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分布式電源與微電網(wǎng)關(guān)注的問(wèn)題
什么是分布式發(fā)電?分布式發(fā)電系統(tǒng)中的常用電源有哪些?微電網(wǎng)和分布式發(fā)電有什么關(guān)系?常用的儲(chǔ)能方式有哪些?發(fā)展分布式發(fā)電有什么特殊意義?
分布式發(fā)電的特點(diǎn)(1)建設(shè)容易,投資少單機(jī)容量和發(fā)電規(guī)模都不大,不需要建設(shè)大電廠和變電站、配電站,土建和安裝成本低,工期短,投資少。(2)靠近用戶,輸配電簡(jiǎn)單,損耗小靠近電力用戶,一般可直接就近向負(fù)荷供電,而不需要長(zhǎng)距離的高壓輸電線,輸配電損耗小,建設(shè)簡(jiǎn)單廉價(jià)。(3)污染少,環(huán)境相容性好可充分利用可再生清潔能源。分布式發(fā)電的特點(diǎn)(4)能源利用效率高。可結(jié)合冷熱電聯(lián)產(chǎn),將發(fā)電的廢熱回收用于供熱和制冷,科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。(5)運(yùn)行靈活,安全可靠性有保障。小機(jī)組的啟動(dòng)和停運(yùn)快速,靈活。可作為備用電源。(6)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行,有提供輔助性服務(wù)的能力可與電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行,互為補(bǔ)充,既能提高本身的供電可靠性,還能為大電網(wǎng)提供輔助性的服務(wù)。分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的輔助性服務(wù)
夏季和冬季用電高峰期,冷熱電聯(lián)供可滿足季節(jié)供熱或制冷需要,并節(jié)省電力,從而減輕供電壓力。南方雪災(zāi)時(shí)小機(jī)組的作用美加大停電后,投資改造的抉擇分布式發(fā)電的適用場(chǎng)合分布式發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行模式:-獨(dú)立運(yùn)行多用于大電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)、農(nóng)牧區(qū)。-聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行多用于電網(wǎng)中負(fù)荷快速增長(zhǎng)的區(qū)域和某些重要的負(fù)荷區(qū)域,共同向負(fù)荷供電。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行將是分布式發(fā)電系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主要方向。漂浮在海面上的“能源島”
美國(guó)發(fā)明家多米尼克·米凱利斯父子共同設(shè)計(jì),綜合利用海洋溫差能、波浪能和海上風(fēng)能、太陽(yáng)能等多種形式的可再生能源,能全年每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。這樣的一個(gè)能源島,建造成本超過(guò)6億美元,具有250兆瓦的發(fā)電能力,足夠向一個(gè)小型城市供電。智能微電網(wǎng)分布式供電系統(tǒng)分布式供電系統(tǒng)包含很多分散在各處的分布式電源,種類也往往不只一種,再加上儲(chǔ)能裝置和附近用電的負(fù)荷,其結(jié)構(gòu)可能也相當(dāng)復(fù)雜。分布式供電系統(tǒng)
分布式供電系統(tǒng)一般由分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、分布式供電網(wǎng)絡(luò)及控制中心和附近的用電負(fù)荷構(gòu)成,如果與公共電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行就還包括并網(wǎng)接口?;诜植际降男履茉次⒕W(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)柴油機(jī)微網(wǎng)雙向變流器用戶用戶風(fēng)電變流器光伏組件光伏逆變器風(fēng)機(jī)機(jī)組電池儲(chǔ)能用戶雙向變流器電池儲(chǔ)能用戶微電網(wǎng)
微電網(wǎng)可看作大電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元,而不再是多個(gè)分散的電源和負(fù)荷。微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的連接處,稱為公共連接點(diǎn)。微電網(wǎng)模式控制器,可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。point
of
common
coupling
PCC公共連接點(diǎn)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
智能微電網(wǎng)模擬系統(tǒng)圖
微網(wǎng)的控制結(jié)構(gòu):(分為三層)
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)各模塊間關(guān)系單機(jī)組綜合信息采集配網(wǎng)設(shè)備、線路、變電站局放、溫度、外觀等風(fēng)信號(hào)振動(dòng)信號(hào)定子、轉(zhuǎn)子電壓、電流動(dòng)態(tài)同步信號(hào)振動(dòng)信號(hào)發(fā)電機(jī)溫度機(jī)艙溫度、振動(dòng)覆冰、腐蝕、外觀、場(chǎng)景圖像葉片覆冰、變形、各類機(jī)械件裂、損聲發(fā)射箱變狀態(tài)信號(hào):開(kāi)關(guān)量、溫度、局放等綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)線或光纖區(qū)域數(shù)據(jù)中心某風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)測(cè)微網(wǎng)強(qiáng)弱電系統(tǒng)間的關(guān)系
發(fā)展及應(yīng)用情況1970s就有了分布式電源的概念,美國(guó)公共事業(yè)管理政策法公布后,正式得以推廣,并很快被其它國(guó)家接受?!?·11”后,出于對(duì)供電安全的考慮,美國(guó)等加快分布式供電系統(tǒng)研究和建設(shè)的步伐,在很多國(guó)家已頗具規(guī)模。目前分布式電源站美國(guó)有6000多座;英國(guó)有1000多座;日本有近5000家,總?cè)萘砍^(guò)600萬(wàn)千瓦。2006年歐盟國(guó)家的分布式供電系統(tǒng)達(dá)到1.5萬(wàn)個(gè)左右。美國(guó)計(jì)劃到2010年和2020年分別有20%和50%以上的新建商用或辦公建筑使用分布式供電系統(tǒng),并且在2020年將15%的現(xiàn)有建筑改由分布式電源供電。發(fā)展及應(yīng)用情況國(guó)外發(fā)展情況:美國(guó):
美國(guó)是最早提出了微電網(wǎng)概念的國(guó)家,在世界微電網(wǎng)的研究和實(shí)踐中居于領(lǐng)先地位,擁有全球最多的微電網(wǎng)示范工程。美國(guó)微電網(wǎng)示范工程地域分布廣泛、投資主體多元、結(jié)構(gòu)組成多樣、應(yīng)用場(chǎng)景豐富,主要用于集成可再生分布式能源、提高供電可靠性及作為一個(gè)可控單元為電網(wǎng)提供支持服務(wù)。
美國(guó)研究的側(cè)重點(diǎn)是如何利用微電網(wǎng)提高電能質(zhì)量和供電可靠性量。發(fā)展及應(yīng)用情況歐洲:
歐洲重視可再生清潔能源的發(fā)展,是開(kāi)展微電網(wǎng)研究和示范工程較早的地區(qū),1998年就開(kāi)始對(duì)微電網(wǎng)開(kāi)展系統(tǒng)的研發(fā)活動(dòng)。歐盟的眾多高校和企業(yè),針對(duì)分布式能源集成、微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略、經(jīng)濟(jì)調(diào)度措施、能量管理方案、繼電保護(hù)技術(shù),以及微電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響等內(nèi)容開(kāi)展重點(diǎn)研究,目前已形成包含分布式發(fā)電和微電網(wǎng)控制、運(yùn)行、保護(hù)、安全及通信等基本理論體系,相繼建設(shè)了一批微電網(wǎng)示范工程。
歐洲重點(diǎn)研究多個(gè)微電網(wǎng)的互連和市場(chǎng)交易問(wèn)題。發(fā)展及應(yīng)用情況日本:
擁有全球最多的海島獨(dú)立電網(wǎng),發(fā)展集成可再生能源的海島微電網(wǎng),替代成本高昂、污染嚴(yán)重的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電是日本微電網(wǎng)發(fā)展的重要方向和特點(diǎn)。另外,日本地震、臺(tái)風(fēng)、海嘯等自然災(zāi)害頻發(fā),提升電力供應(yīng)在自然災(zāi)害下的可靠性是日本微電網(wǎng)發(fā)展的另一個(gè)重要方向和特點(diǎn)。特別是在經(jīng)歷大地震造成的核電站事故之后,日本更加重視微電網(wǎng)的研究和建設(shè),以提高其電力供應(yīng)的抗災(zāi)害能力及彌補(bǔ)核電關(guān)停造成的電力缺口。
日本則側(cè)重于研究微電網(wǎng)的控制與儲(chǔ)能技術(shù)。發(fā)展及應(yīng)用情況國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)發(fā)展情況:
我國(guó)微電發(fā)展尚處于起始階段,重在解決分布式發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題。我國(guó)已建設(shè)一批微電網(wǎng)示范工程,主要分為三類:邊遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng);海島微電網(wǎng);城市微電網(wǎng)。邊遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng):
利用可再生資源,解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電困難的問(wèn)題、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、降低供電成本。
范例:西藏日喀則吉角村微電網(wǎng);青海玉樹雜多光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)
發(fā)展及應(yīng)用情況海島微電網(wǎng):
解決海島限時(shí)供電的窘境,降低供電成本。
范例:廣東珠海東澳島智能微網(wǎng);三沙市永興島微電網(wǎng)發(fā)展及應(yīng)用情況城市微電網(wǎng):
包括集成可再生分布式能源、提供高質(zhì)量及多樣性的供電可靠性服務(wù)、冷熱電綜合利用等。另外還有一些發(fā)揮特殊作用的微電網(wǎng)示范工程。范例:天津生態(tài)城二號(hào)能源站綜合微電網(wǎng);
北京延慶智能微電網(wǎng);
西安世園會(huì)智能電網(wǎng)展示項(xiàng)目發(fā)展及應(yīng)用情況上海、北京、廣州等大城市,10多年前就嘗試分布式供電,已有成功范例。2005年,我國(guó)首個(gè)分布式電力技術(shù)集成工程中心落戶廣州,標(biāo)志著我國(guó)分布式供電技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段。冷熱電三聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用最廣泛,發(fā)展前景較好,我國(guó)大部分地區(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、工廠等,都有供電、供暖及制冷需求,而且很多地方配有自備發(fā)電設(shè)備,這些都為冷熱電三聯(lián)供提供了市場(chǎng)。冷熱電三聯(lián)供CCHP(CombinedCooling,HeatingandPower)分布式系統(tǒng)的儲(chǔ)能由于自然資源的特性,可再生能源用于發(fā)電時(shí)其功率輸出具有明顯的間歇性和波動(dòng)性,其變化甚是可能是隨機(jī)的,容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性,就要對(duì)這種難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的能量變化進(jìn)行及時(shí)的控制和抑制。儲(chǔ)能裝置,就是用來(lái)解決這一問(wèn)題。常用的儲(chǔ)能技術(shù)(1)蓄電池儲(chǔ)能
蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設(shè)備(安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備)等部分組成。以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。性價(jià)比很高的鉛酸蓄電池最適合應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。傳統(tǒng)的蓄電池存在初次投資高、壽命短、環(huán)境污染等問(wèn)題。常用的儲(chǔ)能技術(shù)(2)超導(dǎo)儲(chǔ)能核心部件是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈。通入直流電,線圈中就會(huì)形成強(qiáng)磁場(chǎng),
把電能以磁場(chǎng)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)。由于超導(dǎo)體的電阻幾乎為零,電流在超導(dǎo)線圈中循環(huán)時(shí)產(chǎn)生的功率損耗很小,因而儲(chǔ)存的能量不易流失。在外部需要能量時(shí),可以把儲(chǔ)存的能量送回電網(wǎng)或?qū)崿F(xiàn)其它用途。常用的儲(chǔ)能技術(shù)(2)超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)特性一般需要在很低的溫度下才能維持。一旦溫度升高,超導(dǎo)體就變?yōu)橐话愕膶?dǎo)體,電流流過(guò)時(shí)將產(chǎn)生很大的功率損耗,儲(chǔ)能的效果也就不復(fù)存在了。一般將超導(dǎo)線圈浸泡在溫度極低的液體(液氫等),然后封閉在容器中。因此,超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)除了核心部件超導(dǎo)線圈以外,還包括冷卻系統(tǒng)、密封容器以及用于控制的電子裝置。常用的儲(chǔ)能技術(shù)(3)飛輪儲(chǔ)能是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式。1970s就有了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存能量,并應(yīng)用于電動(dòng)汽車的構(gòu)想。由于飛輪材料和軸承等關(guān)鍵技術(shù)一直沒(méi)有解決而停滯,1990s以來(lái),高強(qiáng)度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子學(xué)三方面的技術(shù)發(fā)展,飛輪儲(chǔ)能得到快速發(fā)展。常用的儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能裝置在分布式系統(tǒng)中的作用(1)平衡發(fā)電量和用電量(2)充當(dāng)備用或應(yīng)急電源某些分布式電源受自然條件影響而減少甚至不能供電時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)就像備用電源,可臨時(shí)維持供電。此外,基于系統(tǒng)安全性的考慮,分布式發(fā)電系統(tǒng)也可以保存一定數(shù)量的電能,用以應(yīng)付突發(fā)事件。儲(chǔ)能裝置在分布式系統(tǒng)中的作用
(3)改善分布式系統(tǒng)的可控性 儲(chǔ)能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)分布式系統(tǒng)與大電網(wǎng)的能量交換,將難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和控制的分布式電源,整合為能夠按計(jì)劃輸出電能的系統(tǒng),使其成為可以調(diào)度的發(fā)電單元,從而減輕對(duì)大電網(wǎng)的影響,提高大電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接受程度。(4)提供輔助服務(wù)通過(guò)功率波動(dòng)的抑制和快速的能量吞吐,可明顯改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。增強(qiáng)了分布式發(fā)電系統(tǒng)可控性,在用電高峰時(shí)分擔(dān)負(fù)荷,在發(fā)生局部故障時(shí)提供緊急功
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