利用化石燃料为能源的分布式发电方式, 稳定性好、易于控制; 但以可再生能源发电的分布式发电方式有一些共同的特点, 那就是能量密度低、稳定性差和随机性, 风力发电和光伏发电还受天气的影响。因此, 以可再生能源为能源的分布式电源对边远地区供电, 当容量较小时需配以储能单元才能独立运行, 或者是几种分布式发电方式组成联合发电系统, 如: 风力柴油联合发电系统、风光联合发电系统等。
分布式发电方式并网运行通常都是与配电网并列运行, 主要存在 2 方面的问题。其一, 是并网控制问题。分布式发电方式多种多样, 按并网技术可以分为两大类: 直接与系统相联和通过逆变器与系统相联。如何并网对电力系统冲击最小是研究的热点, 如: 异步风力发电机并网时采用的晶闸管软并网方法。其二, 是功率调节问题。如前所述有许多分布式发电方式存在着随机性, 对系统的输入功率也是随机的, 如何调节需要研究。
分布式发电并网后会对电力系统的规划、设计、运行、控制及保护等各个方面造成影响。目前, 世界上有许多国家的组织都制定了关于分布式发电的并网标准, 如: IEEE的 P1547 等。中国在这方面尚有许多工作要做。
3 中国发展分布式发电技术的必要性及现状
(1) 分布式发电是大电网的有益补充
首先, 中国一次能源地理分布不均, 传统电源建设所需的煤和水力资源主要在西部, 因此中国电力发展的基本原则为“全国联网, 西电东送, 南北互供, 厂网分开”。随着中国联网的实施、交直流混合输电系统的出现及电力市场改革的进行, 电力系统发生大面积停电事故后造成的损失与合理可行的“黑启动”方案有很大关系。而分布式发电中的水轮发电机和燃气轮机具有容易自启动、恢复速度快等特点, 可作为“黑启动”电源。而且可利用本地能够 自启动的分布式发电技术在短时间内逐步恢复地方电网的重要负荷, 可提高对重要用户的供电可靠性 [7 ] 。
其次, 电力安全是国家安全的重要组成部分。大电网极易受到战争或恐怖势力的破坏, 严重时将危害国家的安全。如: 科索沃战争和海湾战争等。“9 11事件”后许多专家提出了战争或恐怖势力对电力安全威胁的问题, 而发展分布式发电是解决这一问题的有效手段。
(2) 分布式发电可促进中国经济的可持续发展
为了支撑中国经济增长的持续发展, 中国需要增加电力装机容量, 扩大电力生产。据专家预测, 2020 年中国的发电装机容量预计为 10 亿 kW , 年发电量 46 000 亿kW · h [ 8 ] 。如果用传统的发电方式, 将对中国的能源供应造成极大威胁。另一不容忽视的制约是大量化石能源消耗造成的严重环境污染和大量温室气体排放。要满足中国经济发展的电力需求, 可以从 2 方面来解决。① 中国应该同世界其他各国一样, 应该积极利用可再生能源。在 2005 年 3月 28 日中国已经颁布了可再生能源法,旨在推动对可再生能源的利用。② 积极进行新的发电方式的研究与推广, 如: 燃气轮机发电、燃料电池发电等。这些发 电方式的特点是效率高( 特别是冷、热、电联产时) 、电站容量小, 对环境影响小。因此, 要使中国的电力能够满足经济的发展, 需要大力发展分布式发电。
(3) 对偏远地区负荷的供电需要发展分布式发电
大电网对于偏远地区的负荷不能进行供电。一种情况是负荷距离现有电力系统太遥远, 输配电系统的投资太大; 另一种情况是由于 自然条件太恶劣, 现有电力系统到用户的输电线路根本无法架设或建成后会经常出现故障。采用小水电、风力发电、太阳能光伏发电和生物质能发电的分布式发电方式是解决偏远地区的用户用电的有效方法。
中国小水电资源极其丰富,可开发量约 1. 3 亿kW , 居世界首位。到 2002 年底, 小水电装机达到3104 万 kW , 向边远地区提供了大量廉价的电力。2003 年启动的“小水电代燃料”工程, 将进一步推动中国小水电的发展。
中国国家计委于 2002 年启动的“送电下乡”工程, 也是利用可再生能源发电来解决西藏、青海、四川、新疆等西部省区 边远地区的生活用电问题。
(4) 电力市场化改革需要发展分布式发电
近年来, 中国在不断地进行着电力市场化改革, 目的是为了引入竞争机制, 降低电力生产和供应成本, 实现资源的优化配置。分布式发电可以促进这些目的的实现。首先, 随着社会的发展, 负荷峰谷差不断增大, 为了短暂的峰荷建造发电厂投资巨大且经济效益低下。其次, 大量就近供电减少了输配电投资, 且线损小。输配电线路的减少可以减少出线走廊, 减少高压输电线的电磁污染。再次, 分布式发电投资小, 安装建设时间短, 有利于独立发电商投资。
中国的分布式发电技术尚处在起步阶段, 但发展很快。在中国小水电和风力发电已经得到了广泛的应用, 但还有很大的潜力。如风力发电。中国风能资源丰富, 可开发的装机容量约2.53 亿 kW 。截止到 2003 年底, 全国风能资源丰富的 14个省自治区已建成风电场40座,累计运行风力发电机组1 042 台, 总容量达 567.02 ( 以完成整机吊装作为统计依据) [9 ] 。其它几种分布式发电方式除往复式发动机技术 中国也在进行着积极的研究或商业示范运行。
根据西方国家的经验: 大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的主要方法。中国也应该借鉴西方国家的经验积极发展分布式发电, 来解决中国电力发展过程中面临的许多问题。