第一章：分布式發(fā)電

本章主要介紹分布式發(fā)電的基本概念以及發(fā)展意義，詳細(xì)介紹了不同種類(lèi)的分布式電源，包括：燃?xì)廨啓C(jī)，光伏發(fā)電，燃料電池，生物質(zhì)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，介紹了分布式電源的并網(wǎng)要求和保護(hù)控制，最后簡(jiǎn)單說(shuō)明了分布式發(fā)電尤其是清潔能源的良好的應(yīng)用前景。主要內(nèi)容分布式發(fā)電技術(shù)分布式發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分布式發(fā)電的意義分布式發(fā)電研發(fā)重點(diǎn)與應(yīng)用前景分布式發(fā)電簡(jiǎn)介分布式發(fā)電的概念分布式發(fā)電的概念一般指發(fā)電容量較小(幾十千瓦至一百兆瓦之間)、與配電網(wǎng)連接、分散在負(fù)載附近的發(fā)電形式。在許多國(guó)家分布式發(fā)電一般不經(jīng)規(guī)劃或中央調(diào)度。

與遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)相區(qū)別，稱(chēng)之為分布式發(fā)電。分布式發(fā)電的概念含有分布式電源的電力系統(tǒng)分布式發(fā)電的概念分布式發(fā)電的特點(diǎn)清潔、高效、能源多樣性發(fā)電容量小,分散在負(fù)荷附近電源具有間歇性、隨機(jī)性的特點(diǎn)CCPH能源利用效率高

分布式發(fā)電的概念

分布式發(fā)電供能系統(tǒng)與常規(guī)電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)功率的雙向交換，具有很多優(yōu)勢(shì)。提高分布式發(fā)電系統(tǒng)供能質(zhì)量，有助于可再生能源的高效利用。有助于防止大面積停電，增強(qiáng)電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力。

分布式發(fā)電技術(shù)

分布式發(fā)電技術(shù)利用各種可用資源進(jìn)行小規(guī)模的分布式發(fā)電，其分類(lèi)方式有多種。按使用的能源分類(lèi)，分布式發(fā)電技術(shù)可分為：（1）利用可再生能源發(fā)電，如光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)；（3）燃用化石能源發(fā)電，如燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)發(fā)電技術(shù)，燃料電池發(fā)電技術(shù)；（3）利用二次能源及垃圾燃料等發(fā)電，如氫能發(fā)電技術(shù)。

分布式發(fā)電的技術(shù)類(lèi)型分布式發(fā)電包括小型燃汽輪機(jī)微型燃汽輪機(jī)燃料電池太陽(yáng)能光伏電池太陽(yáng)能熱發(fā)電風(fēng)力發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電小型水電站潮汐發(fā)電地?zé)岚l(fā)電等

分布式電源的技術(shù)類(lèi)型

光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池陣列、蓄電池、逆變器、負(fù)載等組成，太陽(yáng)能電池陣列是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。太陽(yáng)能電池用半導(dǎo)體材料制成，半導(dǎo)體受到光照射后，激發(fā)出電子和空穴(正電荷)，在P—N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子、空穴分別被驅(qū)向N，P區(qū)，從而產(chǎn)生由N區(qū)指向P區(qū)的光生電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為“光伏效應(yīng)”.太陽(yáng)能光伏發(fā)電

光伏發(fā)電系統(tǒng)類(lèi)型

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。離網(wǎng)型發(fā)出的電能通過(guò)DC/DC變換器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，儲(chǔ)存的電能可通過(guò)放電器向負(fù)載供電?？刂破魍ㄟ^(guò)對(duì)DC/DC變換器調(diào)整光伏陣列等效負(fù)載的大小，實(shí)現(xiàn)MPPT。并網(wǎng)型與公共電網(wǎng)聯(lián)接，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)MPPT的前級(jí)DC/DC變換控制，后級(jí)DC/AC控制獨(dú)立，減少了后級(jí)逆變器與輸出功率的相互影響。利用率高、省略儲(chǔ)能環(huán)節(jié)、成本較離網(wǎng)型降低。圖

并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙內(nèi)的組成

分布式電源的技術(shù)類(lèi)型

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

目前風(fēng)力發(fā)電可分為兩種方式：離網(wǎng)型的小型分散風(fēng)力發(fā)電裝置。這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率小，風(fēng)速適應(yīng)范圍廣，生產(chǎn)技術(shù)成熟，適合家庭和邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型用電負(fù)荷點(diǎn)。考慮到風(fēng)能的不連續(xù)性，通常需要配置蓄電池。并網(wǎng)型大型風(fēng)力發(fā)電裝置。是風(fēng)力發(fā)電規(guī)模化利用的主要方式，最大的功率已經(jīng)達(dá)到6MW。丹麥、德國(guó)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)比較領(lǐng)先的國(guó)家。12分布式電源的技術(shù)類(lèi)型

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。分布式電源的技術(shù)類(lèi)型

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)

1）能源轉(zhuǎn)換裝置。不同生物質(zhì)發(fā)電工程的能源轉(zhuǎn)換裝置是不同的，如垃圾焚燒電站的轉(zhuǎn)換裝置為焚燒爐，沼氣發(fā)電站的轉(zhuǎn)換裝置為沼氣池或發(fā)酵罐。

2）原動(dòng)機(jī)。如垃圾焚燒電站用汽輪機(jī)，沼氣電站用內(nèi)燃機(jī)等。

3）發(fā)電機(jī)。

4）其他附屬設(shè)備。

生物質(zhì)發(fā)電的工藝流程圖如圖1-3所示。圖1-3生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖分布式電源的技術(shù)類(lèi)型

生物質(zhì)發(fā)電裝置1）燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

2）內(nèi)燃機(jī)是通過(guò)在熱功轉(zhuǎn)換空間內(nèi)部的燃燒過(guò)程將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并通過(guò)一定的機(jī)構(gòu)使之再轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

3）微燃機(jī)是指發(fā)電功率在幾百千瓦以內(nèi)（通常為100～200kW以下），以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的小功率燃?xì)廨啓C(jī)。微燃機(jī)由徑流式葉輪機(jī)械、單筒形燃燒室和回?zé)崞鳂?gòu)成，可分為單軸型和分軸型兩種。

分布式電源的技術(shù)類(lèi)型

燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)發(fā)電技術(shù)分布式電源的技術(shù)類(lèi)型燃料電池（FuelCell)微型燃料電池是一種在恒定溫度下,通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，直接將存儲(chǔ)在燃料（天然氣、甲醇等）和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池發(fā)出直流電，需用逆變器與電力系統(tǒng)并網(wǎng)。燃料電池具有發(fā)電效率高、排廢量小、噪音低、安裝位置靈活等眾多優(yōu)點(diǎn)。適合應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）發(fā)電形式。

分布式儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能(energystorage)，又稱(chēng)蓄能，是指使能量轉(zhuǎn)化為在自然條件下比較穩(wěn)定的存在形態(tài)的過(guò)程。它包括自然的和人為的兩類(lèi)：自然的儲(chǔ)能，如植物通過(guò)光合作用，把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)；人為的儲(chǔ)能，如旋緊機(jī)械鐘表的發(fā)條，把機(jī)械功轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)。按照儲(chǔ)存狀態(tài)下能量的形態(tài)，可分為機(jī)械儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能（或蓄電），風(fēng)能儲(chǔ)存、水能儲(chǔ)存等。和熱有關(guān)能量?jī)?chǔ)存，稱(chēng)為蓄熱。無(wú)論在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，能量?jī)?chǔ)存常常是非常重要的：電網(wǎng)峰谷差：夏季40%

，需要調(diào)節(jié)峰谷差；按照儲(chǔ)存能量的形態(tài)儲(chǔ)能方法可分為如下4類(lèi)：①機(jī)械儲(chǔ)能：以動(dòng)能形式儲(chǔ)存能量，如沖壓機(jī)床所用的飛輪；以勢(shì)能形式儲(chǔ)能，如機(jī)械鐘表的發(fā)條、壓縮空氣、水電站的蓄水庫(kù)、汽錘等。②蓄熱：以物質(zhì)內(nèi)能方式儲(chǔ)存能量的屬于蓄熱，以任何方式儲(chǔ)存熱量的也屬于蓄熱。一般把物質(zhì)內(nèi)能隨溫度升高而增大的部分稱(chēng)為顯熱，把相變的熱效應(yīng)稱(chēng)為潛熱，把化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)稱(chēng)為化學(xué)反應(yīng)熱，把溶液濃度變化的熱效應(yīng)稱(chēng)為溶解熱或稀釋熱。③化學(xué)儲(chǔ)能：在正向化學(xué)反應(yīng)中吸收能量，把能量?jī)?chǔ)存在化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品中；在逆向反應(yīng)中則釋放出能量；蓄電池。④電磁儲(chǔ)能：把能量保存在電場(chǎng)、磁場(chǎng)或交變等電磁場(chǎng)內(nèi)。

能量?jī)?chǔ)存方法1.3分布式與并網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)分布式電源接入電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，在某些情況下可能對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，對(duì)需要高可靠性和高電能質(zhì)量的配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，分布式發(fā)電的接入必須慎重。因此需要對(duì)分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能存在的問(wèn)題，對(duì)配電網(wǎng)的當(dāng)前運(yùn)行和未來(lái)發(fā)展可能產(chǎn)生正面或負(fù)面影響進(jìn)行深入的研究，并采取適當(dāng)?shù)拇胧源龠M(jìn)分布式發(fā)電的健康發(fā)展。分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)時(shí)，除基本要求外，還需要滿足一些其他要求，主要包括對(duì)配電網(wǎng)事故情況下的響應(yīng)要求、電能質(zhì)量方面的要求、形成孤島運(yùn)行方式時(shí)的要求、控制和保護(hù)方面的要求以及投運(yùn)試驗(yàn)的要求等。1.3.1分布式電源接入配電網(wǎng)存在的問(wèn)題影響電壓

若要保證電能的質(zhì)量，必須將電壓保持在特定的范圍內(nèi)。影響繼電保護(hù)

發(fā)生故障時(shí)要切斷電網(wǎng)中的分布式電源、樹(shù)干式、環(huán)形等。影響配電網(wǎng)規(guī)劃

分布式發(fā)電會(huì)影響發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)和規(guī)劃，增加其不確定性，并增加配電網(wǎng)規(guī)劃工作的難度和復(fù)雜性。

1.3.2分布式電源接入配電網(wǎng)的基本要求與配電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，可按系統(tǒng)能接受的恒定功率因素或恒定無(wú)功功率輸出的方式運(yùn)行。采用同期或準(zhǔn)同期裝置與配電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，不應(yīng)造成電壓過(guò)大的波動(dòng)。分布式發(fā)電的接地方案及相應(yīng)的保護(hù)應(yīng)與配電網(wǎng)原有的方式相協(xié)調(diào)。容量達(dá)到一定大?。ㄈ鐜装賙VA至1MVA）的分布式發(fā)電，應(yīng)將其連接處的有功功率、無(wú)功功率的輸出量和連接狀態(tài)等方面的信息傳給配電網(wǎng)的控制調(diào)度中心。分布式發(fā)電應(yīng)配備繼電器，以使其能檢測(cè)何時(shí)應(yīng)與電力系統(tǒng)解列，并在條件允許時(shí)以孤島方式運(yùn)行。與配電網(wǎng)間的隔離裝置應(yīng)該是安全式，以免設(shè)備檢修時(shí)造成人員傷亡。

分布式發(fā)電相關(guān)的電能質(zhì)量問(wèn)題主要考慮以下方面：22●供電的暫時(shí)中斷●諧波問(wèn)題●電壓調(diào)節(jié)●電壓暫降1.3.6分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)與電網(wǎng)的相互影響

23●對(duì)電能質(zhì)量的影響●對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響●對(duì)繼電器保護(hù)的影響●對(duì)配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制和調(diào)度方面的影響●孤島運(yùn)行問(wèn)題●其他方面影響(1)短路電流超標(biāo)（2）鐵磁諧振(3)變壓器的連接和接(4)調(diào)節(jié)配合（5）配電網(wǎng)效益

1.3.7分布式電源電能質(zhì)量的改善方法在配電設(shè)備上取得進(jìn)一步突破實(shí)行可行的研究方案及其思路注重傳統(tǒng)電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結(jié)合1.4發(fā)展分布式發(fā)電的意義經(jīng)濟(jì)性：有些分布式電源，如以天然氣或沼氣為燃料的內(nèi)燃機(jī)等，發(fā)電后工質(zhì)的余熱可用來(lái)制熱、制冷，實(shí)現(xiàn)能源的階梯利用，從而提高利用效率（可達(dá)60%～90%）。此外，由于分布式發(fā)電的裝置容量一般較小，其一次性投資的成本費(fèi)用較低，建設(shè)周期短，投資風(fēng)險(xiǎn)小，投資回報(bào)率高?？拷脩魝?cè)安裝能夠?qū)崿F(xiàn)就近供電、供熱，因此可以降低網(wǎng)損（包括輸電和配電網(wǎng)的網(wǎng)損以及熱網(wǎng)的損耗）。環(huán)保效益：采用天然氣作燃料或以氫能、太陽(yáng)能、風(fēng)能為能源，可減少有害物（NOx、SOx、CO2等）的排放總量，減輕環(huán)保壓力。大量的就近供電減少了大容量、遠(yuǎn)距離、高電壓輸電線的建設(shè)，也減少了高壓輸電線的線路走廊和相應(yīng)的征地面積，減少了對(duì)線路下樹(shù)木的砍伐。能源利用的多樣性：1）調(diào)峰作用2）安全性和可靠性3）邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電

251.5分布式發(fā)電研發(fā)重點(diǎn)與應(yīng)用前景分布式發(fā)電技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)分布式發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)字模型和仿真技術(shù)研究。規(guī)劃研究?？刂坪捅Ｗo(hù)技術(shù)研究電力電子技術(shù)研究微電網(wǎng)技術(shù)研究。分布式電源并網(wǎng)規(guī)