能源綜合利用-分布式發(fā)電

§9.4

能源的綜合開發(fā)利用§9.4.1

冷熱電聯(lián)產熱電聯(lián)產（CHP）就是熱和電兩種形式的能量聯(lián)合生產，一般是在發(fā)電的同時將剩余的熱量回收，用于供熱、供暖等，以提高能源的綜合利用率。冷熱電三聯(lián)產（CCHP）是指熱、電、冷三種不同形式能量的聯(lián)合生產，是在熱電聯(lián)產基礎上發(fā)展起來的。典型冷熱電三聯(lián)產系統(tǒng)一般包括：動力系統(tǒng)和發(fā)電機（供電）、余熱回收裝置（供熱）、制冷系統(tǒng)（供冷）等。燃料燃燒產生的熱能首先通過汽輪機或燃氣輪機等熱工轉換設備發(fā)電，做功之后的余熱，冬季直接向用戶供熱，夏季利用消耗熱能的制冷機組向用戶供冷。其能量利用效率比一般的熱電聯(lián)產更高。根據(jù)能源及熱力原動機型式，熱電聯(lián)產可以分為：蒸汽輪機熱電聯(lián)產、燃氣輪機熱電聯(lián)產、核電熱電聯(lián)產、內燃機熱電聯(lián)產。（1）蒸汽輪機熱電聯(lián)產用的是化石燃料，通過汽輪機產生電能并對外供熱，這是聯(lián)產集中供熱的最主要形式。對外同時供熱和發(fā)電的蒸汽輪機稱為供熱式汽輪機，

裝有供熱式汽輪機的發(fā)電廠稱為熱電廠。（2）燃氣輪機熱電聯(lián)產利用燃氣輪機的排氣提供熱能，對外界供熱或制冷。燃氣輪機的排氣在余熱鍋爐中加熱水，產生的蒸汽直接作為生產用汽或居民生活供熱。（3）核電熱電聯(lián)產核能安全、潔凈又經(jīng)濟，基本上不排出SOx、NOx和COf及煙塵等，在熱電聯(lián)產方面已出現(xiàn)發(fā)展核能熱電廠的新趨勢。（4）內燃機熱電聯(lián)產往復式內燃機發(fā)電裝置成本低，啟動容易，適當?shù)谋ｐB(yǎng)下可靠性高，負荷跟隨性能良好。非常適合于作為備用、尖峰和中間負荷的電源。冷熱電聯(lián)產的應用美國從1978年開始提倡發(fā)展小型熱電聯(lián)產(CHP)，正研究高效利用能源資源的小型冷熱電聯(lián)產(CCHP)。

1980s，日本對區(qū)域供熱和制冷的需求增長了一倍，在東京等許多城市都出現(xiàn)了冷熱電三聯(lián)產系統(tǒng)。到2003年，中國熱電聯(lián)產情況，供熱設備容量3萬MW，年供熱量20×108GJ；平均供熱廠用電率7.1kWh/GJ。6000kW及以上供熱機組占同容量火電裝機總容量的10%。

§10.1.1

分布式發(fā)電簡介分布式發(fā)電：在一定的地域范圍內，由多個甚至多種形式的發(fā)電設備共同發(fā)電，以就地滿足較大規(guī)模的用電要求。相對于集中發(fā)電的大型機組而言，其總的發(fā)電能力由分布在不同位置的多個中小型電源來實現(xiàn)；相對于過去的小型獨立電源而言，其容量分配和布置有一定的規(guī)律，滿足特定的整體要求?！?0.1

分布式發(fā)電的概念區(qū)分幾個類似的概念：DP，DER，DG。分布式發(fā)電一般獨立于公共電網(wǎng)而靠近用電負荷，可以包括任何安裝在用戶附近的發(fā)電設施，而不論其規(guī)模大小和一次能源的種類。一般來說，分布式電源是集成或單獨使用的、靠近用戶的小型模塊化發(fā)電設備?！?0.1.1

分布式發(fā)電簡介§10.1.2

分布式發(fā)電的特點（1）建設容易，投資少單機容量和發(fā)電規(guī)模都不大，不需要建設大電廠和變電站、配電站，土建和安裝成本低，工期短，投資少。（2）靠近用戶，輸配電簡單，損耗小靠近電力用戶，一般可直接就近向負荷供電，而不需要長距離的高壓輸電線，輸配電損耗小，建設簡單廉價。（3）污染少，環(huán)境相容性好可充分利用可再生清潔能源。（4）能源利用效率高?？山Y合冷熱電聯(lián)產，將發(fā)電的廢熱回收用于供熱和制冷，科學合理地實現(xiàn)能源的梯級利用。（5）運行靈活，安全可靠性有保障。小機組的啟動和停運快速，靈活?？勺鳛閭溆秒娫?。（6）聯(lián)網(wǎng)運行，有提供輔助性服務的能力可與電網(wǎng)聯(lián)合運行，互為補充，既能提高本身的供電可靠性，還能為大電網(wǎng)提供輔助性的服務?！?0.1.2

分布式發(fā)電的特點夏季和冬季用電高峰期，冷熱電聯(lián)供可滿足季節(jié)供熱或制冷需要，并節(jié)省電力，從而減輕供電壓力。小知識：南方雪災時小機組的作用小知識：美加大停電后，投資改造的抉擇分布式發(fā)電對電網(wǎng)的輔助性服務§10.1.3

分布式發(fā)電的適用場合分布式發(fā)電系統(tǒng)的運行模式：－獨立運行多用于大電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠地區(qū)、農牧區(qū)。－聯(lián)網(wǎng)運行多用于電網(wǎng)中負荷快速增長的區(qū)域和某些重要的負荷區(qū)域，共同向負荷供電。聯(lián)網(wǎng)運行將是分布式發(fā)電系統(tǒng)未來發(fā)展的主要方向。§10.2分布式電源分布式電源就是分散的小規(guī)模電源，容量<50MW。常利用基于可再生能源的分布式電源。微型燃氣輪機是一類新近發(fā)展起來的小型熱力發(fā)動機，是以天然氣、汽油、柴油等為燃料的超小型燃氣輪機。微型燃氣輪機體積小，重量輕，功率20～500千瓦。成本高于相同功率的柴油發(fā)電機組，但維護費用低廉，總體運行費用可比之低?！?0.3

分布式供電系統(tǒng)和微電網(wǎng)§10.3.1分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)包含很多分散在各處的分布式電源，種類也往往不只一種，再加上儲能裝置和附近用電的負荷，其結構可能也相當復雜。§10.3.1分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)一般由分布式電源、儲能設備、分布式供電網(wǎng)絡及控制中心和附近的用電負荷構成，如果與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行就還包括并網(wǎng)接口。微電網(wǎng)是能夠獨立運行或者作為一個整體與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的分布式供電系統(tǒng)。將分布式發(fā)電系統(tǒng)以微電網(wǎng)的形式接入到公共大電網(wǎng)運行，互為補充和支撐，是發(fā)揮其效能的最有效方式。用戶所需能量由各種分布式電源、冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)和公共電網(wǎng)提供，微電網(wǎng)在滿足用戶供熱和供冷需求的前提下，最終以電能作為統(tǒng)一的能源形式將各種分布式能源加以融合，滿足特定的電能質量要求和供電可靠性?！?0.3.2微電網(wǎng)微電網(wǎng)可看作大電網(wǎng)中的一個可控單元，而不再是多個分散的電源和負荷?！?0.3.2微電網(wǎng)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，稱為公共連接點。微電網(wǎng)模式控制器，可實現(xiàn)

并網(wǎng)運行與獨立運行

的轉換?！?0.4分布式系統(tǒng)的儲能由于自然資源的特性，可再生能源用于發(fā)電時其功率輸出具有明顯的間歇性和波動性，其變化甚是可能是隨機的，容易對電網(wǎng)產生沖擊，嚴重時會引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性，就要對這種難以準確預測的能量變化進行及時的控制和抑制。儲能裝置，就是用來解決這一問題?！?0.4.1

常用的儲能技術（1）蓄電池儲能蓄電池儲能系統(tǒng)由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設備（安全、環(huán)境保護設備）等部分組成。以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。性價比很高的鉛酸蓄電池最適合應用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。傳統(tǒng)的蓄電池存在初次投資高、壽命短、環(huán)境污染等問題?！?0.4.1

常用的儲能技術（2）超導儲能核心部件是由超導材料制成的超導線圈。通入直流電，線圈中就會形成強磁場，

把電能以磁場能的形式儲存起來。由于超導體的電阻幾乎為零，電流在超導線圈中循環(huán)時產生的功率損耗很小，因而儲存的能量不易流失。在外部需要能量時，可以把儲存的能量送回電網(wǎng)或實現(xiàn)其它用途。超導特性一般需要在很低的溫度下才能維持。一旦溫度升高，超導體就變?yōu)橐话愕膶w，電流流過時將產生很大的功率損耗，儲能的效果也就不復存在了。一般將超導線圈浸泡在溫度極低的液體（液氫等），然后封閉在容器中。因此，超導儲能系統(tǒng)除了核心部件超導線圈以外，還包括冷卻系統(tǒng)、密封容器以及用于控制的電子裝置?！?0.4.1

常用的儲能技術（2）超導儲能是一種機械儲能方式。1970s就有了利用高速旋轉的飛輪來儲存能量，并應用于電動汽車的構想。由于飛輪材料和軸承等關鍵技術一直沒有解決而停滯，1990s以來，高強度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子學三方面的技術發(fā)展，飛輪儲能得到快速發(fā)展?！?0.4.1

常用的儲能技術（3）飛輪儲能§10.4.2

儲能裝置在分布式系統(tǒng)中的作用（1）平衡發(fā)電量和用電量（2）充當備用或應急電源某些分布式電源受自然條件影響而減少甚至不能供電時，儲能系統(tǒng)就像備用電源，可臨時維持供電。此外，基于系統(tǒng)安全性的考慮，分布式發(fā)電系統(tǒng)也可以保存一定數(shù)量的電能，用以應付突發(fā)事件。（3）改善分布式系統(tǒng)的可控性 儲能系統(tǒng)可調節(jié)分布式系統(tǒng)與大電網(wǎng)的能量交換，將難以準確預測和控制的分布式電源，整合為能夠按計劃輸出電能的系統(tǒng)，使其成為可以調度的發(fā)電單元，從而減輕對大電網(wǎng)的影響，提高大電網(wǎng)對分布式電源的接受程度。（4）提供輔助服務通過功率波動的抑制和快速的能量吞吐，可明顯改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質量。增強了分布式發(fā)電系統(tǒng)可控性，在用電高峰時分擔負荷，在發(fā)生局部故障時提供緊急功率支持，等等?？梢姡瑑δ苎b置在分布式發(fā)電系統(tǒng)中是非常重要的。1970s就有了分布式電源的概念，美國公共事業(yè)管理政策法公布后，正式得以推廣，并很快被其它國家接受?！?·11”后，出于對供電安全的考慮，美國等加快分布式供電系統(tǒng)研究和建設的步伐，在很多國家已頗具規(guī)模。目前分布式電源站美國有6000多座；英國有1000多座；日本有近5000家，總容量超過600萬千瓦。2006年歐盟國家的分布式供電系統(tǒng)達到1.5萬個左右。美國計劃到2010年和2020年分別有20%和50%以上的新建商用或辦公建筑使用分布式供電系統(tǒng)，并且在2020年將15%的現(xiàn)有建筑改由分布式電源供電?！?0.5分布式發(fā)電的發(fā)展應用上海、北京、廣州等大城市，10多年前就嘗試分布式供電，已有成功范例(參見教材)。2005年，我國首個分布式電力技術集成工程中心落戶廣州，標志著我國分布式供電技術進入實質性發(fā)展階段。冷熱電三聯(lián)供技術應用最廣泛，發(fā)展前景較好，我國大部分地區(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、工廠等，都有供電、供暖及制冷需求，而且很多地方配有自備發(fā)電設備，這些