新能源与分布式发电技术10分布式发电技术

1、新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术 制作人：制作人：朱永强，陈彩虹朱永强，陈彩虹 华北电力大学华北电力大学 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 漂浮在海面上的漂浮在海面上的“能源岛能源岛” 美国发明家美国发明家多米尼克多米尼克米凯利斯米凯利斯父子共同设计，父子共同设计， 综合利用海洋综合利用海洋温差能温差能、波浪能波浪能和海上和海上风能风能、太阳能太阳能等多种形等多种形 式的可再生能源，能全年每天式的可再生能源，能全年每天2424小时连续运行。小时连续运行。 这样的一个能源岛，建造成本超过这样的一个能源岛，建造成本超过6 6亿美元亿美元，具有，具有250250

2、兆瓦兆瓦的的 发电能力，足够向一个小型城市供电。发电能力，足够向一个小型城市供电。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10 10 分布式发电技术分布式发电技术 教学目标教学目标 了解分布式电源和分布式发电的概念；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；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；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。理解分布式发电的重要意义和发展前景。 关注的问题关注的问题 什么是分布式发电？什么是分布式发电？

3、分布式发电系统中的常用电源有哪些？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关系？微电网和分布式发电有什么关系？ 常用的储能方式有哪些？常用的储能方式有哪些？ 发展分布式发电有什么特殊意义？发展分布式发电有什么特殊意义？ 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.1.1 分布式发电简介分布式发电简介 分布式发电：分布式发电：在一定的地域范围内，由多个甚至在一定的地域范围内，由多个甚至多种形式多种形式的的 发电设备共同发电，以发电设备共同发电，以就地满足就地满足较大规模的用电要求。较大规模的用电要求。 相对于集中发电的大型机组而言，相对于集中发电的大型机

4、组而言，其其总的发电能力总的发电能力由分布在由分布在 不同位置的多个中小型电源来实现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，相对于过去的小型独立电源而言，其其容量分配和布置容量分配和布置有一定有一定 的规律，满足特定的整体要求。的规律，满足特定的整体要求。 10.1 分布式发电的概念分布式发电的概念 区分几个类似的概念：区分几个类似的概念：DP，DER，DG。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 分布式发电一般独立于公共电网而分布式发电一般独立于公共电网而靠近用电负荷靠近用电负荷，可以包，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

5、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。一次能源的种类。 一般来说，分布式电源是一般来说，分布式电源是集成或单独集成或单独使用的、使用的、靠近用户靠近用户的的 小型小型模块化模块化发电设备。发电设备。 10.1.1 分布式发电简介分布式发电简介 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.1.2 分布式发电的特点分布式发电的特点 （1 1）建设容易，投资少）建设容易，投资少 单机容量和发电规模都不大单机容量和发电规模都不大，不需要建设大电厂和变电站、，不需要建设大电厂和变电站、 配电站，配电站，土建和安装成本低，工期短，投资少土建和安装成本低，

6、工期短，投资少。 （2 2）靠近用户，输配电简单，损耗小）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。离的高压输电线，输配电损耗小，建设简单廉价。 （3 3）污染少，环境相容性好）污染少，环境相容性好 可充分利用可再生清洁能源。可充分利用可再生清洁能源。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 （4 4）能源利用效率高。）能源利用效率高。 可可结合冷热电联产结合冷热电联产，将发电的废热回收用于供热和制冷，科，将发电的废热回收用于供热和制冷，

7、科 学合理地实现学合理地实现能源的梯级利用能源的梯级利用。 （5 5）运行灵活，安全可靠性有保障。）运行灵活，安全可靠性有保障。 小机组的小机组的启动和停运快速，灵活启动和停运快速，灵活。可作为备用电源。可作为备用电源。 （6 6）联网运行，有提供辅助性服务的能力）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。性，还能为大电网提供辅助性的服务。 10.1.2 分布式发电的特点分布式发电的特点 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 夏季和冬季用电高峰期

8、，冷热电联供可满足季节供热或制冷需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，从而减轻供电压力要，并节省电力，从而减轻供电压力。 小知识：小知识：南方雪灾时小机组的作用南方雪灾时小机组的作用 小知识：小知识：美加大停电后，投资改造的抉择美加大停电后，投资改造的抉择 分布式发电对电网的辅助性服务分布式发电对电网的辅助性服务 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.1.3 分布式发电的适用场合分布式发电的适用场合 分布式发电系统的运行模式：分布式发电系统的运行模式： 独立运行独立运行多用于大电网覆盖不到的边远地区、农牧区。多用于大电网覆盖不到的

9、边远地区、农牧区。 联网运行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。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要方向。联网运行将是分布式发电系统未来发展的主要方向。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.2 分布式电源分布式电源 分布式电源分布式电源就是分散的小规模电源，就是分散的小规模电源，容量容量50MW。 常利用基于常利用基于可再生能源可再生能源的分布式电源。的分布式电源。 微型燃气轮机微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，是是一类新近发展起来的小

10、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。以天然气、汽油、柴油等为燃料的超小型燃气轮机。 微型燃气轮机微型燃气轮机体积小体积小，重量轻重量轻，功率，功率20500 千瓦千瓦。成本。成本 高于相同功率的柴油发电机组，但维护费用低廉，总体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。运行费用可比之低。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.3 分布式供电系统和微电网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 分布式供电系统分布式供电系统包含很多分散在各处的包含很多分散在各处的分布式电源分布式电源，种类也

11、，种类也 往往不只一种，再加上往往不只一种，再加上储能装置储能装置和附近用电的和附近用电的负荷负荷，其结，其结 构可能也相当复杂。构可能也相当复杂。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.3.1 分布式供电系统分布式供电系统 分布式供电系统一般由分布式供电系统一般由分布式电源分布式电源、储能设备储能设备、分布式供电网分布式供电网 络及控制中心络及控制中心和和附近的用电负荷附近的用电负荷构成，如果与公共电网联网构成，如果与公共电网联网 运行就还包括运行就还包括并网接口并网接口。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 微电网微电网是能够独立运行或者

12、作为一个整体是能够独立运行或者作为一个整体与公共电网联网与公共电网联网的的 分布式供电系统分布式供电系统。 将将分布式发电系统分布式发电系统以以微电网的形式微电网的形式接入到公共大电网运行，接入到公共大电网运行， 互为补充和支撑，是互为补充和支撑，是发挥其效能发挥其效能的的最有效最有效方式。方式。 用户所需能量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，最终以电电 能作为统一的能源形式能作为统一的能源形式将各种分布式能源加以融合，满足特定将各种

13、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。的电能质量要求和供电可靠性。 10.3.2 微电网微电网 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 微电网可看作微电网可看作大电网中的一个可控单元大电网中的一个可控单元，而，而不再是多个分散不再是多个分散 的电源和负荷的电源和负荷。 10.3.2 微电网微电网 微电网和大电网的连接处，微电网和大电网的连接处， 称为称为公共连接点公共连接点。 微电网模式控制器，可实现微电网模式控制器，可实现 并网运行与独立运行并网运行与独立运行 的转换。的转换。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.4 分布

14、式系统的储能分布式系统的储能 由于由于自然资源的特性自然资源的特性，可再生能源可再生能源用于发电时其功率输出具用于发电时其功率输出具 有明显的有明显的间歇性和波动性间歇性和波动性，其变化甚是可能是，其变化甚是可能是随机的，容随机的，容 易对电网产生冲击，严重时会引发电网事故易对电网产生冲击，严重时会引发电网事故。 为充分利用可再生能源并保障其为充分利用可再生能源并保障其供电可靠性供电可靠性，就要对这种难，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。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。储能装置，就是用来解决这一问题。 新能源与分布式发电新能源与

15、分布式发电 分布式发电分布式发电 10.4.1 常用的储能技术常用的储能技术 （1 1）蓄电池储能）蓄电池储能 蓄电池储能系统蓄电池储能系统由蓄电池、逆变器、控制装置、辅助设备由蓄电池、逆变器、控制装置、辅助设备 （安全、环境保护设备）等部分组成。（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、锂离子电池等。以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。 性价比很高的性价比很高的铅酸蓄电池铅酸蓄电池最适合应用于分布式发电系统。最适合应用于分布式发电系统。传传 统的蓄电池存在初次投资高、寿命短、环境污染等问题统的蓄电池存在初次投资高、寿命短、环境污染等问题。 新能源与

16、分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.4.1 常用的储能技术常用的储能技术 （2 2）超导储能）超导储能 核心部件是由核心部件是由超导材料超导材料制成的制成的超导线圈超导线圈。 通入通入直流电直流电，线圈中就会形成，线圈中就会形成强磁场强磁场， 把电能以磁场能的形式储存起来。把电能以磁场能的形式储存起来。 由于超导体的由于超导体的电阻几乎为零电阻几乎为零，电流在超，电流在超 导线圈中循环时产生的功率损耗很小，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。因而储存的能量不易流失。 在外部需要能量时，可以把储存的能量在外部需要能量时，可以把储存的能量 送回电网或实

17、现其它用途。送回电网或实现其它用途。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 超导特性一般需要在超导特性一般需要在很低的温度很低的温度下才能维持。一旦温度升下才能维持。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。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一般将超导线圈浸泡在温度极低的液体（液氢等）温度极低的液体（液氢等），然后，然后 封闭在容器中。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，还包括因此，超导储能系统除了核心部件超导线圈以外

18、，还包括 冷却系统、密封容器冷却系统、密封容器以及用于控制的电子装置。以及用于控制的电子装置。 10.4.1 常用的储能技术常用的储能技术 （2 2）超导储能）超导储能 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 是一种是一种机械储能机械储能方式。方式。 1970s1970s就有了利用就有了利用高速旋转的飞轮高速旋转的飞轮来储存能量，并应用于电来储存能量，并应用于电 动汽车的构想。动汽车的构想。 由于由于飞轮材料飞轮材料和和轴承轴承等关键技术一直没有解决而停滞，等关键技术一直没有解决而停滞， 1990s1990s以来，高强度的碳纤维材料、低损耗磁悬浮轴承、电以来，高强度的碳纤维

19、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。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 常用的储能技术常用的储能技术 （3 3）飞轮储能）飞轮储能 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 10.4.2 储能装置在分布式系统中的作用储能装置在分布式系统中的作用 （1 1）平衡发电量和用电量）平衡发电量和用电量 （2 2）充当备用或应急电源充当备用或应急电源 某些分布式电源受自然条件影响而某些分布式电源受自然条件影响而 减少甚至不能供电时，储能系统减少甚至不能供电时，

20、储能系统 就像就像备用电源备用电源，可临时维持供电。，可临时维持供电。 此外，基于此外，基于系统安全性系统安全性的考虑，分的考虑，分 布式发电系统也可以保存一定数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。量的电能，用以应付突发事件。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 （3）改善分布式系统的可控性）改善分布式系统的可控性 储能系统可储能系统可调节分布式系统与大电网的能量交换，调节分布式系统与大电网的能量交换，将难以准将难以准 确预测和控制的分布式电源，整合为能够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按计划输出电能的 系统系统，使其成为，使其

21、成为可以调度的发电单元，可以调度的发电单元，从而从而减轻对大电网的减轻对大电网的 影响，提高大电网对分布式电源的接受程度。影响，提高大电网对分布式电源的接受程度。 （4 4）提供辅助服务）提供辅助服务 通过功率波动的抑制和快速的能量吞吐，可明显通过功率波动的抑制和快速的能量吞吐，可明显改善改善分布式分布式 发电系统的发电系统的电能质量电能质量。 增强增强了分布式发电系统了分布式发电系统可控性可控性，在用电高峰时，在用电高峰时分担负荷分担负荷，在，在 发生局部故障时发生局部故障时提供紧急功率支持提供紧急功率支持，等等。，等等。 可见，储能装置在分布式发电系统中是非常重要的。可见，储能装置在分布式

22、发电系统中是非常重要的。 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 1970s1970s就有了分布式电源的概念，美国公共事业管理政策法公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。布后，正式得以推广，并很快被其它国家接受。 “911911”后，出于对供电安全的考虑，后，出于对供电安全的考虑，美国等美国等加快分布式供加快分布式供 电系统研究和建设的步伐，在很多国家已电系统研究和建设的步伐，在很多国家已颇具规模颇具规模。 目前分布式电源站目前分布式电源站美国美国有有60006000多座多座；英国英国有有10001000多座多座；日本

23、日本有有 近近50005000家家，总容量超过，总容量超过600600万千瓦万千瓦。20062006年年欧盟欧盟国家的分布国家的分布 式供电系统达到式供电系统达到1.51.5万万个左右。个左右。 美国计划到美国计划到20102010年和年和20202020年分别有年分别有20%20%和和50%50%以上的新建商用或以上的新建商用或 办公建筑使用分布式供电系统，并且在办公建筑使用分布式供电系统，并且在20202020年将年将15%15%的现有的现有 建筑改由分布式电源供电。建筑改由分布式电源供电。 10.5 分布式发电的发展应用分布式发电的发展应用 新能源与分布式发电新能源与分布式发电 分布式发电分布式发电 上海、北京、广州等大城市，上海、北京、广州等大城市，1010多年前就尝试分布式供电，多年前就尝试分布式供电， 已有已有成功范例成功范例( (参见教材参见教材) )。 20052005年年，我国，我国首个首个分布式电力技术集成工程中心落户广州，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。标志着我国分布式供电技术进入实质性发展阶段。 冷热电