Upload
others
View
31
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
55
RURAL ELECTRIFICATIONNew Energy 新能源
2011年第05期总第288期
纪云平,姬忠凯
分布式发电及效益的研究
分布式发电DG(Distributed generation)指将发电
系统以小规模、分散式的方式布置在用户附近,可独立
的输出电能的系统 [1]。它是以资源和环境效益最大化、
以能源利用效率最优化确定方式和容量的新型能源系
统。与传统的发电方式相比,分布式发电具有一些突出
优势。它可以为用户独立供电,这对于为边远地区供电
提供了更好的选择。除此以外,采用分布式发电可提高
电网的供电可靠性和电能质量,有助于缓解电力供应的
紧张局面,防止电力拥塞。DG也可作为备用电源为要
求不间断供电的用户提供电能 [2]。另外,DG具有污染
小,降低负荷对系统的电压、频率及无功的影响,提高
配电网的效率,减小系统旋转储备等多方面的优势。
1 分布式发电技术
关于分布式发电有很多的定义,一般定义是:将电
源连接到从大的集中控制的发电厂出来的高压电网上的
发电技术。
全球分布式电网(WADE)的定义为:分布式电网
是使电力成果接近用户,不论规模,技术还是燃料,开
环还是闭环,它需要包括以下特点:高效率的连接到任
何级别的电网上;富有可再生能源;能源回收系统(将
废气转化为电力,废热和压力转化为电力或附近有可用
的热能)。
国际能源组织(IEA)是这样定义分布式发电的:
分布式电源是服务附近的用户或支援分布网络,连接到
电网的电压和电网相同。包括微型涡轮发电机,燃料电
池和光伏系统。但IEA的定义排除了风能,原因是风力
发电厂一般都可以持续供电。
1.1 传统发电技术
往复式发动机,这是分布式发电的最常见形式,也
是一个成熟的技术,可以由柴油或天然气为燃料,而大
多数都是采用柴油发电的。该技术用于发电的热效率只
有40%,但投资成本较低,而运行费用较高。由于该技
术可以快速启动,不需要为电网提供电力,所以该技术
适合作为后备发电机。用柴油作为燃料发电会有最高的
氮氧化物(NOx)和二氧化碳(CO2)排放。分布式发电
考虑的技术如表1、2所示[3][4]。
简单循环涡轮燃气轮机这项技术是从成熟的涡轮喷
气式发动机衍生出来的。电力行业使用简单循环燃气涡
轮机是为了应对高峰负荷,他们一般规模较大。简单
循环燃气涡轮机和往复式发动机有相同的操作特性,能
够快速启动并甩开电网向用户提供独立电源,这使得它
更适合作为应急电源。这项技术也常常应用在热电联产
中,这可以提高总体的应用热效率,运营成本不低于天
然气发动机,运营成本如表1所示。这种技术比其它技
术更清洁,因为它是靠天然气运行,如表2所示。
微型燃气轮机该技术使得简单循环燃气技术的发电
能力降低到50~100 kW。安装费用比燃气涡轮机更高,
而且效率较低,如表1所示。但是它更安静,比燃气轮
机的排放量低得多,如表2所示。因此可以将微型燃气
轮机在热电联产中使用,以提高整体热效率。
燃料电池技术是相当新兴的技术,可以和其他成熟
的技术一样应用在电力系统中。燃料电池的投资成本
最高,因此具有很高的运行成本,如表1所示。尽管这
样,燃料电池的热排放要比其他技术低很多,如表2所
示。
1.2 新兴可再生能源技术
主要有三种类型的新兴可再生能源技术,包括太阳
能光伏、小水电和风力,分别依赖阳光、河流流量、
建设成本
/元·(kW)-1
运行维护
/元·(kWh)-1
热效率
/%
平准价格
/元·(kWh)-1
简单循环涡轮
燃气轮机8500~12800 0.04~0.09 21~40 0.6~0.9
微型燃气轮机 10600~13500 0.06~0.11 25~30 0.7~0.9
柴油发动机 8000~11000 0.06~0.11 36~43 0.7~1.1
天然气发动机 8000~12000 0.08~0.16 28~42 0.6~0.9
燃料电池 17300~25500 0.06~0.11 37~42 1.1~1.4
太阳能光伏 35000~49000 0.02~0.04 —— 3.45~4.6
小水电 10150~39200 0.08 —— 0.35~0.8
风能 5530~21000 —— —— 0.4~1.2
表1 分布发电式发电技术的成本和热效率
(不包括电网连接费用和容量)
NOx /Kg·(MWh)-1 CO2,/Kg·(MWh)-1
燃煤锅炉 2.52 951.75
联合循环燃气轮机 0.027 349.2
简单循环燃气轮机 0.144~0.5175 519.3~672.3
微型燃气轮机 0.198 677.7
柴油发动机 9.81 644.4
天然气发动机 0.99 498.6
燃料电池 0.0045~0.0135 427.5~485.1
太阳能光伏 0 0
小水电 0 0
风能 0 0
表2 分布式发电技术的排放情况
(沈阳农业大学,辽宁 沈阳 110161)
56
RURA
L ELE
CTRI
FICAT
ION
新能源 New Energy
2011年第05期总第288期
风速。因此,这些技术都没有合适的后备电源,但也没
有燃料成本,具有零排放,如表2所示。然而,投资成
本因技术各不相同和经营状况影响其各自的平均价格。
太阳能光伏发电是目前为止在投资成本和价格是最昂贵
的,如表1所示。小型风力投资成本就要低得多,但平
准化成本还在传统技术的范围如表1所示。小水电建设
成本由于规模不同会有很大的不同,同样反映了平准化
成本。
由表1和表2可知,新兴再生能源技术不仅在建设成
本和热效率上明显高于传统的发电技术,并且没有燃料
成本,具有零排放,在能源利用和环境保护上有更明显
的优势。
2 分布式发电的效益
分布式发电有许多有可能性的效益。一个效益就是
操作分布式发电连同着热电联产起到改善总热效率的作
用。作为一个独立的电力基础,分布式发电经常当作可
靠的备用电源,也可接入分布网,不需要线路的投入,
减少线路损耗,不用建大型生产设施,会有更多电源提
供给电网,还会有更多的环境收益。
热电联产的应用,也叫做联合发电,是同时产生电
能和工业上应用的热能。产生的热可用于工业或当地居
民取暖。大的发电厂一年的热效率平均不超过50%,而
通过回收利用废热,可以将热效率提高到85%。小的热
电联产可以装在建筑里面(如宾馆,医院),大的可以
装在化工厂、炼油厂。工业国家的热电联产有很大的前
景,工业热电联产连接到高压电网上,热电联产的应用
是增强分布式发电部署的一个原因[5]。
表3显示了带热电联产分布式发电的成本以及平准
化成本,和独立电厂的平准化成本相比,它的成本低,
尤其是在大容量工厂的成本更低,效率更高。
除了潜在的对电网效益,分布式发电还会对电力系
统带来其他好处。首先是模块化的发电方式增强了发电
能力,而且不需要因为产能过剩的大小和时间去建造大
型发电厂。所以只要找到可利用的可替代能源,分布式
发电就可以很快的实现。
其次,分布式发电可以提供额外的供应能力、市场
选择和市场配套服务,从而导致更低的成本和更激烈
的竞争这会避免电力价格上涨,这不仅有利于发电的业
主,但有助于抑制市场的波动。
最后,分布式发电在依靠技术和燃料来源来看,要
比同一级别的以传统化石为原料的发电厂的排放量低,
由表2可知。分布式发电在运用中,可以用较低的排放
水平取代以煤炭占发电主导地位的发电设备,这是分布
式发电部署决定性因素。此外,由于排放量减少,分布
式发电可以减少传统发电来源的排放量。此外,客户对
再生能源的需求也是推动可再生能源部署的因素 [6]。
3 结束语
分布式能发电的优势在于可以充分开发利用各种
可用的分散存在的能源,包括本地可方便获取的化石
类燃料和可再生能源,并提高能源的利用效率。分布
式发电具有分散、随机变动等特点。近年来,随着我
国用电量和用电负荷日益增长,系统备用容量严重不
足,“用电荒”已经成为制约我国经济发展的重要因
素。因此,从可持续发展和降低环境污染观点看,分
布式发电技术成为我国的必然选择。但目前的投入还
不够,还需要政策上的大力支持,如对新能源和分布
式发电给予更多的补贴,降低税收等政策使得分布式
发电进入千家万户。
参考文献
[1] 何季民.分布式电源技术展望[J].东方电气评论,2003,
17(1):9-14.
[2] 刘正谊,谭顺涛,曾祥均.分布式发电及其对电力系统分
析的影响[J].华北电力技术,2004,13(4):18-23.
[3] 严俊杰,黄锦涛,何茂刚.冷热电联产技术[J],化学工业
出版社,2008,10(4):181-185
[4] United States Energy Information Administration (USEIA).
Annual Energy Outlook 2006 with Projections to 2030[J].
2006.
[5] Working Group 37.23. Impact of Increasing Contribution of
DispersedGenerationonthePowerSystem[J].CIGRE,1999.
[6] Hyde,D. Will Consumers Choose Renewable Energy and
Should You Care One Way or the Other[J]. the IEEE Power
EngineeringReview,1998.
(责任编辑:刘艳涛)
安装成本
/元·(kW)-1
平准化成本/元·(kWh)-1
8000 h/年 4000 h/年
简单循环燃气轮机 7200~12600 0.40~0.55 0.55~0.85
微型燃气轮机 10000~13400 0.40~0.45 0.55~0.65
往复式发动机 8500~12500 0.50~0.70 0.70~1.10
燃料电池 16300~24500 0.45~0.55 0.60~0.80
风力发电机 7100~12300 0.90~1.15 1.45~1.95
表3 分布式发电技术成本包括热电联产基础设施
(包括热电联产基础设施)
折翅的小鸟问:分频谐振和铁磁谐振产生原因和现象
有什么区别?
梅花答:分频谐振是三相电压依次轮流升高,超过一
倍的但达不到两倍的相电压值。而铁磁谐振又叫基频谐振,
就是三相同时升高超过一倍的相电压值,或一相升高两相降
低。