分布式发电及并网

建立冷热电联产装置 。 没有燃料限制，可广泛应用于在资源缺乏的发展中国家， 尤其是边远地区、山区和荒漠，以及海岛等无电地区
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微 型 燃 汽 轮 机 发 电
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微 型 燃 汽 轮 机 发 电
Hale Waihona Puke Baidu22
微 型 燃 汽 轮 机 发 电
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基本原理和技术构造
微 型 燃 气 轮 机 发 电
天然气、甲烷、汽油、柴油等为燃料的超小型汽轮机 微汽轮机将热能转化为机械能有单轴、双轴、兰金循环 三种技术。 回热器属于辅助设备，通过将废气和燃料预热，提高热 效率。由于带动发电机旋转的机轴旋转速度快而且变 化，因此产生高频变化交流，需要先整流，再逆变成系 24 统需要的额定频率交流。
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基本原理和技术构造
燃 料 电 池
一种电化学装置，其组成与一般电池相同 单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即 氧化剂电极)以及电解质组成 。 正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。
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基本原理和技术构造
燃 料 电 池
电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原 则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电 池就能连续地发电。
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优点
与传统的中心电站相比，DG输出功率要小得 多，一般为2 kW-500 MW 为边远地区供电，投资少，安装和运营具有更 高的灵活性 可提高电网的可靠性 污染小，能量利用率高 把经济实惠最大限度地带给用户
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分布式发电的类型
分类
柴(汽)油机组发电 燃汽轮机组发电
根据技术类型分
水力发电 太阳热发电 光伏发电 燃料电池 ……
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应用
太 阳 热 发 电
太阳聚焦技术三种系统中目前由于槽式系统投资最小， 首先实现了商业化，其他两种处在示范阶段。 太阳池热发电系统，因其结构简单、成本低，对于发展 中国家，有些地区日照条件很好，并且盐资源也比较丰 富，在大规模全国性电网未建成以前条件下，装有0.55MW机组的太阳池电站就可与柴油机发电相竞争; 太阳烟囱发电属于太阳能热动力发电，其效率不可能很 高，而这一系统占地面积太大，因此比较适合地广人稀 的沙漠地区使用。
太 阳 能 光 伏 发 电
直接将光能转化为电能，根据太阳电池半导体材料的光 伏效应，产生直流电能。 太阳能电池片——太阳能电池组件——太阳电池方阵。 光伏发电系统运行方式包括独立运行和联网运行两种方 式，通过与电力网并联运行，从而避免了安装储能蓄电 池带来的费用，可使其成本下降18%左右。
费用和性能
燃 料 电 池
主要类型燃料电池特性
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主要应用
发电效率高、污染低、可靠性高、供电稳定、安装便捷、 靠近负荷等诸多优点使燃料电池受到居民用户的青睐; 另外，负荷响应性能好的特点使其可用于做调峰机组，灵 活地适应季节性和地域性的电力需求变化; 废热利用简单、无输电输热损失特点还可使燃料电池直接 进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，综合能 源效率可达80%。
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风 能 发 电
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风 能 发 电
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风 能 发 电
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基本原理和技术构造
恒速 恒频 风能 发电 系统
风 能 发 电
变速 恒频 风能 发电 系统 (一) 风轮机直接驱动的同步发电系统
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基本原理和技术构造
变速 恒频 风能 发电 系统 (二) 双馈感应发电机系统 能量转换：风能——机械能——电能 并网型风能发电系统分为：恒速恒频、变速恒频 变速恒频：发电机的转速可以随风速变化。
分布式发电及同步并网
韩谷静
hgj710@163.com
武汉科技学院电信学院 2009年3月19日
主要内容
分布式发电
概述 类型
同步并网
原理 标准
并网后对电力系统的影响
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一、分布式发电
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分布式发电概述
定义
分布式发电 (Disrtibuted Generation，DG)， 是指在用电现场或靠近用电现场由用户自行配 置或独立发电商投资的较小容量的发电机组(典 型容量范围在15kW-10MW)，用以满足特定用 户的需要。它既可独立于公共网络直接对用户 提供电能，也可接入电网（即并网），与公共 电网共同对用户提供电能 。
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化石燃料发电 电能储存发电
根据所使用的 一次能源分为
可再生能源发电
水力发电 生物质能发电 风力发电 太阳能发电 潮汐发电 地热发电
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小型燃气轮机组发电 直接与系统相 联(机电式) 水力发电 太阳热发电 地热发电
根据与供电系统 的接口分为
通过逆变器与 系统相联
风力发电 光伏发电 燃料电池 电能储存 微透平机组
太阳能电池生产成本较高；安装费用较高、电力供应具 有随机性、发电效率较低。 对地理位置要求不高，只要有阳光、有空间安装太阳能 电板的地方均可，而且具有无污染，无噪声，发电技术 简单，主要部件易维护，零燃料费用，维护费用
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应用
太 阳 能 光 伏 发 电
太阳能发电技术白天有限时段发电特点可以很好的实现 削峰填谷，无噪声，无污染优点使其可直接安装在住宅 区。 目前，各国政府相继制定政策给予适当补贴，鼓励用户 安装太阳能电板，白天发出电量除了满足自身需要，还 可作为“绿色电力”将多余电量卖给电力公司，晚上则从 电网购电。 在偏远地区，因为用电量小，燃料运输费用高，选择安 装适当功率的太阳能电板可满足当地供电要求;在沙漠 地区、无水草场地区，通过安装光伏水泵，可以绿化环 境，结束了草场人为灌溉历史。
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往 复 式 发 电 机
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往 复 式 发 电 机
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往 复 式 发 电 机
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基本原理和技术构造
往 复 式 发 电 机
内燃机 ：利用燃料（石油、天然气）在汽缸内部燃烧 将热能转化为机械能带动发电机出力 引进新鲜空气——喷入燃料——压缩——燃烧做功—— 废气排出汽缸的循环 做功产生的机械能均通过机轴带动发电机转子以同一速 率转动，绝大部分往复式发电机是恒速交流发电机。
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费用和性能
太 阳 热 发 电
发电成本可与常规热电站相当。太阳聚焦发电技术中， 塔式系统具有规模大、热损耗小、聚光比和温度较高等 特点，是发电成本最低的一种。其太阳能利用率可以达 到25%，但投资巨大。碟式系统光学效率高、启动损失 小、效率高达29%，在三种系统中位居首位。 太阳池发电：建站成本低，只需要一处浅水池和发电设 备即可;能贮存大量的热能，可常年不断地利用阳光进 行发电，使发电较稳定; 发电成本低廉，其热效率为 25%-30%，发电效率为8%-10% 。 太阳能烟囱：，设备简单，运行费用低，随着设备规模 增大功率增大，发电的效率也越高。贮存系统保证晚上 也能释放能量，保证发电机组的连续运转。
可靠性较高、响应速度快等优点，加上其热电联产装置效 率达到90%以上，它的应用份额逐步增加，可以作为连续 供电和削峰机组，以及应用在热电联产装置中。
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斯 特 林 发 电 机
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斯 特 林 发 电 机
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斯 特 林 发 电 机
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基本原理和技术构造
（1）外燃机 ：燃料通 过在发热容器外面的燃 烧室燃烧，推动活塞压 缩工质做功的闭式循环 往复活塞式热力发电机 （2）采用回热技术： 工质在低温冷腔中压 缩，然后流到高温热腔 中迅速加热并且膨胀做 功，燃料则在气缸外的 燃烧室内连续燃烧，通 过加热器传给工质，工 质不参与燃烧。因此， 它对燃料没有要求。
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基本原理和技术构造
依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池(AFC ), 磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC )、固体氧化物燃料电池((SOFC)及质子交换膜 燃料电池(PEMFC)等。以氢一氧燃料电池为例，它的反 应过程为: 负极:H2 + 2OH‒→2H2O + 2e ‒ 正极:1 /2O2+H2O + 2e ‒ →2OH ‒ 电池反应:H2+ 1/2O2=H2O
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斯 特 林 发 电 机
费用和性能
斯 特 林 发 电 应用 家庭供电或者商业办公室用电。 机 建立冷热电联产装置 。
避免了传统内燃机震爆做功问题，实现了低噪音运行。它 的结构比内燃机少50%的零件 对于低于100kW的机组体积小且效率较高；对燃料没有要 求，可选择费用较低的燃料。 高可靠性、免维护、寿命长。 缺点：发电效率较低，低于30%。
燃 料 电 池
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太 阳 能 光 伏 发 电
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太 阳 能 光 伏 发 电
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基本原理和技术构造
太 阳 能 光 伏 发 电
太阳电 池方阵
控制器
逆变器
交流负载
蓄电池
直流负载
离网光伏发电系统 太阳电 池方阵 控制器 并网 逆变器 公用电网
蓄电池
直流负载
交流负载
并网光伏发电系统
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基本原理和技术构造
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对于单位功率输出，微汽轮机安装费用较高。 微汽轮机发电效率己从17% -20%上升到当前的26%30%，该分布式供电系统热转功效率依然远小于大型集中 供电电站和其他类型分布式发电技术。 优点：微汽轮机结构简单、故障率低、可靠性高、投资风 险小、能在短时间内安装1.7-40MW以上容量等。
燃 料 电 池
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太 阳 热 发 电
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太 阳 热 发 电
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太 阳 热 发 电
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基本原理和技术构造
太 阳 热 发 电
将太阳能聚集起来，加热工质，驱动汽轮机发电。一般 容量范围为50 -100MW。 分为三类:太阳聚焦发电、太阳池发电和太阳能烟囱发 电。其中太阳聚焦发电按照接收系统的形式又可分为三 类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。
燃 料 电 池
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费用和性能
燃料电池有很多优点，由于价格太高难以推广使用。在燃 料电池价格能够降到一定程度条件下，由于它的很多性能 优于其他化学燃料的分布式发电系统，燃料电池构成的发 电系统将对电力工业具有极大吸引力。 它能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低，模块结构、 积木性强。容量范围大，可小到只为手机供电、大到和目 前的火力发电厂相比，供电非常灵活;加上电池本体的负荷 响应性好，用于电网调峰也优于其他发电方式。
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我国： 到2002年底，小水电装机容量达到31GW。 到2003年底，风力发电567.02MW。 到2004年，全国单机6MW及以上热电联产机组 容量达48GW，占全国发电机组总容量的12.26%. 到2010年，工业领域的热电联产总装机容量可达 到50GW，到2020年可达到100GW。 到2020年，小水电总装机容量将达到290GW， 生物质能发电达到20GW，风电达到30GW ，太 阳能发电达到2GW，力争使可再生能源发电装机 在总电力装机容量的比例达到30%以上。
费用和性能
微 型 燃 汽 轮 应用 居民家庭、商业小区负荷冷热电联产装置。 机 作为削峰机组往往比集中式发电投资占优势。 发 由于微汽轮机技术应用不久，缺乏很多运行性能数据，微 电 汽轮机的设计方案也缺乏试验证明，因此投资者和电网运
行者对其可能带来的安全、技术问题缺乏必要的了解，对 它的投入持谨慎态度。
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风 能 发 电
基本原理和技术构造
变速恒频：发电机的转速可以随风速变化。 直接驱动的同步发电机系统：同步发电机的极数很多， 转 速较低，省去了齿轮箱，降低了机械噪声，减少了维修 量，但大容量变频器的使用增加了成本。 双馈感应发电机系统：目前最具有发展潜力的变速恒频风 力发电系统。其桨叶采用变桨距调节，定子直接与电网相 连，转子通过双向变频器与电网连接，可实现功率的双向 流动，变频器所需容量小，成本低，然而控制系统比较复 杂，转子上的电刷和滑环降低了系统的可靠性 。
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基本原理和技术构造
太 阳 热 发 电
太阳聚焦发电： 槽式线聚焦系统：利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚集于 管状接收器 塔式系统：通过刚性金属结构支持的定日镜跟踪太阳，因 此具有较高的聚光率 碟式系统：由许多镜子组成抛物面反射镜组成，接收器则 在抛物面焦点上 太阳池发电：利用盐池收集的太阳能把特定的介质汽化， 推动汽轮机发电。它可以兼作太阳集热器和储热器。 太阳能烟囱：该系由集热棚、烟囱、发电系统组成。
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费用和性能
往 复 式 发 应用 重要负荷的紧急备用。 电 天然气发电机，由于天然气价格较稳定、燃料供应充足、 机
安装费用低，并且易于维护，维修费用较低。 对燃料没有要求，任何可燃烧东西均可作为燃料，包括纯 氢气、丙烷、甲烷、天然气、煤、石油、柴油等。 供电可靠性较高、寿命长、发电效率可达到30%-40%。 缺点：释放出大量氮化物和一氧化碳，严重污染环境
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用途
备用电站 电力调峰 热电联供电站 边远地区的独立发电
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发展现状
美国：加利福尼亚州分布式电站发电量达 4 G W -5 GW(单站容量1 MW-2 MW)，并且力争在 2010年将20%的新建商用、办公建筑都使用‘热 电冷三联产系统功能模式’。 日本：分布式电源的发电量在用户总用电量的 25% ~ 33%之间 欧盟：到2010年，发电量中“热电联产”所占的 比例将从目前的9%增加到18％。