分布式发电技术

一、分布式发电定义

分布式发电是由美国在公共事业管理政策法中公布并正式推广的，其定义为：一、不同于传统集中发电模式，为满足特定用户和配电网络运行的需要，以集散方式分布在用户附近，发电功率为数千瓦至数十兆瓦的小型模块式发电系统。二、不论发电系统规模大小和一次能源的类型，任何安装在用户附近的发电设施。简而言之，分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，经济、高效、可靠地发电。

二、分布式发电技术种类

（一）燃料电池发电技术

燃料电池是一种在等温状态下，直接将存储在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的元器件。燃料电池的阴极和阳极由电解质隔开，在工作时，不需要燃烧，只需要将燃料和空气中的氧气分别送入阳极和阴极，从而发生电化学反应，在电解质的作用下，氢氧离子定向移动，产生电位差在外电路中形成电流，从而发出低压直流电。燃料电池在发电过程中，副产品仅为热水和少量二氧化碳等。

燃料电池按电解质分主要包括磷酸燃料电池、碱性燃烧电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池。其中磷酸燃料电池最接近于商业化，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池被推荐应用于电力系统发电。燃料电池发电厂主要由三部分组成：燃料处理部分、电池反应堆部分、电力电子换流控制部分。

燃料电池具有以下优点：（1）清洁无污染。发电过程中的排放物对环境影响几乎不计。由于无旋转机械部分，因而没有噪声污染。（2）发电效率高。通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的发电效率几乎是传统发电厂发电效率的2倍。（3）适应负荷变化的能力强。（4）安装周期短、安装位置灵活，占地少、检修维护容易。

（二）微型燃气轮机发电技术

微型燃气轮机是目前最成熟、最有商业竞争力的分布式发电设备。它是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的功率范围在20-500kW的小型燃气轮机。基本技术特征是采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环。微型燃气轮机发电机组由微型燃气轮机、发电机和数字电力控制器等部分组成。为了提高燃料的利用效率，在分布式发电系统中， 微型燃气轮机除了为用户供电外，还同时为用户供热，构成“热电并用系统”。 微型燃气轮机具有五方面的优点：（1）体积小、 重量轻。（2）电力市场中建造和运行成本极据竞争力。（3）发电效率较高，污染少。（4）高可靠、长寿命、低噪声、多燃料、低油耗。（5）运行和维护简单。

（三）太阳能光伏电池发电技术

太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。太阳能光伏发电的能量转换器件是光伏电池。它包括一个类似于二极管的在半导体材料中形成的PN结和一片0.2-0.3mm厚的单晶式或多晶式硅片通过掺入其他杂质（硼和磷）产生具有不同电气性质的两层，在PN结掺杂了磷原子的负硅片和掺杂了硼原子的正硅片之间建立起电场。光入射到太阳电池上，光子中的能量产生自由电荷载体被电场分开，外接线路上产生电压，接入负载后有电流流过。太阳能光伏电池发电的原理是利用半导体的光生伏打效应。通过这一方式太阳光能直接变成了可用的电能。太阳能光伏发电是由电池组成方阵进行发电，方阵在室外工作，其输出功率和效率严重地受温度和太阳照度的影响。通风良好可降低组件的工作温度而提高方阵功率的输出。太阳能光伏发电系统可分为独立型和并网型两种基本类型。独立型光伏发电系统需要蓄电池作为储能单元，将有日照时所发的剩余电能储存起来，供日照不足或无日照时使用，它适用于无法与电网相连的偏远地区。在有公共电网地区，光伏发电系统可以与电网连接，称为并网型光伏发电系统，该系统是将电网作为储能单元，当日照强时将所发的剩余电力馈入电网，需要用电时再从电网吸收电力。并网型光伏发电系统优点在于省去蓄电池，夏季日照强烈时正是电力需求的高峰时段，同时也正是光伏发电系统输出最大的时候。因此并网型光伏发电系统有助于电力系统的调峰，由于逆变器要能够向电网反馈能量，因此并联型光伏发电系统技术上比独立运行光伏发电系统复杂。太阳能光伏发电具有以下优点：（1）不消耗燃料。（2）不受地域限制，规模灵活。（3）清洁无污染。（4）安全可靠，运行稳定。

（四）风力发电技术

风能是指太阳幅射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同， 导致空气运动而产生的能量。广义上讲，风能也是一种太阳能。风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，它主要有两种利用方式，一种是作为独立电源向偏远地区供电，另一种是将多台风力发电机组并列运行， 形成风力发电。

风力发电具有以下优点：（1）环保性能好，不污染环境。（2）不耗燃料，不产生温室气体。（3）不占耕地，经济性好。

（五）生物质能发电技术

生物质能发电是将生物质能（包括薪材、农林作物、生活垃圾污水等）转化为可驱动发电机的能量形式（如燃气、燃油、酒精等） ，再按照通用的发电技术发电。它具有以下优点：（1）能源廉价。（2）减少环境公害。

（六）地热发电技术

地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术， 是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能， 然后带动发电机发电。

（七）海洋能发电技术

海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、潮流能、海水温差能和海水盐差能等不同的能源形态。比较成熟的是潮汐能发电技术。它是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机， 再由水轮机带动发电机来发电。

（八）小水力发电技术

小水电是指小的水电站及与其相配套的小电网。从形式上分小水电有引水式、堤坝式、混合式和抽水蓄能式四种基本形式。

（九）混合分布式发电技术

混合分布式发电技术是指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来， 形成复合式发电系统。目前热电冷三联产的多目标分布式供能系统， 简称为分布式供能系统在生产电力的同时，也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求，能够大幅度提高能源利用率、降低环境污染、改善系统的热经济性。

三、分布式发电的并网技术

DG与电力系统之间存在以下4 种关系： ①DG独立运行向附近用户供电的方式 ②DG 独立运行但DG与当地电网之间有自动转换装置 ③DG与系统并联运行但DG 对当地电网无输出④DG与系统并联运行且向当地电网输出电能。DG的实际用途不同要求有不同复杂程度的并网系统。DG的并网系统包括两方面含义： ①在DG和电网之间建立起物理联系的设备， 即硬件。②DG与外界形成电气联系的手段。同时， 依托于硬件的这些电气联系方式还可以实现DG单元的监视、控制、测量、保护以及调度等功能 。实际应用中每个DG的并网系统并不一定包含所有的组件， 其具体选择受市场需求、技术特性以及相关规范和标准的驱动。并网系统的性能、兼容性和规范将在一定程度上最终决定DG对电力市场的长期渗透能力。可以根据DG的特性和所要实现的功能把并网系统分为如下几种 ：①逆变器型并网系统， 如用于燃料电池、光伏系统和微透平机组等发出直流或高频交流电的DG。②具有同步功能的并网系统、用于与地区电网并联运行的DG。当DG担任削峰、基本电源、联合发电或作为紧急和备用电源时采用此种并网系统。③包含远方调度模块的并网系统， 电力系统可以根据需要实现对DG的启停进行实时远方调度，这时并网系统还需附加测量、监视和控制设备。短期内并网系统将会存在两个不同的市场： 一个是定型的、即插即用的适用于居民和小型商业的机组， 另一个是面向大型的特定场所的分布式电源。尽管存在着市场上的分类， 并网技术不同体系以及不同制造商生产的组件应具有良好的兼容性。为了规范这些要求和影响， 就必须制定得到各方认可的关于并网系统的统一规范和标准。这些规范和标准将对DG并网设备的制造、安装和运行都有相应的要求。目前， 世界上有许多国家的组织都在制定关于DG的并网标准， 如IEEE 的P1547 等。