分布式发电技术的现状与面临的挑战

分布式发电技术的现状与面临的挑战

摘要

近年来，随着全球能源紧缺，全球气候变暖以及出现许多极端天气，解决能源问题与环境问题已成为人类的迫切任务。分布式发电以其节能环保污染小、能量利用率高、可提高电网的可靠性、投资少以及安装和运营具有更高的灵活性等优点受到广泛的关注。本文首先介绍了分布式发电的概念及其特点，然后分析了国内外分布式发电的研究现状，指出我国发展分布式发电的重要意义以及其广泛的发展前景，最后提出了我国发展分布式发电所面临的技术挑战。

0 引言

为应对全球能源紧缺、气候恶化和保护环境的需求，全球能源技术领域关注研究的热点转向风能、太阳能新能源领域。目前，我国电力系统已发展成为以大机组、大电网、高电压、为主要特征的集中供电单一系统，其运行技术复杂，管理水平要求高，所使用的一次能源以不可再生的煤炭为主，发电过程中产生了大量的大气污染物、温室气体和粉尘，对环境造成了极大的污染；不能充分利用风能、太阳能、生物质能等可再生能源；大型互联电网中，局部故障容易扩散，引起大面积停电，对整个电网造成影响。基于以上原因，分布式发电（Distributed Generation DG）以其节能环保污染小、能量利用率高、可提高电网的可靠性、投资少以及安装和运营具有更高的灵活性等优点受到广泛的关注，是集中供电的有效的补充。

1 分布式发电的概念

目前，国际上对分布式发电没有统一的概念。国际大电网委员会(CIGRE)将DG定义为:“非经规划的或中央调度型的电力生产方式，通常与配电网连接,一般发电规模在5MW—100MW”。DG规模较传统集中式供电较小，可以向附近的负荷供电，也可以接入大电网供电。文献[分布式发电技术及其对电力系统的影响12]认为，分布式发电DG (Distributed Generation)指的是为满足用户特定的需要、支持现存配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求，且在用户现场或靠近用户现场配置功率为数kW到50 MW的小型、与环境兼容的发电机组；文献[我国集中供电和分布式供电技术及其整体协调规划问题研究13]指出，DG

是将指将发电系统以小规模(数千瓦至50MW的小型模块式)、分散式的方式布置在用户侧附近，可独立地输出电、热或(和)冷能的系统。

2分布式发电的分类与特点

2.2.1 分布式发电的分类

根据不同的分类特点，可将分布式发电分为不同的类型[分布式发电及其对配电网的影响4]：根据技术类型、可分为风力发电、太阳能光伏发电、小水电、燃料电池、微型燃气轮机等；根据所使用的一次能源可分为可再生能源发电和非可再生能源发电；根据其与电力系统的接口方式可以分为直接与系统相联(机电式)和通过逆变器再与系统相连。

目前，研究的热点之一是可再生能源发电技术，其中水力发电、生物质能发电属于比较成熟的技术，而风力发电、光伏发电、太阳热发电、地热及潮汐发电等都属于新兴的发电技术。

表2-1 常见的分布式发电

2.2.2 分布式发电的特点

目前，全球范围内正在进行的电力市场化改革使得独立发电运营商成为可能,并有机会进入原本被电力系统垄断的发电侧电力市场参与电力市场竞争，由此带来电价的进一步合理化，电能质量、供电可靠性的提高以及供电服务质量的改善，其直接受益的将是消费者。把经济实惠最大限度地带给用户。"DG的实际用途不同要求有不同复杂程度的并网系统，表2-2 显示DG所具有的功能及其并网方式。此外，分布式发电还有以下特点[含有分布式发电装置的电力系统研究综述][ 分布式发电技术及其应用现状1]：

1 节能环保污染小，能量利用率高。由于DG大量采用可再生能源和清洁能源（如风力发电、太阳能发电和生物能源发电等），因而相对火力发电更加环保。DG可向其附近的负荷供电，因而减少了远距离输电的电能损耗，大大提高了能量的利用率。

2 提高电网的可靠性。由于DG装置与大电网的接入和断开具有相对独立自主性，当大电网发生故障时，可通过启动断开装置使DG与大电网断开，由DG 独立为用户供电.

3 投资少，安装和运营具有更高的灵活性。由于DG装置的容量及体积均较小，因此易于找到合适的安装地点，可以方便地为边远地区供电，同时，分布式电源多采用性能先进的中小型微型机组，操作简单，负荷调节灵活。

表2-2 DG的应用及其与地区电力系统之间的联系

3 分布式发电的国内外研究现状

3.1 国外分布式发电的研究

美国近年来发生了几次较大的停电事故，使美国电力工业十分关注电能质量和供电可靠性，因此美国对微电网的研究着重于利用微电网提高电能质量和供电可靠性。日本本土资源匮乏，其对可再生能源的重视程度高于其他国家，在微电网方面的研究更强调控制与电储能。欧洲希望通过优化从电源到用户的价值链来推动和发展分布式电源。欧洲互联电网中的电源大体上靠近负荷，比较容易形成多个微电网，所以欧洲微电网的研究更多关注于多个微电网的互联问题[国外微电网的研究概况及其在我国的应用前景3]。

3.1.1 美国的分布式发电研究

1999 年[微电网在我国电网的应用前景5]，可靠性技术解决方案协会CERTS （the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions ）第一次对微电网在可靠性、经济性及其对环境的影响等方面进行了研究；在2002 年，较为完整全面的微电网概念被提出来，CERTS给出的微电网定义是微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。从美国电网现代化角度来看，提高重要负荷的供电可靠性，满足用户定制的多种电能质量需求降低成本，实现智能化，将是美国微电网的发展重点。

3.1.2日本的分布式发电研究

日本在微电网示范工程的建设方面处于世界领先地位[微电网在我国电网的应用前景5]，日本政府十分希望可再生能源，如风能和光伏发电能够在本国的能源结构中发挥越来越大的作用，但是这些可再生能源的功率波动性与电能质量和供电的可靠性相矛盾；微电网能够通过控制可再生能源的输出和原动机平衡负载的波动来达到电网的能量平衡，例如，配有储能设备的智能微电网能够补偿可再生能源断续的能量供应，因此，从大电网的角度看，该微电网相当于一个恒定的负荷，即不会对电网的潮流分布产生影响。以上这些理念促进了微电网在日本的发展，使日本的微电网研究对于储能和控制特别重视;有日本学者提出了灵活可靠性和智能能量供给系统。FRIENDS（Flexible Reliability and Intelligent Electrical Energy Delivery System ），利用柔性交流输电系统元件快速灵活的控制性以实现对配电网能量结构的优化。

表3-1 日本三菱公司对微电网的分类

3.1.3 欧洲的分布式发电研究

欧洲的DG研究和发展[微电网在我国电网的应用前景5]主要考虑的是欧洲的环保要求和电网的稳定以及有利于满足能源用户对电能质量的多种要求等；智能微电网之所以被认为是未来电网的有效支撑，它能很好地协调电网和DG 之间的矛盾，充分发挥DG的优势；欧洲各国对微电网的研究越来越重视，近几年来各国之间开展了许多合作和研讨。2005 年，欧洲提出了智能电网（Smart Power Networks ）设想，欧盟微电网项目给出的定义是：利用一次能源，使用