分布式发电系统：现状和关键技术探析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：分布式发电系统在近年来得到了飞速发展。由于分布式电源的高效、可靠，可满足工商业、居住和交通应用的一系列要求。而在分布式发电技术中应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推热电冷联产技术。分布式发电所涉及的关键技术主要有分布式电源、电能和能量的交换与管理控制、分布式发电系统结构，以及与大电网进行联网运行的并网控制技术等。与其他分布式电源之间可通过双向功率变换器进行能量的储存和释放。

分布式发电系统在近年来得到了飞速发展。在美国，容量为1kW～10MW的分布式电源发电和储能单元正在成为未来分布式供能系统的有用单元。由于分布式电源的高效、可靠，可满足工商业、居住和交通应用的一系列要求。预计多年后，新一代的微汽轮机（10～250kW）可以完全商业化，为调峰和小公司的热发电提供机会。到2020年，由于新的能源需求与旧电厂的关闭，估计需要增加的电能将是近20年增量的2倍。为满足市场需求，在未来十年内，美国的分布式发电市场装机容量估计每年将达5×10⁶～6×10⁶ kW。为解决这个巨大的缺口，美国能源部提出了包括燃料电池、分布式发电涡轮技术、燃料电池和涡轮的混合装置等多种分布式发电技术。可以预料，在不久的将来，分布式发电技术将在美国得到相当的发展。

在我国，随着经济建设的飞速发展，集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题正日益突出。由于各地经济发展极不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区特别是农牧和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和较长的建设周期，能源供应严重地制约了这些地区的经济发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广大农村地区风力资源十分丰富，像内蒙古已经形成了年发电量1亿kW·h的电量，除自用外，还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减轻当地的环境污染。在可再生能源分布式发电系统中除风力发电外，还有太阳能光伏发电系统、中小水电等都是解决我国偏远地区缺电的良好办法。同样，在我国城镇，分布式发电技术作为集中供电方式不可缺少的重要补充，正逐步成为未来能源领域的一个重要发展方向。而在分布式发电技术中应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推热电冷联产技术。因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有备用发电设备，这些都是热电冷联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。在我国已建有多个分布式发电系统示范工程，如华电厦门集美分布式能源示范工程、华北电力大学的分布式热电冷联产综合研究示范工程、浙江舟山东福山岛风光互补分布式发电系统示范工程等，为我国分布式发电能源系统的应用提供了研究基础、技术支撑与应用。

分布式发电所涉及的关键技术主要有分布式电源、电能和能量的交换与管理控制、分布式发电系统结构，以及与大电网进行联网运行的并网控制技术等。分布式电源主要有可再生能源、生物能源、微型燃气轮机等。其中，可再生能源主要有风力发电、光伏发电、水力与地热发电等。对于风力发电和光伏发电，需要逆变器或PWM变换器对一次能源进行能量变换以满足当地负载使用的要求和并网条件。而水力与地热发电以及微型燃气轮机可调节机组从而能直接获得所需的交流电压。对于分布式系统，可以根据当地负载的需求来调节或储存一次能源发电量，因而能量的双向交互和储能装置显得尤为重要。应用于DG系统的储能装置一般有蓄电池、燃料电池、飞轮储能等。与其他分布式电源之间可通过双向功率变换器进行能量的储存和释放。分布式发电系统作为大电网的有益补充，与当地电网需实现并网，则必须给出明确的并网条件，即要考虑并网时的电压幅值、相位、频率与电网一致。因而，对DG来说，自动同步是最好的选择。自动检测电压和频率能够实现与当地电网的快速连接。自动同步继电器或并联开关用于验证是否需要将DG机组连接到当地电网。同时，能源领域内的管理机构中的关键技术还涉及电气开关、互连方式、控制器和通信系统等。同时，与电网相连时，还需考虑电网出现故障时，DG系统的反孤岛控制运行。

分布式发电系统：现状和关键技术探析

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