基于分布式供能技术的能源系统新(1018).doc

基于分布式供能技术的能源系统闫顺林 黄兴 邓博摘 要:由于2003年美国和加拿大大面积停电事故的发生，人们对电网安全的要求越来越高，分布式供能技术引起了世界能源界的广泛关注。能源工业亟待解决的四大问题：合理调整能源结构，进一步提高能源利用效率，改善能源产业的安全性，解决环境污染。而分布式能源系统恰好在这些方面能给以补充，因此大电网与分布式能源系统的合理结合，被认为是21世纪电力工业的发展方向。本文对基于分布式供能技术的能源系统的概念和优势以及发展背景、应用领域和发展前景作了比较详细的研究和介绍。关键词:分布式供能；能源系统；发电；中图分类号：TM611.3distributed energy resources and power systemYan Shun-lin, Huang Xing, Deng BoAbstracts:Because of the power cut in U.S.A. and Canada on 2003, it is important for us to see to the security of power transmission. Distributed generation technologies are being followed with great interest by people in circles of energy industry. The energy industry must imperatively solve the four problems: regulating reasonably the energy construction, raising the energy utilizing efficiency, improving the security of energy industry and solving the environment pollution. It is very difficulty to solve the above problems by only using large electrical network concentrated delivery, but the distributedenergy energy system can supplement to solving these problems, so , the reasonable joint between large electrical network and distributed energy system is considered as the development direction of 21th century electrical industry. This paper introduced in detail the concepts and advantages of distributed power generation system.Key words:distributed power generation ; power system ; generate electricity1前言发生在2003年的美国加拿大的大面积停电事故，给同样正处于满负荷运行中的中国电力工业敲响了警钟。传统的电力工业是中央规划、决策、垂直一体化管理的企业，自20世纪初以来，电力工业的发展方向是“大机组、大电厂和大电网”。随着经济的发展，社会的进步，人类对能源的需求量越来越多，有大电厂、大电网构成的单一化能量系统显示了其不足之处。实现能源、环境和经济的协调发展已成为人们所共同追求的目标。在我国，加快能源建设和保障能源供给一直是经济建设与发展的重要目标之一，如何保障充足的能源供应对经济的持续发展将起到十分重要的作用。能源工业亟待解决的四大问题：合理调整能源结构，进一步提高能源利用效率，改善能源产业的安全性，解决环境污染。而分布式能源系统恰好在这些方面能给以补充，因此大电网与分布式能源系统的合理结合，被认为是21世纪电力工业的发展方向。综观世界能源建设发展的动向，我们不得不认真思考我国未来能源发展的走向和策略。分布式供能因其灵活的变负荷，较低的初投资，很高的供电可靠性，很小的输电损失和适合可再生能源等特点在世界范围内越来越受到重视。在国家大电站和电网能基本保证供电的情况下，分布式供能和中央电站供能的结合，对于保障国家供应和经济的发展将发挥重要作用。本文详细介绍了基于分布式能源系统的概念、特点及发展状况和前景展望。还通过对几种主要的分布式供能技术的技术特点、国内外发展状况及前景展望的介绍，进一步说明了分布式供能技术的发展状况，阐释了分布式供能技术的优势。2分布式供能概述迈进21世纪，实现能源、环境和经济的协调发展已成为世界能源建设领域的工作者所共同追求的目标。在发达国家，如美国，在进行能源结构调整进程中，在已建中央电站和电网的基础上，将发展分布式供能技术放到了一个十分重要的位置。随着经济的发展和人们生活水平的提高，夏季和冬季的电力需求有着突飞猛进的增长，在大型电站建设周期长、投资高、环境污染严重的情况下，鼓励建设洁净、容量小、现场型热、电、冷联供装置，无疑是快速改变这种局面的最有力措施。分布式能源系统定义1为集成或单独使用的、靠近用户的小型、模块化发电或供能设备。它完全不同于现有传统的中央发电站和输电模式，它可以位于终端用户附近，建设在工业园区、在大楼内、在社区里。在输电网下游的分布式能源系统可为用户和电力输配系统提供利益。在建设集中电站不适宜的地区，分布式能源系统的小容量和模块化潜在地提供着广泛的用户和现场型电力。2.1 应用背景随着经济的发展和人们生活水平的提高，特别是城市化进程的加快，商业和民用对热、电、冷总体能源的需求急剧增加，能源需求的主体呈现出多样化的势态，这种需求的特点突破了传统意义上的热电联产主要服务于工业工艺用热、冷的局面，从而为热电联产技术的发展提供了更广阔的市场空间。在市场经济条件下，一些大中城市面临着夏季空调，冬季采暖电力负荷飞速增长的趋势，在提高能源利用率的压力下，人们将目光重新关注到热电联产技术的发展上来。另外，能源技术的进步，特别是微型燃气轮机、燃料电池的技术成就，使人们看到了21世纪能源技术发展的曙光。在能源结构调整和追求能源与环境协调发展的情况下，特别是燃天然气时代的到来，实现资源的合理、有效利用，发展基于分布式能源系统的小区和楼宇的热电联产(BCHP)前景非常看好。随着制造业的技术进步，由微电脑控制的生产流程得到了较为广泛的普及，这也对电力供应质量提出了崭新的要求。与大电网配合，分布式能源系统可大大地提高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，维持重要用户的供电。尤其是这次的美国、加拿大的大面积停电让人们认识到，如果能有与电网配合的分布式电源在运转，供电可靠性将会大大地提高，一些灾难性后果是可以避免的3。在市场经济体制下，由国家垄断地进行能源基础设施建设投资的主体局面将会打破。以建设速度快、投资规模小为特点的分布式供能技术为众多投资者提供了投资和获利空间，也增加了能源设施建设的投资渠道。美国正在实施全面电力竞争计划，通过立法来加速和引导美国电力工业朝着最大程度地依靠竞争性市场的转变。尽管在分布式能源系统的应用进程中还存在诸多障碍，但这种发展趋势已逐步得到了人们的共识。2.2 分布式能源系统的特点2.2.1 节省输变电投资分布式能源系统的供能装置直接安置于用户近旁，输电距离短，无需建设配电站，可有效降低输配电成本。 2.2.2 弥补大电网在安全稳定性方面的不足和提高供电的可靠性直接安置在用户近旁的分布式供能装置相互独立，用户可自行控制，与大电网配合，可有效降低电力负荷波动对大电网的影响，减少发生严重事故的可能；电网一旦发生故障，分布式能源系统可以保证用户的电力供应不受影响，避免一些灾难性后果的发生。尤其是在电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，可维持重要用户的供电及供电的可靠性。2.2.3 满足特殊场合的需求 对不适宜大规模铺设电网的西部等边远地区或散布的用户，对供电安全稳定性要求较高的医院、银行等特殊用户，能源需求较为多样化的用户，这种能源系统的优点是可进行遥控和监测区域电力质量和性能，输电损失显著减少，运行安全可靠，并可按需要方便、灵活地利用排气热量实现热电联产或热、电、冷三联产，提高能源利用率。2.2.4具有良好的环保性能： 分布式能源系统一般采用清洁燃料作能源，减少了粉尘、SO2、Nox、废水废渣等的排放。此外，分布式能源系统由于减少了输变电线路和设备，电磁污染和噪声污染极低，因而具有良好的环保性能。2.2.5为可再生能源的利用开辟了新的方向相对于化石能源而言，可再生能源能流密度较低、分散性强，而且目前的可再生能源利用系统规模小、能源利用率较低，作为集中供能手段是不现实的。而分布式供能方式为可再生能源利用的发展创造了条件。我国可再生能源资源丰富,发展可再生能源是减少环境污染及替代化石能源的有效措施。因此，为充分利用资源丰富的可再生能源发电，方便安全地向偏僻、缺能地区供电，建设可再生能源分布式能源系统应受到高度重视。2.3 分布式能源系统的主要形式根据燃料不同，分布式能源系统的主要形式，可分为燃用化石能源、燃用可再生能源和燃用二次能源及垃圾燃料等几种。根据用户需求不同，则可分为电力单供方式、热电联产方式(CHP)，或冷热电三联产方式(CCHP)；2.4分布式供能技术的应用领域主要包括：（1）备用电力在电力短缺时提供电力,用户可以包括：医院、工厂，以及安全应急系统。现代工厂由于主要依靠敏感性极强的电子控制装置来控制运行，因此要求电力供应的可靠性，要求每天24h不间断电力供应。分布式供能系统用来在用户地为要求不间断供电的用户提供备用电力。在峰谷电价的情况下，该措施可以保障电力的可靠性，同时也可以减少电费的支出。（2）热电联产在将燃料的化学能转变为电能的过程中，产生了大量的热能，大约占燃料可转换能量的2/3。如果发电装置位于用户的附近，工厂就可以利用该热量。通过采用热电联产，分布式供能系统可以增加效率，减少温室排放，降低用电费用。热电(冷)联产最适合像加工工业这样的中、高级热用户，居民和商业建筑的采暖和空调。（3）电力调峰在分时电价结构下，大型用户可以将其负荷结构进行分类，在高电价的高峰负荷时段，使用分布式发电系统来降低整个的用电费用，同时也可缓解对中央电站的需求压力，均衡电网的电力负荷。在已经具备有可靠的大电网供电情况下，分布式电站可以起到经济和环保的调峰作用。（4）单独供电 在独立用户和边远地区，使用分布式供能技术要比使用网电更为经济。例如，一些热电联产系统用户如果不能从电力供应部门得到经济的备用电力的话，它们可以脱离电网，实现电力自给。（5）电网支持 电网是由发电站、高压输电网、变电站和当地低压电网构成，选择使用分布式发电站可以为系统提供效益，减少系统投资。潜在的利益包括：提高电压、频率可靠性，避免或减少输变电系统改造投资，减少线损，减少输电量，减少中央电站的容量储备，减少矿物燃料使用。（6）现代温室的供热和空气调节 现代温室对能源的需求，以及植物生长所需要的环境，主要表现在需要热量以及对于二氧化碳的需要，为分布式供能技术提供了更加广泛的应用领域。3. 分布式能源系统的发展前景分布式能源系统的发展建立在常规电网已成规模的基础之上，该技术以投资小，适用范围广的特点，在国家总体能源供应系统的发展中，作为一种灵活和有效的补充，不存在根本的利益冲突。 2000年9月，美国能源部能源效率与可再生能源办公室和矿物能源办公室联合发布了分布式能源资源策略规划，提出了发展新一代洁净、有效、可靠和经济的分布式能源系统的目标、任务及鼓励机制。计划在2010年，分布式能源系统在新增发电容量中的比例达20。另外，分布式能源技术在西欧、北欧、东南亚等地也在推广应用，前景看好。目前我国正处在经济高速发展时期，提高资源综合利用效率是我国能源工业能否持续支撑国家现代化建设的关键所在。我国能源利用水平距世界发达国家还有很大的差距，日益增长的电力需求远未得到满足，短期内大规模、集中式的电网供能依然是我国目前能源工业的主要发展方向。但是，我国需要分布式能源系统。这是因为：（1）我国幅员辽阔，但能源资源相对贫乏，而且各地区经济发展不平衡。对于西部等边远、落后地区而言，由于其远离经济发达地区，形成一定规模的、强大的集中式西北电网系统需要很长时间和巨额的投资，这无法满足目前西部经济快速发展的需要。而分布式能源系统可以借助西部天然气资源丰富、可再生能源多种多样的优势，在不长的时间内，以较小的投资为代价，为西部经济发展提供有力的支撑。对于东南沿海经济发达地区，由于生活水平的日益增加，已经出现了类似于西方发达国家的对于能源产品需求多样化的趋势。与集中式供电相比，分布式供能显现了突出的优点，为解决上述问题提供一个更加圆满的方案。（2）随着经济建设的飞速发展，我国集中式供能电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题是不容忽视的。为了及时抑制这种趋势的蔓延，只有合理地调整供能结构、有效地将分布式供能和集中式供能结合在一起，构架更加安全稳定的电力系统。（3）纵观西方发达国家能源产业的发展过程，可以发现：它经历了从分布式供能到集中式供能，又到分布式供能方式的演变。造成这种现象不仅仅是由于生活水平提高的需求，而且也是集中式供能方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑，随着社会的发展，我国能源产业也将面临类似的问题。因此，虽然从目前能源产业的发展情况来看，集中式供能是我国能源系统发展的主要方向，但从长远看，构造一个集中式供能与分布式供能相结合的合理能源系统，增加电网的质量和可靠性，将为我国能源产业的发展打下坚实的基础。4. 结论可以预测在能源结构调整中，分布式能源系统因其灵活的变负荷，较低的初投资，很高的供电可靠性，很小的输电损失和适合可再生能源等特点在世界范围内越来越受到重视。随着天然气的广泛应用，电力垄断的逐步解体，环境保护要求提高和可再生能源利用技术水平的提高，不仅我国边远地区和西部地区的分布式供能将得到极大的发展，而且小型化的分布式能源系统将成为中国城市现代化的重要动力。毫无疑问，分布式能源系统将成为未来能源领域可持续发展的一