（电力系统及其自动化专业论文）分布式发电及其对系统规划的影响.pdf

a b s t r a c t t h e r ea r es o m er e a s o n st os ee _ kf o ran e wt y p eo fg e n e r a t i o n ，w h i c hi s c l e a l l ， e 伍c i e n ta n dn e x i b l e ，s u c ha sav 撕e 哆o fl 妇i t a t i o n si nt h e t r a d i t i o n a l p o w e rs y s t e m ，t l l ee x h a u s t i n ge n e r g yr e s o u r c e s ，t h eh i g h e r s t a n d a m so fp o 聃惯q u a l 蚵a i l dp 哪n gm o r ea t t e n t i o nt om ee n v i m 衄e n t p r o t e c t i o n a c c o r d 主1 1 9t om el o c a ls i t i 】a t i o n ，d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nm a k e s 龟l lu s eo fn e w8 l l d c l e a r ie n e r g y ，a n di sv e 可e f f i c i e n ta n df l e x i b l e d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nh a sb e e np a i dm o r ea t t e n t i o nb y 础m yc o u l l t r i e s ，a n d b e c o m et ot 1 1 em o s ti m p o r t a l l tr e s e a r c h e si nt l l e2 1 t hc e n t i l 搿 f i r s t ， t l l e p 印e r i n 仃o d u c e st h e b a c k g r o m l d ， m em e t h o d so f c l a s s i f i c a t i o n ，t h ec l a r a c t e r s ，t l l ea 曲瑚时a n dt l l e 缸t u r eo fd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n t h e n ，b yc o m p 癫gs o m ed i s t r i b u t e dg e n e r a t i o i it e c h n o l o g i e s ， s u c ha sm i c r o - t u r b h es y s t e m ，向e lc e l ls y s t e m ，w b d - t u r b i n es y s t e ma i l d p h o t o v 0 1 协i cs y s t e m ，i ti n d i c a t e s 也a tp o w e re l e c t r o n i c st e c h n 0 1 0 9 yi sv e 眵 p i v o t a lt od i s 雠b u t e dg e n e r a t i o n t 1 1 i sp 印e ri n 廿o d u c e sm e 砌u e n c e s 也a td i g t r i b u _ c e dg e n e r a t i o nm a k e s t op o w e rs y s t e mp l a n n i n g b e c 髓s eo fd i g t r i b u t e dg e n e r a ：t i o na d d e d ，m e p o s ts 协】c t l l r e o fp o 、靶rs y s t e mw i l lb r e a ku pa 1 1 dp o s ts y s 钯mp l 觚m n g m e t h o d sc a i l td ow e i li nm en e ws y s t 锄t h i sp a p e rp r e s e m s 也es t 印so f n e t 、v o r kp l a i l n 访ga n dd o e sd e 印e rr e s e a r c h e so nt h e p l a c e m e n t o f d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o ns o u r c e s b ya n a l y z i n g t l l em d i a lf e e d e r sa n d n e t w o r k e ds y s t e 】n s ，i tp r o p o s e sa n a l y t i c a la p p r o a c h e st od e t e m 曲em e o p t i m 甜l o c a t i o nt op 1 a c em ed i s 乜i b m e dg e n e r a t i o ns o u r c e t h e ns o m e e x a m p l e sa r et a k e nt og e tm eo p t i m a ll o c a t i o n s ，、v ：l l i c ha r em es 锄ew 汕 s i m u l a t i o nr e s u l t s i nt 1 1 e e n d ，廿1 ep a p e rp o i m so mm a td i s 廿f b m e d g e n e r a t i o nd o e sp o s s i b l eh n u e n c e so np o w e rf l o w ，s y s t e mv o l t a g e ，p o w e r q u a l i 锣a n dr e l a yp m t e c t i o n k e y w o r d s ： d i s t r i b u t e d g e l n e r a t i o n ， p o w e re l e c 慨l i c s ， d i s t d b u t e d g e n e r a t i o n s o u i e s ， p o w e rs y s t e mp l 锄i n g ，o p t i m a l p l a c e m e n t 浙江大学硕士学位论文 第一章前言 由于传统电力系统的某些弊端、传统能源资源的枯竭、当今社会许多部门对 电能质量要求的提高以及世界各国对环保问题的日益重视，这种环保、高效、灵 活的发电方式一分布式发电已经被世界各国所重视，成为2 l 世纪电力系统最重要 的研究方向。 1 1 分布式发电产生的背景“羽凹 电力之初是分散的、小型的。文献【9 】中提到，随着经济与科学技术的发展， 工业化时代规模效益的追求，大容量高参数机组的中心电站、超高压远距离输电、 大电网互联集中供电方式是工业化过程中电力工业走过的路，也是目前电能生产、 输送和分配的主要方式。但是它在适应负荷变化的灵活性与供电安全性方面都存 在一些弊端。在近年来屡屡发生的能源危机、电力危机与大面积停电事故中，已 暴露出现有的庞大电力系统存在“笨拙”而又“脆弱”的缺点。 由于严峻的环境问题( 温室效应、，、n o 。的排放) 、未来能源的安全供应( 能 源资源的匮乏、运输) 和电力体制的改革( 电力放松管制等) 等，促使人们追求高效 的能源转换、降低有害物质的排放、寻找替代燃料( 降低对石油等化石燃料的依赖) 和就地采用能实施能源梯级利用的小规模的分布式发电系统，来适应上述要求。 经济与科学技术的发展，自动化和电力电子技术高度发达，一些新型、清洁、高 效的发电装置问世与新型储能装置的发展，使得这些要求得以实现，这就分布式 发电产生的背景。 1 2 分布式发电的定义和类型 分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) ，又称分散式发电或分布式供能， 至今对分布式发电没有统一的定义。一般指将相对小型的发电装置( 一般5 0 胛以 下) 分散布置在用户( 负荷) 现场或用户附近的发电供能方式。现代分布式发电 系统除分散与小型化的特征以外，还具有实施热( 冷) 电联供、环境友好、燃料多 元化以及网络化、智能化控制和信息化管理等特点“。 浙江大学硕士学位论文 不同的专家对分布式发电有不同的描述，但有两点是一致的，即小型与就地 布置。按此“定义”，显然我国的“小机组”、“小火电”、“小热电”也可以 属于分布式发电的范畴，但与现代分布式发电技术不在同一层面上，由于技术经 济性能与环境性能不好，将被逐渐淘汰。 电力工业能广泛地把各种一次能源转换为电能，电能具有一系列不可替代的 优点使其在人类生活和社会生产活动中得到广泛应用。一次能源转换成电能的比 重已经成为世界各国经济发展水平、能源使用效率的高低和环境保护好坏的一个 重要标志。为提高总能利用效率，在生产高品质的电能( 即将其他能转换为电能) 的同时，采用热电联产( c h p ) 和冷热电联产( c c h p ) 的方式实施能源梯级利用，向用 户供电的同时供应热和冷。特别是应用于大楼等的楼宇热电联产( b c h p ) 有相当大 的市场潜力，用于社区的小型热电联供装置是属于分布式发电系统，传统的大型 热电厂不属于分布式发电系统。 在世界性的能源结构调整中，分布式发电技术( d i s t r i b u t e dp o w e r g e n e r a t i o nt e c h n 0 1 0 9 y ) 的发展引起国内外的广泛关注。这项技术是基于在一批 新型先进的能量转换装置技术飞速发展的基础上。它是相对于传统的集中式供能 发电( 供电) 的方式，以小型、分散的布置在用户附近，可独立地输出电和热( 冷) 的系统。亦可分散布置在需求侧，实施能源梯级利用、资源综合利用和可再生能 源应用的技术，可在需求现场根据用户的实际需求灵活调节，对口供应，并将输 送环节的损耗降到最低，从而实现能源利用效能的最大化，统称为分布式能源技 术“1 。分布式发电的发电装置( 分布式电源) 多种多样。按使用的能源燃料划分， 基本上可分为两大类：可再生能源与非可再生能源( 一般为化石燃料) 。包括：应 用太阳能、风力、小水电、地热、海洋能、生物质能等的装置和微型燃气轮机、 燃料电池、燃气发动机、斯特林发动机与柴油机等以及使用二次能源氢的氢能发 电技术和使用废弃物为燃料的垃圾发电技术等。 1 3 当前研究的热点“1 2 1 们“刚 1 3 1 可再生能源发电发展迅速 根据国际能源署( i e a ) 的预测，可再生能源发电装置( 包括水电在内) 1 9 9 5 2 0 2 0 年的年均增长率为9 ( 水电为1 8 、其它可再生能源为7 2 ) 。这反映了人 们对可再生能源的重视。不过由于使用可再生能源( 不包括水电) 发电的现有数量 2 一 塑坚盔堂堡圭堂垡笙奎 相对较低，因此，可再生能源发电虽是增长最快的发电方式，但在绝对数值上还 是一个较小的数字。 可再生能源( 水电除外) 中发展最快的是风力与太阳能。风力发电近十年来平均 每年以3 0 以上的速度增长。1 9 9 5 年底世界风力发电总装机容量为4 9 0 0 唧，而到 2 0 0 2 年已高达3 2 0 3 7 删( 2 0 0 2 年新增3 2 2 7 懈) 。在海上建大型风电场是风力发电的发 展趋势。太阳能光发电也开始加速发展，近年来太阳能光伏发电装置总产量也达 到年增长3 0 的速度。2 0 0 2 年世界太阳能光伏系统总容量达2 0 0 0 m w ，年发电量约 为3 0 亿妍h 。并且光伏联网市场增长迅猛，世界联网市场用户已占总容量的5 0 以e 。 圈1 1 海上风力发电站 1 3 2 微型燃气轮机与燃料电池技术取得重大突破 近年来，按新概念设计的小容量燃气轮机问世并获得迅速发展。人们将这类 燃气轮机称为微型燃气轮机，目前其容量约为数十k w 至数百k w 。微型燃气轮机具 有重量尺寸小、小型化；效率比较高，使用回热循环的燃气轮机已与小型柴油发 电机效率接近；寿命长、可靠性高；排放低( n 0 ；的质量分数小于9 x 1 0 1 ) 、 塑望查堂堡主兰堡笙塞 振动小、噪声低；安装维护简便；燃料适应性好等一系列优点。 2 0 世纪8 0 年代以来，出于对保护环境、能源供应的需求和可持续发展观念的 树立，重新激发了人们对燃料电池技术的兴趣，燃料电池技术获得加速发展。9 0 年代取得重大突破，燃料电池被考虑用作汽车内燃机的替代物。目前，世界上有 3 0 0 多台( 质子交换膜燃料电池未统计在内) 各种类型的燃料电池发电装置被安装、 测试和运行。安装最多的是日本、美国和欧洲。应用最多的是磷酸型燃料电池 ( p a f c ) ，其它各类燃料电池也都建有试验电站，并走向商业运行，发展前景良好。 燃料电池与燃气轮机联合循环发电的示范装置也已有多台，这是人们可以期待的 具有最高效率的发电装置。 1 3 3 小型分布式热电联供是未来的发展方向 热电联供可以达到高的总能利用效率。国际上流行的是以燃气发电装置为主 的热电联供模式，并且发展趋势是以小型热电联供为主。例如：原东德的区域性 热电厂因效率低、污染重而停产，让位于效率高、污染轻的原西德模式的分散供 电供热( 燃气) 方式。美国从1 9 7 8 年开始提倡小型热电联供，现在正走向更高效利 用能源资源的冷热电联供。近年来一些新型燃气发电装置问世，其中如微型燃气 轮机在9 0 年代后期己批量生产，受到市场的普遍青睐。 2 0 0 3 年“8 1 4 ”美加大停电事故后，不夜城纽约彻夜黯然无光，停工、停课。 但在一些设有临时供电系统的街区还维持着大楼微弱的亮光，在医院和一些办公 大楼紧急启用备用发电机而显得灯火通明。美国证券交易所、纽约交易所和纳斯 达克股票交易所也都能正常运作，这是因为他们有先进的备用发电设备。手机是 先进的通信工具，可是由于手机运营商没有备用电力来确保服务，因此在紧要关 头无法使用。而所有的快锓店的生意都非常火爆，由于拥有小型发电机( 一般是小 型热电联供系统) ，它们的营业基本不受影响，在店门外顾客排成了长龙，这也成 为大停电中的一个独特的风景线。实际上早在1 9 9 9 年美国东部电网事故中，分散 发电技术已被证实起到极为重要的作用。在那次事故的调查报告中提出了联邦政 府要加强对分散发电的激励；制定互联标准；利用这些机组来减少系统压力( 即调 度这些机组，缓解电网高峰压力) ，从而避免发生停电事故等建议。“8 1 4 ”美 加大停电再次显现分布式发电的重要作用。 浙江大学硕士学位论文 1 3 4 广泛结合互为补充是电力工业的发展方向 大电网中心电站集中发电与分散电源发电广泛结合、互为补充的方式，已被 公认为是能节省投资、降低能耗、提高系统可靠性和灵活性的有效方式。分布式 发电装置往往具有有效利用资源和环境友好等特点，与一般意义上的“小机组” 己不是同一个概念，这是2 l 世纪世界电力工业的发展方向。 1 4 特点阳1 1 4 1 分散的资源和需求 可再生能源与化石能源相比，一般较分散、能流密度较低。按目前的技术可 再生能源利用系统规模较小，难以实现集中供能，而较适合以分散供能形式出现。 此外，在偏远地区，避免建设投资大的电网，而直接利用当地资源，选择分散发 电方式更为恰当。 在一些特殊的场合，如集合、庆典、运动会等为保证供电的安全、除市网供 电外，还要设置自己的分散供电设施，可以是固定式的，也可以是处于热备用状 态的移动( 车载) 分散发电装最，则供电可靠性大大提高。 1 4 2 互为补充提高可靠性 世界对电力需求越来越大，电网急速膨胀对供电安全与稳定有不利的一面。 分布式电源与大电网配合可以大大提高供电的可靠性。在分布式电源与电网连接 的情况下，电网供电与分布式电源供电可以互为备用电源，提高供电可靠性。分 布式电源可在电网意外事故或解列( 战争、人为破坏、地震、暴风雨雪、操作失误 等) 情况下维持重要用户供应。在因种种原因发生电力危机时，分布式发电可以不 受( 拉、限电) 影响，自行发电满足生活、生产、经济活动的需要。在电力短缺时， 用户将会自发地投资建设容量小、占地面积小、初投资少、安装方便的分布式发 电装景。 1 4 3 节省投资提高效率 分布式发电可以延缓输、配电网升级换代所需的巨额投资。分布式发电装置 除太阳能、风能之外，其他一些装置的效率与中心电厂传统发电机组的效率出入 5 浙江大学硕士学位论文 不大，其中有一些如燃料电泡发电效率大大超过传统发电方式，并且分布式发电 电源布置在用户附近，容易实现热( 冷) 电联供，可以在满足用户需求的同时实现 能量的综合梯级利用，再加上减少了输电损失，分布式发电系统具有高的供电效 率。 1 4 4 环境友好 可再生能源如风能、太阳能是清洁能源，其他分布式发电装置使用的多数是 清洁燃料，如天然气、沼气、生物质能等( 传统发电以煤为主) ，并且这些装置应 用了现代污染物控制技术，减少了s o ：、n o 。、c o ：、废水、废渣的排放。 1 4 s 调峰性能好 电网峰谷差距越来越大是一个客观存在的现实，分布式发电装置可缓解对中 心电站需求压力，化解电网峰谷差大的矛盾，均衡电网电力负荷，提高电网安全 性和经济性。 1 5 发展规模和政府支持n 1 1 5 1 发展规模 风力发电是可再生能源中发展最快、最具有规模和发展前景的一种发电方式。 德国、丹麦与西班牙等风电大国的实践证明，风力发电可以可靠地提供一个地区 或国家的电力供应并占较高的比例。德国是世界第一风电大国，德国2 0 0 1 年风力 发电量占3 5 ，预测几年后将达5 。德国2 0 0 2 年风电新装机容量高达3 2 4 7 m 1 】， 为世界之最，其全国风电总容量达1 1 9 6 8 跚。根据德国政府的计划，到2 0 3 0 年，风 能在德国电力供应中的比例要达到2 5 。 欧洲一些国家对热电联供高度重视。例如，在丹麦，热电联供装机容量占全 国总装机容量的5 6 ( 包括大型热电厂在内) 。分布式能源站( 即热电冷三联供系统) 使用清洁燃料天然气，可以得至i 很高的能量利用效率，得到非常快的发展。英国 只有50 0 0 多万人口，但分布式能源站就有1 0 0 0 多座。美国政府计划：在2 0 l o 年有 2 0 新建商用或办公建筑物使用热电冷三联供，5 现有建筑改用三联供，2 5 美 国能源部项目改用三联供；到2 0 2 0 年有5 0 以上新建商用或办公建筑采用热电冷 浙江大学硕士学位论文 三联侠，1 5 现有建筑改用三联供。 1 5 2 国家承担主体责任 在目前的技术水平下，可再生能源发电还不具备与常规能源发电进行竞争的 能力。尽管从发展眼光看，毫无疑问可以做到通过提高技术与制造水平、降低发 电成本，使可再生能源发电更具竞争力，但当前世界各国的可再生能源的发展都 离不开强有力的激励政策，包括税收、信贷、价格等方面。在可再生能源技术开 发方面，国家的作用是相当大的，不仅在基础研究阶段，就是在应用与研究开发 阶段，国家也承担了主体责任。政府提供政策支持与资金资助，并制定具体的发 展与应用计划。政府制定相关的法律、法规、完善的激励政策和监督机制，强有 力地推动了可再生能源迅速发展。 日本的新能源发展目标规模对于风力发电、废弃物发电等也都要求各自在 2 0 1 0 年达到3 0 0 0 5 0 0 0 m w 的水平。日本政府对电力零售商规定了利用新能源的强 制性规定目标。生产新能源的电力公司建立电子账目记录“新能源电力可应用量”， 这个可应用量可进行交易。日本电力公司于1 9 9 2 年开始购买用户新能源发电设施 的多余电量。2 0 0 1 年财政年度，电力公司购买了1 2 4 g w h 的太阳能电量和3 8 4 g w h 的 风电。 1 5 3 绿色电力政策 文献【9 】提到绿色证书制度要求电力销售的经营者有义务根据销售电量的一 定比例销售一定数量的可再生能源发电量。电力销售者必须根据销售电量购入政 府当局向可再生能源企业开出的绿色证书，并必须向当局出示以证明自己履行义 务。 早期实施的是可再生能源配额制，而自2 0 世纪9 0 年代中期以来在荷兰、美国、 德国、澳大利亚等国逐步发展起来一种绿色电力市场机制。两者的区别是前者由 政府强制性规定的可再生能源份额。其电力的高出成本一般是由电网承担( 全网分 摊) ；而后者则是用户自愿从供电商处购买经过认证的可再生能源电力，这部分电 力的高出成本由认购的用户承担。 浙江丈学硕士学位论文 1 5 4 政策和技术开发推动热电联供的发展 热电联供的工业性应用已较为广泛，商业设施和区域供热方面的应用也有很 大发展。欧洲一些国家如丹麦、荷兰等热电联供发电己占有很高的比例。其中重 要的经验是：受到政府的大力支持；具有充裕的天然气供应条件；电力工业的体 制改革。 美国从1 9 7 8 年开始提倡发展小型热电联供，并正走向更高效利用能源资源的 小型热电冷联供。美国工业界已提出“热电冷联供创意”和“热电冷联供2 0 2 0 年 纲领”支持美国能源部总体商用建筑规划及热电冷联供规划。用高科技武装起来 的分布式小型电站特别是热电联供与热电冷联供具有很多优越性，美国把它们的 发展看作是有助于保持在2 l 世纪全球竞争力的优势。 1 6分布式发电装置运行和电网支持2 盯d 1 1 6 1 分布式发电装置的运行 早期风力发电机单机容量较小，并且一般安装在边远地区，因此往往单独运 行。这些小型风力发电机组可以将电储存到蓄电池中，再供给用户使用。我国内 蒙古草原地区，牧民就是这样满足自己的用电需求。随着机组单机容量增大，以 及风电场的建立，就要考虑联网的问题i 与电网联接的好处是在电力不足时可获 得电网的支持，在电力有富裕时可出售给电网。因此一般大型机组，就要与当地 电网相联。风电场需要通过建升压站，将电压升高后接入大电网。风电作为一种 间断性电能，通过电能存储技术与其他相关技术可以缓解风电对电网的影响，并 提高风电的价值。太阳能发电也是一种不稳定电源，在多台太阳能发电装置与配 电系统相联的情况下，电能质量不高等一系列问题也成为关注的问题。常用的分 布式发电电源如：燃料电池、燃气轮机、往复式发动机等，它们可以单独向用户( 如 工业、商业、住宅等) 供电，也可以通过电力系统的变电站向用户供电，图1 2 是 运作示意图。 图1 2 分布式发电电源供电方式示意图 1 6 2 分布式电力系统 文献【9 】提到，分布式电力系统可以由一些同类或不同类的分散式发电装置 组成一个独立的小型电网或微电网，并满足一群用户的所有负荷需求。它们在电 气上与其他电力系统隔离，称为自治分散式电力系统。另一类则是包含分布式发 电装置，并与现有电力系统并联运行的系统，称之为非自治分散式电力系统，如 图1 3 所示。 分散式笈魄 势散式发电 眩稚自豫电磁 b ) 翕活电嗍 图1 3 分布式电力系统示意图 9 浙江大学硕士学位论文 1 6 3 新型配电系统 分布式电源有很多种类，各自有不同的发电原理与发电方式。因此不同类型 的分布式电源与电网的连接方式也各不相同。由于电网使用的是具有额定频率的 交流电，因此分布式电源与电网连接将最终要转换成这个商用频率交流电。大致 上可分为，通过同步发电机和感应发电机等交流发电机与系统连接的方式，如往 复式发动机与燃气轮机等；以及把分布式电源发出的直流电通过换流器转换成交 流电与电网连接的方式，如太阳能光发电和燃料电池。对于风力发电机，由于风 速的改变，风机的转速变化，交流发电机的频率发生变化。可以通过将交流电先 转换成直流电，然后再转换成商用交流电的连接方式。对于微型燃气轮机同样可 以通过交一直一交的方式把高频交流电转换成商用频率交流电与电网连接。 与系统连接的关键是保证电力系统的电能质量和可靠性。( 1 ) 确保电能质量。 当发电和负荷平衡打乱时系统频率会发生变化。与负荷变动一样，发电机输出的 变动也是系统频率变化原因，需控制与分布式电源连接产生的电压变动。在分布 式电源中不少使用直流交流换流器，这个换流器是高次谐波的产生源。( 2 ) 确保 可靠性。当分布式电源内部事故时和分布式电源故障、控制异常时，同样在电力 系统事故时，可以通过检测，解列分布式电源防止事故扩大。 分布式发电的引入将使配电系统发生根本的变化。传统的方式是由中心电站 发电进入电力系统，通过高压输电线进入地区配电网，然后分别向用户供电，这 是一个辐射式的网络。而当大量的分布式电源进入配电网之后，就变成了一个遍 布电源和用户互联的网络。这就产生了不少新的问题，有关分布式电源与配电网 系统连接的成本下降、计划和保护方式等的计算机仿真技术、i t 技术等新技术的 应用、新型配电系统的建立都是需要研究的课题。 1 7 在我国的发展和应用前景n “1 1 7 1 可再生能源发电 根据文献【9 】中的资料信息，我国在1 9 9 6 年后风力发电项目规模和装机容量 较大，发展速度较快，平均年新增装机容量为6 1 8 卿，最大单机容量达1 5 0 0k w 。 统计到2 0 0 2 年底我国风电机组9 3 0 台，总容量4 7 0 1 l 姗，列世界第1 0 位，约占世界 总容量1 5 。我国风电市场中国外机组占大多数，国产机组仅占1 1 8 。制约我国 1 0 浙江大学硕士学位论文 风电发展的主要表现在政策与技术两个方面。中国目前没有一部专门对可再生能 源发电的法律，现有的一些激励政策尚不完善，尤其是缺乏监督机制。在技术上 与国外相比，风电机组制造水平较低，技术落后、产品质量低，很多关键原材料 或零部件主要依赖进口。对风力资源的测量、分析、调查也不完善。不过我国在 小型风力发电机组方面有很好的研制基础和应用推广经验，在国际市场上是抢手 货。继上海南汇、崇明风力发电场( 一期2 1 万k w ，二期1 5 万k w ) 之后，上海奉贤 风电场将扩建4 台2 0 0 0 k w 风机，这将是国内单机容量最大的风机。同时上海市电力 公司正在编制1 0 万k w 海上风力发电场的初步可行性研究报告，争取在“十一五” 初开工建设，建成后将是中国甚至亚洲第一个大型海上风电场。2 0 0 2 年中国光伏 系统累计装机容量仅4 0 删，占世界总装机容量的2 。据报道，清华大学研制成功 太阳能光伏供电照明系统，并拥有该系统的自主知识产权。该示范工程至今仍然 运行良好。2 0 0 8 年北京奥运会也承诺奥运场馆照明采用太阳能电池供电。2 0 1 0 年 上海世博会规划，在世博会场馆内外广泛展示太阳能高新科技的进步以及在城市 中的应用，保证世博会场馆总能源的一定比例来自太阳能等可再生能源。 1 7 2 燃料电池 目前我国各种类型的燃料电池的研究工作都在进行，尤其是在质子交换膜燃 料电池p e i f c 方面取得了较大进展。例如，中国科学院大连化物所承担的国家“九 五课题”一“5 1 0k w 质子交换膜燃料电池组”已通过中科院组织的专家鉴定。 目前我国燃料电池的研究开发水平与世界先进国家和地区有较大差距，离实用化 与商业化应用还有一段路要走。 1 7 3 热电联供 往复式发动机和燃气轮机等通常以热电联供或冷热电联供的形式来实旃分布 式发电技术，热电联供能达到高的总能利用效率。目前，我国的热电联供系统大 多采用燃煤的蒸汽轮机热电站模式，而国际上则是以燃气轮机( 和联合循环) 组成 的热电联供模式，并且发展趋势是以小型热电联供与冷热电联供为主。国外的经 验，这种以天然气为燃料的分布式冷热电联供系统可化解电网峰谷差大的矛盾， 提高电网安全性和经济性。这已成为当代电力发展中的一个热点。 ( 1 ) 小火电卷土重来反映市场对电力的客观需求：2 0 0 3 年由于电力供应出现严 斫江大学硕士学位论文 重短缺，拉闸频繁，我国江浙一带小型自备发电机猛增。对于由于缺电引起的新 一轮小火电热，如果听之任之，这些小火电虽然在短期内救了燃眉之急，但出于 效率低、排放高、噪声大等缺点，不但对资源和环境造成损坏，而且对电网的安 全生产存在潜在的威胁。只有积极加以引导，采用先进的现代分散发电技术才能 取得多赢的局面。 ( 2 ) 制定政策健康有序发展：我国在节能法等不少文件中都明确提出要鼓 励发展热电联产。2 0 0 0 年8 月2 2 日颁发了新的关于发展热电联产的规定，以促 进热电联产在新形势下的健康发展。新的“规定”与修改前的最大区别是新增了 燃气一蒸汽联合循环热电联产的相关条文。“规定”鼓励使用清洁能源，鼓励发 展热、电、冷联产技术；积极支持发展小型热电联产系统等。虽然我国尚无专门 的分布式发电技术规定、标准，但关于发展热电联产的规定中的精神与相关 规定显然可作为各地方制定具体发展措施时的依据。当前急需政府制定具体规划、 标准，电力公司的积极参与，使以小型燃气热冷电联产技术为主流的分布式发电 技术得到健康有序的发展，有利于解决电力短缺和峰谷差过大等问题，减少电网 压力、提高供电可靠性、有利事故应急处理。 ( 3 ) 走向实质性开发实旄阶段：虽然分布式能源技术在发达国家已是一种比较 成熟的技术，并得到大力推广，但在中国还刚刚起步。2 0 世纪9 0 年代建成的几台 燃气轮机冷热电联供系统由于种种原因运行后效果不理想。在我国南方有一些由 柴油机构成的热电联供装置。燃气发动机我国也已有多台，但用于热电联供的极 少。近年来情况正发生变化，伴随陕西天然气进京和西气东输的实施，一些在医 院、学校、商场、楼字等的冷热电联供工程项目，已经或准备实施，使用的是燃 气轮机、联合循环、微型燃气轮机与往复式发动机。这显示我国的分布式能源冷 热电联供，已从初步认识阶段逐步向实质性开发实箍阶段转变。 1 7 4 发展前景 我国在分布式发电的各个领域都已有一些示范项目。但不论在规模、技术水 平、国产化程度、经济性、应用广度方面都与国际水平有较大差距。不过从发展 眼光看，中国的分布式发电有很好的发展前景，理由如下： ( 1 ) 强劲的需求：党的“十六”大提出全面建设小康社会的战略目标，今后2 0 年我国国民经济再翻两番。根据预测2 0 2 0 年我国发电总装机将达1 0 0 0 g w 。建设部 浙江大学硕士学位论文 提出的我国居民住房的小康标准：到2 0 2 0 年我国居民住房要从满足生存需要实现 向舒适型的转变。来自电力行业的一份数据显示，目前电力空调负荷已经达到了 电力负荷的4 0 。国内有一些城市的电力空调负荷已经超过5 0 。由此可见，中 国具有发展冷热电联供分布式能源的有利条件和强劲需求。此外，近年来缺电的 形势客观上将促成分布式发电在中国的大力发展。 ( 2 ) 政策：据了解，正在修订的电力法中将加入有关热电联供的条款。并 且一些地方正在制定促进分布式发电发展的具体措施。北京、上海等城市己在政 府层面支持下，颁布了鼓励发展的优惠政策、制定了发展计划。旨在促进可再生 能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实 现经济社会的可持续发展的中华人民共和国可再生能源法将于近日提交全国 人大常务委员会审查通过，计划于2 0 0 6 年1 月1 日起施行。 ( 3 ) 资源：我国有丰富的新能源和可再生能源，现在世界上已进入规模性开发 的风能、地热、太阳能、水能，我国的资源量或可开发量都很可观。例如：中国 拥有太阳能光伏发电得天独厚的条件，全国2 3 的地区日照数在2 o 小时以上， 中国将大力发展光伏系统发电，预计到2 0 1 0 年光伏发电装机容量将达4 5 0 m w ，2 0 2 0 年将达1 0 0 0 m w ，中国有条件和能力成为光伏发电大国。我国拥有可供大规模开发 利用的风能资源。据初步探明结果，陆地上可开发的风能资源即达2 5 3 亿k w 再 加上近海( 1 5 m 深的浅海地带) 的风能资源，全国可开发风能资源估计在1 0 亿k w 以 上，约是我国水能资源的2 5 倍。按风能发电发展规划，在2 0 2 0 年风电将占全部电 力的2 ，装机约2 0 0 0 万k 再。 随着我国天然气开发和应用力度的加大，将使天然气在我国能源消费结构中 的比重大大提高，作为天然气主要用途的发电也将获得很大发展。在华东等地区， 大型纯发电领域，燃气发电与燃煤发电相比经济上缺乏竞争力，宝贵的天然气在 用于能实现能源梯级合理利用，具有高的能源综合利用效率的分布式发电系统中 可发挥更大的作用。 ( 4 ) 发电设备：我国在发电设备的制造上已有一定基础。在分布式发电的各个 领域( 包括可再生能源与非可再生能源) 都已建有一些示范项目，并积累了经验。 虽然我国的分布式发电设备目前在很多方面与世界先进水平相比还有一定差距， 但这仅是暂时的情况，并非不可逾越的障碍。我国已将风力发电机，燃料电池、 燃气轮机、微型燃气轮机等的研制列入国家“8 6 3 ”计划。一些企事业单位更是投 人大量的精力与资金从事分散发电设备的研制与应用工作。例如，我国微型燃气 13 浙江大学硕士学位论文 轮机发电机组的研制已通过鉴定，下一步将进行联合循环装置的研究。目前国内 有多家大学和研究机构开展微型燃气轮机分布式发电系统研究。 分布式发电的理念并非某个人或某些人的发明创造，它是人类社会发展现阶 段为解决经济发展、能源安全、环境保护等一系列问题，在现代科学技术发展水 平下产生的众多新技术的客观存在。这是一项发展中的技术，随着技术进步将包 括更多的内涵。大电网中心电站集中发电与分散发电的广泛结合、互为补充是2 l 世纪电力工业的发展方向。 我国在分布式发电的一些领域与国际先进水平有较大差距( 技术水平与应用 规模) ，但是分散发电在中国有强劲的需求和良好的发展前景。政府给予高度重视， 相关政策正在制定，已走向实质性开发实施阶段。具体的规划、规则，电力公司 的积极参与将使分布式发电技术得到健康有序的发展，有利于资源的合理利用、 环境保护和减少电网压力、提高供电可靠性。制定分布式电源并网技术标准、研 究建立分布式电力系统等工作也应立即提到议事日程上来。 1 4 浙江大学硕士学位论文 第二章几种分布式发电系统的介绍 2 1 太阳能发电系统8 太阳能属可再生绿色能源，太阳能是“取之不尽”的能源，是本世纪最有前 途的能源。常规化石燃料，不但资源贮量有限，随着社会经济的发展和人们生活 的需求，日益枯竭，加之滥开滥采，难以维持高速增长的社会经济与人们生活水 平日益提高的要求，而且化石能源会污染环境，是不可再生的能源。太阳能光伏 发电的容量，可以任意组合，最适合分散使用，是当今大电厂、大电网集中式供 能的重要补充和新一代能源系统的重要组成部份。 2 1 1 我国太阳能总量估计 我国太阳能资源非常丰富。我国大部分地区位于北纬4 5 。以南，全国2 3 的国 土面积年日照时间在2 3 0 0 小时以上，每平方米太阳能年辐射总量3 3 4 0 8 4 0 0 m j ， 陆地表面每年接收的太阳辐射能相当于1 7 0 0 0 亿吨标准煤，而且分布极为广泛，具 有普遍存在，永续利用的优点，可为国民经济发展提供有效的能源供应。特别是 我国有1 0 8 万k m 2 的荒漠，大部分分布在西部，太阳能资源极为丰富，如果利用1 1 0 的荒漠安装光伏并网发电系统，每年可以发电1 0 万多亿千瓦时，相当于我国 目前全国用电量的5 倍多。从长远的战略眼光来看，荒漠将是我国的能源宝地之一。 太阳能辐射强度是随机的，在不同时间，不同的地点，同一面积的辐射强度 是不同时。表2 1 是我国不同建区太阳光照条件1 表2 1 我国不同地区太阳光照条件 匿璃捌分事童地医比麓事童地区可以利用地区 贫乏地区 年总翔朴量( 4 。1 巩埘- ) 1 l o 1 h 1 4 0l l 毛l 呻 全年b 黜蛾c 酗泌蛳 2 枷3 l 卜z 卿昏8 0 q 内竺：黧篇麓：篡耋篙：盒然： 地区甘! ! !托，宁叠甘麻部广西，黄蜘部分，云区妪 竺妻嚣黧：嬲淄区 弦一辱乖- 讳啊，玛甩，睇口 1 5 浙江大学硕士学位论文 为了更加直观地了解各地每天太阳能辐射的平均分布，表2 2 给出年总辐射量 与日平均峰值日照时数( 太阳能电池每天可以接受到1 0 0 0 w 掰2 辐照度的等效时间 ( 对应关系) 。 表2 2 太阳能年辐射量与日平均峰值日照时数 竺曼黧篓墨! 兰! ：! 塑熊：曼 ! ! ! ! ! 竺! ! ! ! ! ! ! 竺 ! ! ! 竺 平均蜂德b 嬲时敷h ) 3 1 1 9丑5 0& 3 2t 1 4毛4 ei 船5 1 05 4 25 7 5 通过上面资料可以看出，太阳能光伏系统的使用与地理位置有关，太阳能电 池的输出功率大约1 2 0 矿，珑2 。 2 1 2 太阳能发电系统介绍 文献【8 】提到太阳能发电系统分二类，一为光伏发电，另一种为热能发电。 ( 1 ) 太阳能光伏发电系统。太阳能光伏发电系统一般由太阳能电池( 方阵) 、蓄 电池组，太阳能控制器，直流一交流逆变器和交流配电设备等组成。 当负载为直流时，如通讯设备电源系统、石泊管道阴极保护电源等，则太阳 能光伏发电系统可以省去直流一交流逆变器和交流配电设备，系统比较简单，成 本也较低。 如果太阳能发电系统与交流电网并联运行( 光伏并网发电) ，则太阳能光伏发 电系统可以省去蓄电池部分，太阳能控制器和直流一交流型逆变器合二为一，系 统简化，发电系统的投资最省，成本下降，同时还可以减少蓄电池组对环境造成 的影响。所以太阳能并网发电系统是今后光伏发电的主要形式。 ( 2 ) 太阳能热发电系统。太阳能热发电是利用集热器( 太阳锅炉) ，将太阳辐 射能转换成热能，产生蒸汽，送入汽轮发电机组发电。太阳能热发电，可采用直 接和间接( 一元循环) 两种热力循环形式，前者是使用凝汽式( 有一台凝汽器) 汽轮发 电机组，集热器产生的蒸汽直接引入汽轮机发电，然后排入凝汽器凝结成水，经 水泵送入集热器吸收太阳辐射热变成蒸汽，循环使用发电的。后者在主系统使用 一种沸点高于水的熔盐或液态钠，通过热交换加热辅助系统( 二次系统) 内的工质 水或低沸点流体产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电。前者系统简单，但热效率 较低，一般难以得到高温蒸汽。日前，世界上太阳能热发电系统大致有三类：槽 式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。 塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一群独立跟踪太阳的定日镜，将阳 ，6 浙江大学硕士学位论文 光聚集到一个固定在塔顶部的接收器上，聚焦产生高温并加热工质产生过热蒸汽， 驱动汽轮发电机组发电，从而将太阳能转变为电能。塔式太阳能发电，又称“高 温太阳能发电”是一种大型太阳能发电型式。当今，美、日和欧洲已建成这样的 几千至上万千瓦级的太阳能试验电站，塔式太阳能发电的部件主要有反射镜( 定镜) 阵列，高塔、集热器、蓄热器、和汽轮发电机组等。 表2 3 列出了目前世界上几个主要的塔式太阳能热发电厂的特征参数。 表2 3 世界上几个主要的塔式太阳能热发电厂 电站名律l 琳e 1 0 s 甄煳甜es 蹬蛋一c r ss o i r l t h e m l sc e s a 一1 9 3 l r 一2 国烈。媲点 授遥8 期 殳电功率( h ) 定b 镜数 定b 镳 足寸( 舻) 塔高 神 接收嚣掇式 接收器尺寸( t 抽 蓄热系筑 薹热介馥 蓄热容量( m w h ) 汽轮孰参数 ( m 附) 系缝效率( 峰) ( x ) 占地辑积( n f ) 意戈利-日奉 西搬牙美嚣，i 丧巨。西赶牙美嘲 西酉墨仁是 胃羹稠受巴新托夫比剥牛凝阿箍稠堑己藕托夫 l 蚺1 51 9 8 1 91 9 9 1 91 够夏5 l 驱乳51 9 眠61 9 9 6 6 lo o o l 5 0 0 l o 湖25 。12 。o1 0 0 1 观8 。79 3l8 1 82 0 。3 0 0 l9 2 6 5 2 ( 7 0 十) 4 4 船 3 9 95 44 0 o ( i8 1 8 台 2 3 ( 1 1 2 十)9 5 ( 1 鹳古) 器 曲4 3 a ol 6 09 1 空癌室癌空腔静露空膛空腔辨霹 雷电5 零旧53 3射1 3 74 43 x 3 。4瞒1 6 。2 荤枣嚣单 艰 革戏革双 珏承魇承 诅油+ 岩石络慧盐熔融盐瀛台盐 0 s352 8 4 3 1 lo - 2 ，5 2 0 3 3 l o 5 t 0 1 3 s s 7 9 x 7 6 2 3 3 4 3 口 7 。2 7o 0 0 。 l o ，5 6 5 7 6 。5 8 0 2 1 。3 我屋光伏产业的情提嘲 我国光伏产业从上世纪八十年代初开始，经过2 0 多年的努力，已达到了一定 的技术水平和生产规模。由于种种原因 3 0 左右，而且转换效率低。近2 0 年来， 国内电池的生产成本比国际同类产品高 我国光伏产业长期维持在全球市场l 左 右的份额。近年来有了大幅度增长，2 0 0 4 年达3 5 万千瓦，约占3 ，日本居世界 第一，德美次之。 目前国内市场主要集中在西部边远地区的生活和工业用电( 如交通、通讯站) 的独立发电系统，和沿海经济较发达的广东、福建、浙江和江苏一带的太阳能草 1 7 o 嘶；量u 渤 m 渤蝴。! 薹 尝一 新江大学硕士学位论文 坪灯的制造加工上，大规模的光伏并网发电正在试点示范之中。随着我国能源形 势日益紧张，常规化石能源供不应求和环境容量的承载压力，以及政府对可再生 能源的重视，2 0 0 5 年2 月2 8 日已经十届人大常委会第十四次会议通过的“中华人民 共和国可再生能源法”的实施，中国的光伏市场会很快地发展起来。我国光伏产 业链的发展是极不平衡，大多数光伏企业通过外购电池片封装加工组件，电池制 造主要以江苏无锡尚德、保定天威公司为主，他们产能为4 0 5 0 m 1 】a 。我国已具 有超过1 0 0 m w a 的太阳能级单晶硅棒的制造能力，但9 0 的硅棒出口到日本和欧 洲。硅片切割能力很小，目前我国太阳能级的硅片的年切割能力为4 0 姗左右。太 阳能级多晶硅原料