1、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。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
2、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？ 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。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
3、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 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。（ 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
4、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
5、要方向。 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。 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。10.3.1 分布式供电系统分布式供电系统一般由 分
6、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 。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
7、。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。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。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
8、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 。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。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
9、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 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
10、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。（ 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 ，
11、等等。可见，储能装置在分布式发电系统中是非常重要的。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。“ 911 ” 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
12、改由分布式电源供电。 10.5 分布式发电的发展应用上海、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本章小结v 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。v 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。 v 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。朱永强，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
