分布式發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)

DistributedGeneration&EnergyStorageTechnology梅慧蘭新能源發(fā)電→分布式發(fā)電；概念和內(nèi)容上有發(fā)展分布式發(fā)電(DistributedGeneration或DispersedGeneration，簡(jiǎn)稱DG)或嵌入式發(fā)電（EmbeddedGeneration)其概念有多種說(shuō)法:√靠近用戶側(cè)，而非集中的發(fā)電廠，向用戶提供電力的任何小規(guī)模的發(fā)電技術(shù)，可與中、低壓配電系統(tǒng)互聯(lián)，也可不互聯(lián)?！汤眯∫?guī)模的、環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，如太陽(yáng)能光伏發(fā)電、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)和小型風(fēng)力發(fā)電等，并把這些裝置安裝在靠近用戶側(cè)，直接向單一的特定的用戶供電?！倘魏谓ㄔ谟脩舾浇陌l(fā)電裝置，不論它的大小或任何和分散設(shè)備有關(guān)的發(fā)電；用來(lái)調(diào)整電壓和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的小型發(fā)電機(jī)；任何小于一定容量的發(fā)電，這個(gè)臨界值在10kW到50MW“小型”、模塊化、分散式、布置在用戶附近、高效、——電源容量小（幾kW至幾十MW，容量<30-50MW——運(yùn)行在380V或10kV或“稍高”的配電電壓等——模塊化、分散化，接近終端用戶；——電力生產(chǎn)者和消費(fèi)者合一，功率雙向流動(dòng)；——運(yùn)行方式靈活孤島運(yùn)行islandingoperation并網(wǎng)運(yùn)行paralleloperationmode——比集中發(fā)電更可靠：含有分布式電源能源危機(jī)、南方冰災(zāi)、汶川地震等大停電，龐大電——清潔性更好，利于環(huán)保。DG裝置的類型熱電冷聯(lián)產(chǎn)發(fā)電--微型燃?xì)廨啓C(jī)，多稱為微燃機(jī)(Micro-turbine)CombustionTurbineGenerators)InternalCombustionReciprocatingEnginesandGenerators)燃料電池(Fuelcell—FC)太陽(yáng)能光伏電池(Photo-voltaicpanel/cell）風(fēng)能（WindPower)生物質(zhì)能(BiomassEnergy)分布式發(fā)電接入電力系統(tǒng)-建設(shè)容易，投資少不需建設(shè)大電廠和變電站、配電站，土建和安裝成本低，工期-靠近用戶，輸配電簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)損耗小。直接就近供電，不需長(zhǎng)距離高壓輸電線，可降低網(wǎng)損率，建-能源利用效率高通過(guò)不同循環(huán)的有機(jī)整合，可以克服冷、熱能無(wú)法遠(yuǎn)距離傳輸?shù)睦щy，實(shí)現(xiàn)電、冷、熱三聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到能源的梯級(jí)利用?？杀苊饣蛲七t增加新的發(fā)電和輸電線路，減少土地占用，降低大型電站建設(shè)投資風(fēng)險(xiǎn)。在電網(wǎng)崩潰或意外災(zāi)害（戰(zhàn)爭(zhēng)、臺(tái)風(fēng)、地震、恐怖活動(dòng)等）的情況下，維持重要用戶的供電。也可滿足特殊場(chǎng)合的需求，如大型集會(huì)或慶典，安排處于熱備用狀態(tài)的移動(dòng)分散式發(fā)電車，能極大提高供電可靠性。（4）環(huán)保：采用天然氣、沼氣，或化學(xué)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等為燃料，減少粉塵、有害氣體、廢水廢渣的排放，同時(shí)減少電磁污染，具有良好的環(huán)保性能。（5）電力市場(chǎng)：適應(yīng)電力市場(chǎng)發(fā)展，多家辦電，打破壟斷。（6）調(diào)峰性能：由于DG工作流程簡(jiǎn)單，參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，因而啟動(dòng)和停機(jī)快速，具有良好的調(diào)峰性能，且便于實(shí)現(xiàn)全自（7）扶貧：解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電困難（Standalonemode)具體：技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面，正面與負(fù)面影響。分布式發(fā)電的引入將使配電系統(tǒng)發(fā)生根本性變化?！虖妮椛渚W(wǎng)絡(luò)變?yōu)楸椴茧娫春陀脩艋ヂ?lián)的網(wǎng)絡(luò)，DG的分散性、隨機(jī)波動(dòng)性，使得控制和管理將更加復(fù)雜；√使傳統(tǒng)配電網(wǎng)從規(guī)劃到運(yùn)行發(fā)生徹底改變，如無(wú)功補(bǔ)償、電壓控制等；√使DAS（DistributionAutomationSystem）和DSM（DemandSideManagement）的內(nèi)容發(fā)生大的變化?！癙owerExchangeSystem”DG將對(duì)電力市場(chǎng)DG將對(duì)電力市場(chǎng)ElectricityMarket的走向、最后格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?！屉娏竞陀脩糸g形成新型關(guān)系：用戶可從電力公司買電，也可用自有分布式電源向電力公司賣電，或?yàn)殡娏居袃斕峁┫鞣逄罟?、功率支持等服?wù)；√為其他行業(yè)進(jìn)入電力市場(chǎng)打開(kāi)了方便之門(mén)：如天然氣公司等，電力市場(chǎng)參與者增加，利益關(guān)系更復(fù)雜，競(jìng)爭(zhēng)更激烈。電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)模式，可根據(jù)發(fā)、輸、配、售四個(gè)環(huán)節(jié)的市場(chǎng)開(kāi)放程度而分為5個(gè)模式：全球電力市場(chǎng)模式及組成分布式發(fā)電可大大提高用戶供電的可靠性；減少配電網(wǎng)投資，因?yàn)榉植际桨l(fā)電裝置直接裝在用戶側(cè)，可減少輸配電設(shè)備的投資，還可減少輸送電的損耗，降低成本，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，電價(jià)也會(huì)相對(duì)便宜。新建集中式發(fā)電廠和遠(yuǎn)距離輸電線的需求將減少或推遲。新增負(fù)荷相當(dāng)大的部分將由分布式發(fā)電來(lái)滿足，集中電力DG的削峰填谷、平衡負(fù)荷作用，使現(xiàn)有發(fā)電輸電設(shè)備的備用減少，利用率提高。分布式發(fā)電的隨機(jī)性、不穩(wěn)定性、電力電子變換器的大量引入、DG在負(fù)荷側(cè)或在電網(wǎng)邊緣處。DG并網(wǎng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的沖擊；對(duì)電網(wǎng)頻率的影響；對(duì)電網(wǎng)電壓的影響；對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響；對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的影響；對(duì)電能質(zhì)量的影響；對(duì)電力定價(jià)的影響。u風(fēng)電出力變動(dòng)大，多采用感應(yīng)發(fā)電機(jī)inductiongenerator，需從電網(wǎng)吸收大量無(wú)功建立磁場(chǎng)；風(fēng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響主要有：由于風(fēng)速變化、風(fēng)機(jī)投切等引起電壓波動(dòng)。風(fēng)電經(jīng)AC/DC/AC并網(wǎng)時(shí)由脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生諧波。諧波次數(shù)、大小與采用的變換裝置和濾波系統(tǒng)有關(guān)。并網(wǎng)瞬間較大突入電流，有引起系統(tǒng)瞬時(shí)電壓下降的危險(xiǎn)。風(fēng)電場(chǎng)從系統(tǒng)吸取大量無(wú)功時(shí)，可引起不可接受的電壓下降，甚至電壓不穩(wěn)定。10萬(wàn)kW風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)新疆主網(wǎng)電壓動(dòng)態(tài)特性的影響最高可達(dá)10%分布式電源相對(duì)大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可控源，因此大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來(lái)處置分布式電源，以期減小其對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。IEEEP1547對(duì)分布式能源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定：“當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行?！睘檎戏植际桨l(fā)電的優(yōu)勢(shì)，削弱分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，近年來(lái)提出了一種新的分布式微型電網(wǎng)（Micro-Grid，簡(jiǎn)稱微網(wǎng)）微網(wǎng)是能夠獨(dú)立運(yùn)行或作為一個(gè)整體與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)將分布式電源以微網(wǎng)的形式接入到公共大電網(wǎng)運(yùn)行，互為補(bǔ)充和支撐，是發(fā)揮其效能的最有效方式。微網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電源和負(fù)荷的一體化運(yùn)行，通過(guò)和主電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，可平滑接入主網(wǎng)或獨(dú)立自治運(yùn)行，充分滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性的要求。Micro-Grid微電網(wǎng)可看作大電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，而不再是多個(gè)分散的電源和微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處，稱為微電網(wǎng)模式控制器，可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。Notastranger！u電力生產(chǎn)具有連續(xù)性，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電須時(shí)刻保持動(dòng)態(tài)平衡；u負(fù)荷存在峰谷差，須留有很大的備用容量，造成系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率低?！獌?chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，于傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言，可對(duì)負(fù)荷削峰填谷，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)備用需求及停電損失。由于自然資源的特性，風(fēng)能、太陽(yáng)能及海洋能等發(fā)電時(shí)其功率輸出具有明顯的間歇性和波動(dòng)性，其變化甚至是隨機(jī)的，易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源，保障其供電的連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性，就要對(duì)這種難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的能量變化進(jìn)行及時(shí)的控————儲(chǔ)能裝置，可用來(lái)解決這一問(wèn)題。distributedenergystoragesystem，DESS隨著新能源發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大、DG的不斷發(fā)展，DESS的重要性也日益凸顯。未來(lái)三大新興產(chǎn)業(yè)——新能源、智能電網(wǎng)和電動(dòng)汽車儲(chǔ)能技術(shù)u三大類：化學(xué)儲(chǔ)能（如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、超級(jí)電容器等）、物理儲(chǔ)能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等）和電磁儲(chǔ)能（如超導(dǎo)儲(chǔ)能）。u化學(xué)儲(chǔ)能——目前技術(shù)進(jìn)步最快，其中鈉硫、液流及鋰離子電池技術(shù)在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟(jì)性等方面取得重大突破。鈉硫電池的充電效率已可達(dá)到80%以上本在此項(xiàng)技術(shù)上國(guó)際領(lǐng)先。最成熟、應(yīng)用最普遍—抽水蓄能，用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等，其能量轉(zhuǎn)換效率在70~75%左右。壓縮空氣儲(chǔ)能早在1978年就實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，但受地形、地質(zhì)條件制約，沒(méi)有大規(guī)模推廣。飛輪蓄能，壽命長(zhǎng)、無(wú)污染，動(dòng)態(tài)特性好，發(fā)展迅速。但超大容量的飛輪，目前技術(shù)尚不成熟。由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設(shè)備（安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備）等部分組成。分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鐵電池、鈉硫電池、全釩液流電池...l鉛酸蓄電池：性價(jià)比高、穩(wěn)定，但在環(huán)保和壽命方面不足。2013.3月，全球最大—5MW全釩液流電池儲(chǔ)能示范電站正式并網(wǎng)發(fā)電，解決了遼寧省法庫(kù)縣臥牛石風(fēng)電場(chǎng)“棄風(fēng)限電”l鐵電池：比亞迪+國(guó)家電網(wǎng)——“風(fēng)光儲(chǔ)輸電站”程，河北張北縣。多類型化學(xué)儲(chǔ)能電站：14MW磷酸鐵鋰電池、4MW鈉硫電池、2MW液流電池flowcell，儲(chǔ)能總?cè)萘?萬(wàn)國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程——世界最大風(fēng)、光發(fā)電場(chǎng)u核心部件是由超導(dǎo)材料制成的超u通入直流電，線圈中就會(huì)形成強(qiáng)磁場(chǎng)，把電能以磁場(chǎng)能的形式儲(chǔ)流在超導(dǎo)線圈中循環(huán)時(shí)產(chǎn)生的功率損耗很小，因而儲(chǔ)存的能量不u在外部需要能量時(shí)，可以把儲(chǔ)存超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體及其低溫容器超導(dǎo)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(dǎo)體就變?yōu)橐话愕膶?dǎo)體，通流時(shí)將產(chǎn)生很大的功率損耗，儲(chǔ)能效果也就不一般將超導(dǎo)線圈浸泡在溫度極低的），因此，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)除了核心部件超導(dǎo)線圈外，還包括冷卻系統(tǒng)、密封容器以及用于控制的電子裝置。低溫容器交流電網(wǎng)超導(dǎo)線圈低溫容器交流電網(wǎng)超導(dǎo)線圈AC/DC變流器uSMES線圈－通過(guò)可控AC/DC變流器的控制，具有對(duì)有功及無(wú)功調(diào)節(jié)的雙重功能。uSMES裝置－FACTS新成員。（3）飛輪儲(chǔ)能(Fly-wheelEnergyStorageSystem，F(xiàn)ESS)又稱飛輪電池或機(jī)電電池，是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式。1970s就有了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪儲(chǔ)存能量，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車的構(gòu)想。由于當(dāng)時(shí)飛輪材料和軸承等關(guān)鍵技術(shù)1990s以來(lái)，高強(qiáng)度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子三方面的技術(shù)發(fā)展，飛輪儲(chǔ)能得到快速發(fā)展——磁懸浮飛u美國(guó)飛輪系統(tǒng)公司用飛輪電池把一輛克萊斯勒轎車改成電動(dòng)車，一次充電可行駛600km，96km/h加速時(shí)間6.5u2010，911GT3，保時(shí)捷首款機(jī)電飛輪混合動(dòng)力賽車。飛輪技術(shù)在前輪使用兩個(gè)電動(dòng)馬達(dá)以補(bǔ)充引擎的動(dòng)力。將制動(dòng)所收集的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，將能量貯存于一個(gè)飛輪中。加速時(shí)，該能量轉(zhuǎn)移至前輪。將減少燃料消耗，增加行駛范圍。（4）超級(jí)電容器儲(chǔ)能（SuperCapacitorEnergyu與傳統(tǒng)電容器相比，超級(jí)電容具有容量大，功率密度高，充放電速度快，使用壽命長(zhǎng)，受環(huán)境溫度影響小等特點(diǎn)。u目前超級(jí)電容器的儲(chǔ)能密度跟一般的電池相比還有一定的距離，提高單體的容量是超級(jí)電容器的雙電層電容器EnergyStorage)壓縮空氣儲(chǔ)能電站示意圖uCAES雖然儲(chǔ)存容量大，但其建設(shè)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)有著特殊的要求，對(duì)環(huán)境（地質(zhì)、地下水資源）的影響較大。因此，CAES的應(yīng)用還不是很廣泛。德國(guó)1987建的290MWCAES電廠、美國(guó)1991年Alabama州的110MWCAES電廠。u美國(guó)正在Ohio州建一座大型CAES電廠，該電廠將空氣壓縮到2200英尺下的石灰石礦井中進(jìn)行儲(chǔ)能，容量高達(dá)2700MW。多種儲(chǔ)能裝置的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖（1）平衡發(fā)電量和用電量（2）充當(dāng)備用或應(yīng)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(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)就像備用電源，可臨時(shí)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(yīng)付突發(fā)事件。（3（3）改善分布式系統(tǒng)的可控性儲(chǔ)能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)分布式系統(tǒng)與大電網(wǎng)的能量交換，將難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和控制的分布式電源，整合為能夠按計(jì)劃輸出電能的系