分布式发电技术及其在国外的发展状况 - 图文-

1、0引言目前,世界范围内大多数的用电是由集中式发电厂发出的,但小型分布式发电厂仍有其优势。用户采用分布式发电技术来确保高供电可靠性,作为应急用电甚至在某些情况下取代昂贵的高压输电网供电。电网所有者也会使用分布式发电系统来延缓对电网扩容的投资。1分布式发电及其经济性柴油发动机、燃气往复式发动机、燃气轮机都是发展很好的分布式发电设备。工业用发动机和汽轮机可以使燃料使用效率增加40%,而且其每千瓦时发电成本也很低。微型燃气轮机是一种新兴的设备,它的污染排放量比发动机低得多,但设备投资较高。燃料电池也有了初步的进展,但若要取得足够的竞争力必须大幅度降低成本。目前,光伏电池系统成本依然较高,但有望在未来几

2、年中逐步降低。1.1气体往复式内燃机气体往复式内燃机是分布式发电中应用最多的设备。实践证明,这种设备成本低,启动快,相对发电效率高(大型柴油机系统达到了43%,运行可靠性良好。这些特点以及内燃机在电力断供时能快速启动的能力使其成为提供应急用电和备用电的首选设备,是迄今为止1MW 以下发电设备中应用最广泛的设备。往复式内燃机的主要缺点是噪音大,维护成本高,污染物特别是氮氧化物排放量高。污染物排放量可以通过改变燃烧特性被减少,但同时发电效率也会有所降低。催化裂化装置已经被证明可以有效控制污染物排放量。除此以外,对柴油发动机来说,控制微粒排放也是很有必要的。1.2燃气轮机燃气轮机最初是为喷气式飞机设

3、计的,但现在各种规模的燃气轮机已经被广泛应用于发电工业。120MW 的小型工业燃气轮机现在多用于热电联产装置中。燃气轮机可以提供比往复式内燃机更高的蒸汽温度,因此可以应用在对蒸汽温度要求较高的地方。燃气轮机维护成本比往复式内燃机要低一些,但相应的电力转化效率也比较低。燃气轮机噪音很大,污染物排放量比内燃机稍低。1.3微汽轮机微汽轮机是小规模的燃气轮机。这种设备最初是为运输上的应用而发展的,但现在也应用于发电工业。微汽轮机最重要的技术特点之一是其极高的运转速度,低燃烧温度使得其氮氧化物排放量也很低,而且与规模相当的内燃机相比,噪声也低得多。天然气通常是微汽轮机最广泛采用的燃料,但也可用废气和沼气

4、等作为燃料。与内燃机相比,微汽轮机目前最主要的劣势是成本很高。1.4燃料电池燃料电池系统是一种利用氢氧发电、不占空间(华北电力大学工商管理学院,北京102206杨素萍,赵永亮,栾凤奎,于静冉分布式发电技术及其在国外的发展状况收稿日期:2005-12-19作者简介:杨素萍(1960,女,博士,从事电力市场方面的研究。Distributed generation and its development in foreign countriesYANG SU !ping ,ZHAO Yong !liang ,LUAN Feng !kui ,YU Jing !ran(North China Elect

5、ric Power University ,Beijing 102206,China 文章编号:1009-1831(200602-0057-04Abstract :In this paper ,several common distributedgeneration technologies are introduced ,disadvantages and advantages of them are analyzed ,and cost of them are roughlycalculated.Meanwhile ,the status of distributed generation

6、 inJapan ,the US ,the Netherlands ,and the UK are introduced.How the policies in different countries influence the developmentof distributed generation is analyzed.In the end of the paper ,the directions of distributed generation are proposed.Key words :distributed generation;policies in different c

7、ountries ;economy中图分类号:F416.61文献标识码:C摘要:对几种常见的分布式发电技术及其各自的成本优缺点进行了分析。介绍了分布式发电在日本、美国、荷兰及英国的地位、发展状况以及各国的政策对分布式发电的影响,在此基础上指出了今后电力市场中分布式发电的发展方向。关键词:分布式发电;各国政策;经济性类型每年运行小时数/h 机组规模/kW资金成本/(美元kW -1燃料成本/(美元kWh -1供热价值/(美元kWh -1净发电成本/(美元kWh -1零售电价/(美元kWh -1住宅300050025000.120.060.1600.17工厂600050020000.100.050.

8、1100.10工厂600050007500.100.030.9600.10且无噪声的发电装置。与传统发电设备相比,燃料电池的发电效率很高(一般在35%60%,因而温室效应气体的排放率明显降低。由于没有燃烧过程,其他有害物质的排放也很少。它还可以很高的可靠性运行,作为电网供电的补充甚至取代电网供电。1.5光伏电池发电系统不同于上面讨论的分布式发电设备,光伏电池发电系统是一种资本集中、可再生的设备,运行成本低,不产生热量且规模小。这些特点使得光伏电池发电系统适合家用及电网电价最高的小规模商用。据国际能源署的一项光伏电池发电系统计划得知,一套光伏电池发电系统的安装费为50007000美元/kW 。由

9、于没有燃料费用,其运行成本很低,但发电系数也很低,例如德国为10%,美国加州为2%。光伏电池发电系统只能在电价较高的白天运行,天气的变化也会影响其发电量。光伏电池系统有很广泛的应用。许多国家的光伏电池发电系统都是脱离高压输电网的。安装独立的光伏电池系统比扩展电力线路所需费用更低。光伏电池发电系统在发展中国家也有广泛的应用,可为那些没有其他基本能源服务设施的农村地区服务,或作为家用、社区照明用和小型商业、农业、卫生保健部门及供水系统供电用。2国外分布式发电的发展状况分布式发电的地位在每个国家都不同。经济性是一个重要的影响因素,还有一些其他因素。2.1日本日本电力工业由10个垂直一体化的私有电力公

10、司支撑,这些电力公司服务于所有电力用户,其总发电容量约为253GW ,年实际发电量约为1062TWh 。日本的电价很高,这反映出该国的发电、输电、配电设备成本及土地成本都很高。高电价使得日本的很大一部分工业企业自己发电。制造业30%以上的用电都是由当地发电机供给,发电容量约为28GW ,年实际发电量约为116TWh ,构成了日本总电力消耗的12%。这些大型工业用发电厂都以煤作燃料,其中约有六分之一的电力都以热电联产的形式供应。日本的电力市场已经逐渐自由化,自2000年起,构成总电力消耗30%的超高压用户已经可以自由地选择供电商。通常存在以下3种分布式发电形式:单一的燃油发电形式,用作削峰;使用

11、内燃机和燃气轮机的燃油热电联产形式;使用发动机、燃气轮机或蒸汽轮机的热电联产。由于日本的天然气价格很高,所以燃气发电很不经济(日本天然气热电联产的相关经济性数据见表1。据日本联合发电中心数据显示,日本现在约有5486MW 的联合发电,其中4371MW 用作工业用电,1115MW 用作商业用电。从20世纪80年代开始,热电联产系统以平均每年360MW 以上的速度在增长。日本热电联产发电的发展得益于以下2方面:高折旧或初始低税贷款刺激了投资动机,日本发展银行还为其提供低息贷款;给地方主要供热和制冷项目以投资成本15%的补助,而单一发电形式没有。尽管分布式发电系统用户需要支付大量的备用容量费,但其仍

12、然比采用常规发电系统费用低。总之,在日本,分布式发电在促进用电市场竞争方面已经起到很大的作用,主要表现在:增强市场自由化,允许更多的用户参与选择、产出及输出能源;促进备用容量、输配电及辅助服务合理定价的形成。2.2美国美国的电力系统结构非常复杂,这也反映了该国多联邦的特点。能源的低成本限制了分布式发电特别是热电联产的普及,其中热电联产发电容量仅为50.4GW ,约占总发电容量的6%。工业用热电联产占总热电联产的90%,而80%的工业用电分布在造纸、化学、炼油和食品加工4大工业中。在美国,应急用电是分布式发电的一个主要应用方面。建在工业及商业点的柴油应急发电机组的发电容量超过100GW 。据加州

13、能源委员会的一份详细的调查显示,仅加州的备用机组就提供了3.2GW 的电力,占该州高峰用电需求的6%以上。在美国,分布式发电存在的主要问题如下:2.2.1有必要提高成本效力相对低的电价和较高的天然气价格限制了分布式发电的发展。据美国能源部估计,到2020年,需要增加的分布式发电容量为热电联产20GW 、“分布式发电”(主要为公共事业单位调峰用的燃气发电12.7GW 以及太阳能光伏发电0.54GW 。燃料电池和微汽轮机发电成本的逐步降低有望使得它们更有竞争力,所以在2015年以后,可以在商业部门计划表1日本天然气热电联产的相关经济性数据这方面的新增容量。2.2.2准入程序美国对分布式发电系统的许

14、可程序阻碍了对其建设的积极性。2.2.3不确定的联网标准目前尚没有关于分布式发电上网的国家标准。对分布式发电上网缺乏经验的公共事业单位会对小机组采用与大机组一样的上网规定,给小机组上网造成障碍。据一项关于化石燃料和可再生能源的研究显示,分布式发电项目的联网成本是变化的,上网对高技术的要求会直接导致成本增加,例如一个500kW热电联产系统项目的上网成本达到了1000美元/kW。2.2.4不完善的管制改革许多州还没有实行电力市场自由化。政府通常会给公共事业单位规定一些公共服务责任,如指定电源选择等。分布式发电机通常很难得到配电单位的配合。另一方面,公有和私有的配电单位都担心用户自己发电将导致电价升

15、高。2.2.5环境标准首先,环境规范都是在各州内部根据当地情况制定的,发电公司不能简单地规定管制人员采用统一的标准。其次,一些管制公司已经根据污染排放量制订了标准,如以每千瓦时多少磅来计算,而非使用规模标准。2.2.6技术局限与欧洲相比,在美国,放射状电网的应用很广泛,这给技术上提出了挑战。这种放射状电网并不适合潮流的反向流动,特别是对于小型输配电单位,很难处理分布式发电的入网问题。当有大量分布式发电上网时,需要有高额投资来升级配电网。2.3荷兰荷兰的电力系统主要由4家发电公司构成,这4家公司提供了总发电量中近一半的发电量。荷兰政府规定要减少二氧化碳的排放量并加强能源的可持续性利用,这一政策对

16、电力部门的影响很大。自1990年以来,热电联产的发电量翻了一番,造成这一结果的各种激励政策包括:达17.5%的政府投资津贴(截止到1995年;规定发电公司有义务以新型集中式发电设备的发电量估算总成本来购买这些设备的过剩电力(截止到1995年;50%的国家燃气厂商以优惠价格提供天然气(截止到2000年;免收备用容量和辅助服务费用(截止到1997年。荷兰的大多数分布式发电厂都是配电方与工业联合投资的。电力市场自由化的分离要求使得热电联产的所有权和运行权与电网的所有权是分开的。这种分离加强了竞争但却使配电方减少了为支持地方电网所做的投资。市场规则给分布式发电带来以下好处:小型分布式发电并不需支付入网

17、和系统使用费用,而集中式发电需要为使用输电系统支付费用;一些小型电厂按规定将电力直接卖给有购电义务的地方配电公司;不平衡电力的收费规则已经被调整以促进分布式发电的发展,例如荷兰在2001年颁布了新电力交易协议,规定会给在输出电力2h以前不能准确预测其发电量的发电厂一定的处罚,而这一点对分布式发电很不利,因而系统运行部门重新调整了规则,允许发电商在输出电力之前1h对其预测作最后的调整。鉴于热电联产机组所面临的财政困难,政府在2000年底采取了一些措施来支持热电联产,包括:给新建的热电联产电厂增加能源投资补贴;免收热电联产电力消耗的管制能源税;给发电量达到200GWh以上的热电联产电厂以2.28欧

18、元/MWh 的财政支持。这些措施促进了热电联产投资项目的发展,有助于实现政府所提出的提高效率的目标。在2001年,一些新规则相继出台,为热电联产电厂增加了财政支持。如果机组达到了预期的效率目标,给热电联产发电定价为5.7欧元/MWh,限每个电厂最大发电量为1000GWh。2.4英国自1999年起,英国电力市场已经逐渐放开,许多分布式发电政策的制定都主要着眼于环保,特别是对气候变化的影响。除采纳了一些支持可再生能源的政策,政府还提出了以下一些支持热电联产的政策:提出到2010年将热电联产增加至10GW 的目标;对其所用燃料免收气候变化税;免收热电联产厂的商业税;对安装了热电联产装置的工业部门征收

19、80%的气候变化税;对现代化的供热系统提供支持。新电力交易规则规定:所有发电机组至少需要提前3.5h预测其发电输出量;如果实际输出量低于预测量需要交罚金,继续输出的电量也只会得到很小补偿。设计这些规则的初衷是为了调动起各发电厂平衡自身发电量的积极性,但一些热电联产发电厂认为新规则给分布式发电带来了一定负担。在2001年9月,英国的管制部门分析了在分布式发电方面的价格控制问题和配电网运行人员的积极性问题:鼓励配电网运行部门降低入网费用,并允许其通过收取系统使用费回收这些成本;要求配电网运行部门公布对嵌入式发电厂联入电网及使用配电系统收费的依据;要求对微型发电机组实行简约、标准的入网程序和收费制度

20、;要求对从分布式发电处输入和向分布式发电输出的电力实行分开计量;给预计运行的发电机组更多的关于网络发展要求方面的技术信息。3我国发展分布式发电的前景展望3.1发电技术的研究与发展热电联产和可再生能源具有极大的应用潜力,在有利政策的帮助下,分布式发电在未来10年里将会拥有更广阔的市场。据有关人士估计,若以工业热电联产、微型发电、分布式调峰机组等方式不断发展,世界范围内的分布式发电容量增长量将达到总发电容量增长的7%14%。由于氮氧化物的排放标准日趋严格,为提高环境质量,发动机、燃气轮机以及一些更有效的设备有待进一步发展。各种研究和开发也应该着眼于低成本的氮氧化物控制技术。关于未来热电联产的研究与

21、发展,以下2个方向很有前景。3.1.1低廉的、小型的吸收式制冷设备在商业建筑中,冷电联产的潜在市场很大,但其高额资金成本和吸收式制冷设备过大的规模限制了其的进一步发展。3.1.2发电量可调的热电联产系统分布式发电的输出电量可以随系统条件的变化而变化,而市场自由化逐渐使得这一优势得到补偿。此外,对不间断电力供应要求增加使得蓄能技术将成为一种重要的补充技术。3.2对电力市场的潜在要求3.2.1在市场准入方面电力市场应确保分布式发电能够进入配电系统;将配电网运行从有竞争性的电力零售供应行业中分离出来并标准化分布式发电的联网规则。3.2.2在市场机构方面在可行的地方建立允许分布式发电参与能量供应、预定、辅助服务的批发市场交易协议;确保批发市场交易协议具有有效的机制,可以帮助小型发电厂参与到市场中;考虑通过改善配电网的技术性能来适应分布式