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分布式发电系统的应用及前景

时间:2007-1-27栏目:石油能源论文

作者: 吴靖 江昊收录来源: 浙江大学电气工程学院(310027)
【摘要】本文从当今世界分布式发电系统的应用背景入手,介绍了分布式发电技术的分类及与集中式供电系统相比的有利之处,分析了该技术在国内、外的发展现状及前景。
 

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,如科索沃战争和刚刚结束的海湾战争等;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。

1 分布式发电的简介

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,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。

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。

2 分布式发电的分类

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。

3 分布式发电在国内外的发展状况与前景

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