和、电网的限制放宽而得到飞速的发展。据dpca(美国分布式电源联盟)的预测,在21世纪初的几年,热机类的分布式电源将达到约3500万kw;到2020年,分布式电源的容量将占全国总容量的3.7%。
在美国,正在研究开发方便用户就近利用分布式电源的多种新型技术,例如:
①分布式电源的成批控制技术(群控技术),在负荷高峰时向电网供电的调峰技术;
②根据用户的要求按需供电的多品质供电系统;③区域电力网络系统,将分布式电源、贮电装置和电力设备组合起来,根据区域用户的要求提供更加灵活有效的供电服务。
美国能源部和epri(美国电力研究所)提出了所谓“能源试验场(energie park)”的设想,借助于互联网把场里的分布式电源有机地联接起来。表1就是几座按照这种设想建立的“试验场”,其中与加利福尼亚州阿巴因大学相邻的一座研究场,在80万m3区域里有43座建筑物,全部由微燃发电机、太阳能电池、燃气型燃料电池组成的分布式电源群提供能源,据说燃料的利用率由过去的25%提高到75%。通过互联网可以提高分布式电源的管理水平和效率,如果再结合利用电力通讯新技术的供需管理,适应于电力调峰,还能进一步提高资源的利用效率。

3.2在欧盟
2001年9月欧盟发出了关于发展可再生能源的指令,按照计划,欧盟到2010年可再生能源占总能源消费的比例,将达到12%,为1997年的2倍。电力消费量中可再生能源电力所占比例,将从13.9%上升到22.1%。
在欧洲,正在研究普及分布式电源的政策。在技术开发方面,尤其重视电力系统与分布式电源的联接问题,为此在2001年12月制定了一个旨在促进包括分布式电源的“能源网络通道”的名为integration”的计划。这是一个通过统一协调欧洲包括欧盟各成员国的分布式电源,确保电力供给的安全性和可靠性的研究开发计划。
英国1998年时可再生能源发电为180万kw,占发电总量的2.5%。预计将要增加257.9万kw,其中废弃物发电152.1万kw,风力发电70.6万kw,沼气发电等34.1万kw,水电1.2万kw,总发电量达到330万kw。
德国 随着2000年开始实施“可再生能源法(eeg)”,可再生能源发电从1999年的5.9%将在2030年提高到30%。德国的eeg,包括2万kw以下的生物能源(指燃料)发电,5 000kw以下容量的水电、风电、太阳能发电、废弃物发电、下水道沼气发电、坑道瓦斯发电和地热发电。
3.3在日本
日本由于国土狭小资源贫乏人品众多,对分布式电源的发展及研究表现出了极大的敏感和热情,很可能在这方面又会走到世界的前列……
近些年来,绿色新能源的各种分散型电源在日本得到了迅速的应用和普及。截止2001年3月底,日本全国超过1 000kw容量的自家发电设备已经达到3 024万kw,占全国发电设备总量的12%。
截止1999年底,日本的太阳能发电已经达到21万kw,风力发电达到14万kw;预计2010年将分别达到482万kw和300万kw,分别提高到23倍和38倍。常用的内燃机发电(包括柴油机、汽油机和燃气轮机发电机组),在2000年已经达到240万kw,热机发电的总容量达到了350kw。非常用的内燃机发电(指备用电源等)在2000年已经达到380万kw。
日本还在大力研究分散型电源系统的区域性应用、分散型电源与it结合的网络化应用,典型实例如表2所示。


 东京都未来能源设想项目,就是把燃料电池、太阳能发电和风力发电等分散型电源引进公共设施,或用作抗灾紧急电源;同时,着眼于资源的重复循环利用,以构筑循环型协调发展的城市为目标。
比如在京都府的八木町,采用互联网监视分散型热机电源,用it技术建设高效的分散型发电系统。还可以利用网络把废弃物发电、煤气炉等联结起来,不仅能提高效率,而且能减少维护量,提高回收效率。进一步,把风力发电、太阳能发电和贮电技术结合起来,可以组成一个确保能源安全的“能源自治体”。
四国电力公司所开发的利用分散型电源和it面向家庭服务的“高龄独居者照料服务系统”,已从2001年开始现场试验。
三菱重工公司也在开发利用互联网技术的可以遥控、监视和维护的分散型电源的综合控制系统,目标是开发出既便宜又简便的分散型电源发电“群”。
4分布式电源的发展对电力系统带来的影响
分布式电源实现成组“群控”,与it结合上网,与公共大电网联网,将是迟早之事。虽然在目前仅仅作为独立电源时可以暂时回避这些问题,但是从长远看,终将面对。亦因此,分布式电源的发展必将对电力系统带来巨大的影响。
从目前国外所进行的研究看,分布式电源的发展可能造成的问题和影响主要表现在以下方面:
(1)对发电的影响——对电业宏观规划的影响
目前分布式电源的发展非常迅速,在电力能源中所占的比重越来越大,已经不可以忽视。因此,在一个国家或地区的宏观发展规划中必须对它的发展和影响作出预测、引导和切合实际的设计,必然会影响到发电事业的规划布局——可是因为分布式电源本身具有各种不确定性,会使这种规划设计难以准确合理,也会具有很大的不确定性。
(2)对输变电的影响——接入公共电网对电力系统运行的影响
由于分布式电源的原理和种类各不相同,形式复杂,有的还受气候等自然因素的影响,因此各种分布式电源发电的功率、容量、品质和控制性能等具有多变性、不定性,差异性很大。当分布式电源大量上网时,将会严重地影响电力系统的设计、控制、运行,影响系统的可靠性和安全性。
(3)对电能质量的影响——对受电质量和用户的影响
同样的道理,不仅各种分布式电源的电能品质差别较大,难以稳定;而且会严重地影响系统的电能品质,使难以满足用户对品质的要求,会对供电服务的质量产生严重的影响。
(3)对售电的影响——对电力市场和电力经济的影响
一些国家实行电力自由化的技术原因,其实就是分布式电源要大量进入电力市场;成本不同品质各异的分布式电源进入电力市场,必然会冲击原来的市场格局影响电力经济,交易方式、电价和服务都必须作出适时的调整和变化。
5日本构筑在系统电力与分散型电力相协调时代的技术战略
日本电力市场的部分自由化始于2000年3月,对电力事业的限制开始松动。过去主要为着国民经济基本建设项目的电力事业,不仅面临着更高的可靠性、安全性的要求,而且还将面对新型独立电源、小型自备电源的大量发展,“电力供给”所处的环境和要求都会发生迅速巨大的变化。
基于这样的分析和考虑,日本政府“资源能源厅”的“电力、燃气事业部”于2001年7月接受“财政厅能源综合工学研究所”的委托,设立了“新型电力供给系统技术研讨会”。这个研讨会的宗旨就是“构筑在系统电地影响电力系统的设计、控制、运行,影响系统的可靠性和安全性。
(3)对电能质量的影响——对受电质量和用户的影响
同样的道理,不仅各种分布式电源的电能品质差别较大,难以稳定;而且会严重地影响系统的电能品质,使难以满足用户对品质的要求,会对供电服务的质量产生严重的影响。
(3)对售电的影响——对电力市场和电力经济的影响
一些国家实行电力自由化的技术原因,其实就是分布式电源要大量进入电力市场;成本不同品质各异的分布式电源进入电力市场,必然会冲击原来的市场格局影响电力经济,交易方式、电价和服务都必须作出适时的调整和变化。
5.1日本构筑在系统电力与分散型电力相协调时代的技术战略
日本电力市场的部分自由化始于2000年3月,对电力事业的限制开始松动。过去主要为着国民经济基本建设项目的电力事业,不仅面临着更高的可靠性、安全性的要求,而且还将面对新型独立电源、小型自备电源的大量发展,“电力供给”所处的环境和要求都会发生迅速巨大的变化。
 基于这样的分析和考虑,日本政府“资源能源厅”的“电力、燃气事业部”于2001年7月接受“财政厅能
2002年3月,新型电力供给系统技术研讨会提出了第1份研究报告书,站在战略性高度,提出了“系统电力”、“协调时代”、“新型电力供给系统”等一系列新名词新概念,立即引起了有关方面的重视和报道。这份报告有以下主要内容:
①日本分散型电源的现状调查;
②未来电力技术的需求研究;
③未来电力供给系统的展望;
④面向未来的新型电力供给系统的技术开发问题;
⑤迈向新型电力系统的战略研究。并用图1和图2很清楚地描述了分布式电源的应用前景、技术开发问题和发展战略。






6结束语
展望分布式电源的发展前景,必然是集中/分布式发电系统的到来,这样的认识已经可以从国外文献中看到。集中式发电系统系指传统大机组组成的发电系统,分布式发电系统则是指由分布式电源组成的发电系统,两者的组合统一便是集中/分布式发电系统。
6.1中国电力事业需解决的两个认识问题
(1)对西方电力改革实行电力自由化中属于规律性的东西认识不足。
虽然在电力改革中也看到了西方正在进行的电力自由化,作过一些研究讨论,不过其结果是否定的,且并不感兴趣。原因主要是专家多认为西方的电力自由化还不适合目前中国的国情。从目前来看这固然不错,我国的电力改革刚刚完成体制上的条块分割,电力自由化似乎还是遥不必及的话题,但是这些讨论和结论的缺点是:只强调差别而忽视共性,没有看到西方电力自由化所表现的世界共性的东西,差别只是时间问题。
(2)忽视西方电力自由化的技术背景。
虽然西方电力自由化表现出来的多是商业经济,但其实在背后推动的却主要是技术力量,恰恰是这一点被我们的专家忽视了。西方采取电力自由化的技术背景,从大的环境来说是地球可持续发展政策所推动,从小的方面来说正是绿色能源技术的发展所要求,是分布式电源的发展所促使;小型电源电力零售商推动电力交易形式的变化,最终要求开放传统集中控制的电力市场,恐怕才是西方电力自由化的内在动因。我们常常说物质决定精神,基础决定上层建筑,西方的电力自由化的出现正是由其技术背景决定的——这正是属于规律性的东西,是不应当被忽视的。
6.2前提是大力发展分布式电源
回顾我国电力事业近20年来的迅猛发展,在电源技术方面大机组大电网更侧重于“大”的方面,在大型电技术上似乎已经接近世界先进水平;但是在“小”的方面,在新型环保绿色电源方面如太阳能发电、燃料电池、燃发电机、贮能电源等多种种方面,与发达国家比较我们又大大地落后了——而且因为没有意识到严重性,所以似乎还在乎。恐怕只有当国外的小型绿色能源向早期的家用电器涌近中国市场时,我们才会惊乎?
6.3电力、通讯和信息三网统一将成为可能
从某种角度看,未来的世界将是一个it世界、网络世界。从现在的技术来看,网络化世界最理想的状态,是只用一根导线就把电力、电话和it接入用户,有一个综合性的网络把电力、it和通讯统一起来,形成一个集能源、it、通讯而大成的总网。而最接近并最可能担当这一重任的,应当是电力网——这一理想,已经有人在孜孜不断地探索。
参考文献
[1]modeling new forms of generation and storage,electra,no195,april,2001
[2]“competition in electricity market” international energy agency/oecd,2001
[3]report of the national energy policy development group:“national energy policy” may,2001
[4]灵活应用it技术的地区能源系统桑佃晓生 日刊《ohm》2002年第4期
[5]分散型电源技术与电力系统的将来展望日刊《电气协同研究》第56卷第4号
[6]电力自由化与电力供给的结合变化冈田健司、栗原郁夫等 日刊《ohm》2001年第8期

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