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分布式發電系統的應用及前景
作者: 吳靖 江昊收錄來源: 浙江大學電氣工程學院(310027)【摘要】本文從當今世界分布式發電系統的應用背景入手，介紹了分布式發電技術的分類及與集中式供電系統相比的有利之處，分析了該技術在國內、外的發展現狀及前景。
現在全世界供電系統是以大機組、大電網、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統。雖然全世界90%的電力負荷都由這種集中單一的大電網供電，但是當今社會對能源與電力供應的質量與安全可靠性要求越來越高，大電網由于自身的缺陷已經不能滿足這種要求。由于大電網中任何一點的故障所產生的擾動都會對整個電網造成較大影響，嚴重時可能引起大面積停電甚至是全網崩潰，造成災難性后果，這樣的事故在國外時有發生；而且這種大電網又極易受到戰爭或恐怖勢力的破壞，嚴重時將危害國家的安全，如科索沃戰爭和剛剛結束的海灣戰爭等；另外集中式大電網還不能跟蹤電力負荷的變化，而為了短暫的峰荷建造發電廠其花費是巨大的，經濟效益也非常低。根據西方國家的經驗：大電網系統和分布式發電系統相結合是節省投資，降低能耗，提高系統安全性和靈活性的主要方法。
1 分布式發電的簡介
分布式發電指的是在用戶現場或靠近用電現場配置較小的發電機組(一般低于30MW)，以滿足特定用戶的需要，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。這些小的機組包括燃料電池，小型燃氣輪機，或燃氣輪機與燃料電池的混合裝置。由于靠近用戶提高了服務的可靠性和電力質量。技術的發展，公共環境政策和電力市場的擴大等因素的共同作用使得分布式發電成為新世紀重要的能源選擇。
通過分布式發電和集中供電系統的配合應用有以下優點：
(1)分布式發電系統中各電站相互獨立，用戶由于可以自行控制，不會發生大規模停電事故，所以安全可靠性比較高；
(2)分布式發電可以彌補大電網安全穩定性的不足，在意外災害發生時繼續供電，已成為集中供電方式不可缺少的重要補充；
(3)可對區域電力的質量和性能進行實時監控，非常適合向農村、牧區、山區，發展中的中、小城市或商業區的居民供電，可大大減小環保壓力；
(4)分布式發電的輸配電損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時土建和安裝成本低；
(5)可以滿足特殊場合的需求，如用于重要集會或慶典的(處于熱備用狀態的)移動分散式發電車；
(6)調峰性能好，操作簡單，由于參與運行的系統少，啟停快速，便于實現全自動。
2 分布式發電的分類
根據所使用一次能源的不同，分布式發電可分為基于化石能源的分布式發電技術、基于可再生能源的分布式發電技術以及混合的分布式發電技術。
(1)基于化石能源的分布式發電技術主要由以下三種技術構成：①往復式發動機技術：用于分布式發電的往復式發動機采用四沖程的點火式或壓燃式，以汽油或柴油為燃料，是目前應用最廣的分布式發電方式。但是此種方式會造成對環境的影響，最近通過對其技術上的改進，已經大大減少了躁音和廢氣的排放污染。②微型燃氣輪機技術：微型燃氣輪機是指功率為數百千瓦以下的以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃氣輪機。但是微型燃氣輪機與現有的其它發電技術相比，效率較低。滿負荷運行的效率只有30%，而在半負荷時，其效率更是只有10%～15%，所以目前多采用家庭熱電聯供的辦法利用設備廢棄的熱能，提高其效率。目前國外已進入示范階段，其技術關鍵主要是高速軸承、高溫材料、部件加工等。③燃料電池技術：燃料電池是一種在等溫狀態下直接將化學能轉變為直流電能的電化學裝置。燃料電池工作時，不需要燃燒，同時不污染環境，其電能是通過電化學過程獲得的。在其陽極上通過富氫燃料，陰極上面通過空氣，并由電解液分離這兩種物質。在獲得電能的過程中，一些副產品僅為熱、水和二氧化碳等。氫燃料可由各種碳氫源，在壓力作用下通過蒸汽重整過程或由氧化反應生成。因此它是一種很有發展前途的潔凈和高效的發電方式，被稱為21世紀的分布式電源。
(2)基于可再生能源的分布式發電技術主要由以下幾種技術構成：①太陽能光伏發電技術：太陽能光伏發電技術是利用半導體材料的光電效應直接將太陽能轉換為電能。光伏發電具有不消耗燃料、不受地域限制、規模靈活、無污染、安全可靠、維護簡單等優點。但是此種分布發電技術的成本非常高，所以現階段太陽能發電技術還需要進行技術改進，以降低成本而適合于廣泛應用。(2)風力發電技術是將風能轉化為電能的發電技術，可分為獨立與并網運行兩類，前者為微型或小型風力發電機組，容量為100W～10kW，后者的容量通常超過150kW。近年來，風力發電技術進步很快，單機容量在2MW以下的技術已很成熟。
(3)混合的分布式發電技術通常是指兩種或多種分布式發電技術及蓄能裝置組合起來，形成復合式發電系統。目前已有多種形式的復合式發電系統被提出，其中一個重要的方向是熱電冷三聯產的多目標分布式供能系統，通常簡稱為分布式供能系統。其在生產電力的同時，也能提供熱能或同時滿足供熱、制冷等方面的需求。與簡單的供電系統相比，分布式供能系統可以大幅度提高能源利用率、降低環境污染、改善系統的熱經濟性。
3 分布式發電在國內外的發展狀況與前景
(1)在美國，容量為1kW到10MW分布式電源發電和儲能單元正在成為未來分布式供能系統的有用單元。由于分布式電源的高可靠性、高質量、高效率以及靈活性，故可滿足工業、商業、居住和交通應用的一系列要求。預計幾年后，新一代的微汽輪機(10～250kW)可以完全商業化，為調峰和小公司余熱發電提供了新機會。
在美國國內到2020年，由于新的能源需求與老的電廠的退役，估計要增加1.7×10?12?kW·h的電，幾乎是近20年增量的2倍。為滿足市場需要，下一個10年之后，美國的分布式發電市場裝機容量估計每年將達5×109～6×109W，為解決這個巨大的缺口，美國能源部提出了以下幾個涉及分布式發電技術的計劃，包括燃料電池、分布式發電渦輪技術、燃料電池和渦輪的混合裝置等。可以預料，在不久以后，分布式發電技術將在美國得到相當的發展。
(2)在我國，隨著經濟建設的飛速發展，我國集中式供電網的規模迅速膨脹。這種發展所帶來的安全性問題不容忽視。由于各地經濟發展很不平衡，對于廣大經濟欠發達的農村地區來說，特別是農牧地區和偏遠山區，要形成一定規模的、強大的集中式供配電網需要巨額的投資和很長的時間周期，能源供應嚴重制約這些地區的經濟發展。而分布式發電技術則剛好可以彌補集中式發電的這些局限性。在我國西北部廣大農村地區風力資源十分豐富，像內蒙古已經形成了年發電量1億kW·h的電量，除自用外，還可送往北京地區，這種無污染綠色能源可以減輕當地的環境污染。在可再生能源分布式發電系統中的除風力發電外，還有太陽能光伏電池、中小水電等都是解決我國偏遠地區缺電的良好辦法。因此，應引起足夠的重視。
在我國城鎮，分布式發電技術作
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