华北电力大学-朱永强等 分布式发电技术

新能源与分布式发电技术制作人：朱永强，陈彩虹华北电力大学新能源与分布式发电分布式发电漂浮在海面上的“能源岛”美国发明家多米尼克·米凯利斯父子共同设计，综合利用海洋温差能、波浪能和海上风能、太阳能等多种形式的可再生能源，能全年每天24小时连续运行。这样的一个能源岛，建造成本超过6亿美元，具有250兆瓦的发电能力，足够向一个小型城市供电。新能源与分布式发电分布式发电新能源与分布式发电分布式发电§10分布式发电技术教学目标了解分布式电源和分布式发电的概念；了解常见的分布式电源和储能方式；掌握分布式发电的特点和适用场合；理解分布式发电的重要意义和发展前景。关注的问题什么是分布式发电？分布式发电系统中的常用电源有哪些？微电网和分布式发电有什么关系？常用的储能方式有哪些？发展分布式发电有什么特殊意义？新能源与分布式发电分布式发电§10.1.1分布式发电简介分布式发电：在一定的地域范围内，由多个甚至多种形式的发电设备共同发电，以就地满足较大规模的用电要求。相对于集中发电的大型机组而言，其总的发电能力由分布在不同位置的多个中小型电源来实现；相对于过去的小型独立电源而言，其容量分配和布置有一定的规律，满足特定的整体要求。§10.1分布式发电的概念区分几个类似的概念：DP，DER，DG。新能源与分布式发电分布式发电分布式发电一般独立于公共电网而靠近用电负荷，可以包括任何安装在用户附近的发电设施，而不论其规模大小和一次能源的种类。一般来说，分布式电源是集成或单独使用的、靠近用户的小型模块化发电设备。§10.1.1分布式发电简介新能源与分布式发电分布式发电§10.1.2分布式发电的特点（1）建设容易，投资少单机容量和发电规模都不大，不需要建设大电厂和变电站、配电站，土建和安装成本低，工期短，投资少。（2）靠近用户，输配电简单，损耗小靠近电力用户，一般可直接就近向负荷供电，而不需要长距离的高压输电线，输配电损耗小，建设简单廉价。（3）污染少，环境相容性好可充分利用可再生清洁能源。新能源与分布式发电分布式发电（4）能源利用效率高。可结合冷热电联产，将发电的废热回收用于供热和制冷，科学合理地实现能源的梯级利用。（5）运行灵活，安全可靠性有保障。小机组的启动和停运快速，灵活。可作为备用电源。（6）联网运行，有提供辅助性服务的能力可与电网联合运行，互为补充，既能提高本身的供电可靠性，还能为大电网提供辅助性的服务。§10.1.2分布式发电的特点新能源与分布式发电分布式发电夏季和冬季用电高峰期，冷热电联供可满足季节供热或制冷需要，并节省电力，从而减轻供电压力。小知识：南方雪灾时小机组的作用小知识：美加大停电后，投资改造的抉择分布式发电对电网的辅助性服务新能源与分布式发电分布式发电§10.1.3分布式发电的适用场合分布式发电系统的运行模式：－独立运行多用于大电网覆盖不到的边远地区、农牧区。－联网运行多用于电网中负荷快速增长的区域和某些重要的负荷区域，共同向负荷供电。联网运行将是分布式发电系统未来发展的主要方向。新能源与分布式发电分布式发电§10.2分布式电源分布式电源就是分散的小规模电源，容量50MW。常利用基于可再生能源的分布式电源。微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，是以天然气、汽油、柴油等为燃料的超小型燃气轮机。微型燃气轮机体积小，重量轻，功率20～500千瓦。成本高于相同功率的柴油发电机组，但维护费用低廉，总体运行费用可比之低。新能源与分布式发电分布式发电§10.3分布式供电系统和微电网§10.3.1分布式供电系统分布式供电系统包含很多分散在各处的分布式电源，种类也往往不只一种，再加上储能装置和附近用电的负荷，其结构可能也相当复杂。新能源与分布式发电分布式发电§10.3.1分布式供电系统分布式供电系统一般由分布式电源、储能设备、分布式供电网络及控制中心和附近的用电负荷构成，如果与公共电网联网运行就还包括并网接口。新能源与分布式发电分布式发电微电网是能够独立运行或者作为一个整体与公共电网联网的分布式供电系统。将分布式发电系统以微电网的形式接入到公共大电网运行，互为补充和支撑，是发挥其效能的最有效方式。用户所需能量由各种分布式电源、冷热电联供系统和公共电网提供，微电网在满足用户供热和供冷需求的前提下，最终以电能作为统一的能源形式将各种分布式能源加以融合，满足特定的电能质量要求和供电可靠性。§10.3.2微电网新能源与分布式发电分布式发电微电网可看作大电网中的一个可控单元，而不再是多个分散的电源和负荷。§10.3.2微电网微电网和大电网的连接处，称为公共连接点。微电网模式控制器，可实现并网运行与独立运行的转换。新能源与分布式发电分布式发电§10.4分布式系统的储能由于自然资源的特性，可再生能源用于发电时其功率输出具有明显的间歇性和波动性，其变化甚是可能是随机的，容易对电网产生冲击，严重时会引发电网事故。为充分利用可再生能源并保障其供电可靠性，就要对这种难以准确预测的能量变化进行及时的控制和抑制。储能装置，就是用来解决这一问题。新能源与分布式发电分布式发电§10.4.1常用的储能技术（1）蓄电池储能蓄电池储能系统由蓄电池、逆变器、控制装置、辅助设备（安全、环境保护设备）等部分组成。以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。性价比很高的铅酸蓄电池最适合应用于分布式发电系统。传统的蓄电池存在初次投资高、寿命短、环境污染等问题。新能源与分布式发电分布式发电§10.4.1常用的储能技术（2）超导储能核心部件是由超导材料制成的超导线圈。通入直流电，线圈中就会形成强磁场，把电能以磁场能的形式储存起来。由于超导体的电阻几乎为零，电流在超导线圈中循环时产生的功率损耗很小，因而储存的能量不易流失。在外部需要能量时，可以把储存的能量送回电网或实现其它用途。新能源与分布式发电分布式发电超导特性一般需要在很低的温度下才能维持。一旦温度升高，超导体就变为一般的导体，电流流过时将产生很大的功率损耗，储能的效果也就不复存在了。一般将超导线圈浸泡在温度极低的液体（液氢等），然后封闭在容器中。因此，超导储能系统除了核心部件超导线圈以外，还包括冷却系统、密封容器以及用于控制的电子装置。§10.4.1常用的储能技术（2）超导储能新能源与分布式发电分布式发电是一种机械储能方式。1970s就有了利用高速旋转的飞轮来储存能量，并应用于电动汽车的构想。由于飞轮材料和轴承等关键技术一直没有解决而停滞，1990s以来，高强度的碳纤维材料、低损耗磁悬浮轴承、电力电子学三方面的技术发展，飞轮储能得到快速发展。§10.4.1常用的储能技术（3）飞轮储能新能源与分布式发电分布式发电新能源与分布式发电分布式发电§10.4.2储能装置在分布式系统中的作用（1）平衡发电量和用电量（2）充当备用或应急电源某些分布式电源受自然条件影响而减少甚至不能供电时，储能系统就像备用电源，可临时维持供电。此外，基于系统安全性的考虑，分布式发电系统也可以保存一定数量的电能，用以应付突发事件。新能源与分布式发电分布式发电（3）改善分布式系统的可控性储能系统可调节分布式系统与大电网的能量交换，将难以准确预测和控制的分布式电源，整合为能够按计划输出电能的系统，使其成为可以调度的发电单元，从而减轻对大电网的影响，提高大电网对分布式电源的接受程度。（4）提供辅助服务通过功率波动的抑制和快速的能量吞吐，可明显改善分布式发电系统的电能质量。增强了分布式发电系统可控性，在用电高峰时分担负荷，在发生局部故障时提供紧急功率支持，等等。可见，储能装置在分布式发电系统中是非常重要的。新能源与分布式发电分布式发电1970s就有了分布式电源的概念，美国公共事业管理政策法公布后，正式得以推广，并很快被其它国家接受。“9·11”后，出于对供电安全的考虑，美国等加快分布式供电系统研究和建设的步伐，在很多国家已颇具规模。目前分布式电源站美国有6000多座；英国有1000多座；日本有近5000家，总容量超过600万千瓦。2006年欧盟国家的分布式供电系统达到1.5万个左右。美国计划到2010年和2020年分别有20%和50%以上的新建商用或办公建筑使用分布式供电系统，并且在2020年将15%的现有建筑改由分布式电源供电。§10.5分布式发电的发展应用新能源与分布式发电分布式发电上海、北京、广州等大城市，10多年前就尝试分布式供电，已有成功范例(参见教材)。2005年，我国首个分布式电力技术集成工程中心落户广州，标志着我国分布式供电技术进入实质性发展阶段。冷热电三联供技术应用最广泛，发展前景较好，我国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂等，都有供电、供暖及制冷需求，而且很多地方配有自备发电设备，这些都为冷热电三联供提供了市场。§10.5分布式发电的发展应用新能源与分布式发电分布式发电本章小结分布式能源供电：某些中小型发电装置靠近用户侧安装，它既可独立于公共电网直接为少量用户提供电能，也可将其并入电力系统低压配电网，与公共电网一起共同为用户提供电能。将分布式发电供能系统以微电网形式接入到大电网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。分布式发电要想在电网中发挥更大的作用还面临很多挑战，需要在很多方面取得突破。新能源与分布式发电分布式发电朱永强，[e-mail]华北电力大学电气与电子工程学院本课程的配套教材：《新能源与分布式发电技术》，朱永强主编，北京大学出版社，21世纪创新型人才培养规划教材