分布式电源接入电网的利弊

随着我国常规能源供应的日益紧张和环境保护的呼声越来越高涨，可再生能源的开发和利用受到了前所未有的重视。英国政府在其2003年的能源白皮书率先提出了“低碳经济”的概念，我国政府为发展“低碳经济”提出了“节能减排”的约束性指标，与之相适应的分布式发电(distributedgeneration，DG)技术得到了国家的高度重视和快速发展。分布式发电(DG)是指：为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行，以分散式布置在用户附近，发电功率为数千瓦到数十兆瓦不等的小型模块式且与环境兼容的独立电源。它是与传统集中式供电模式完全不同的新型供电模式。分布式发电按照所使用的技术类型，可以分为燃气轮机发电、水力发电、风力发电、光伏发电、太阳热发电、生物质能发电、燃料电池发电和储能装置等。能源是人类赖以生存和发展的基础，电力作为最清洁、便利的能源形式，已经成为我国国民经济的命脉，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，是解决中国经济和社会快速发展过程中日益紧张的能源需求增长与能源短缺、能源利用与环境保护之间的尖锐矛盾的必然选择。采用分布式发电技术，有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供清洁的“绿色电力”，也是实现“节能减排”目标的切实举措。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”，开展分布式发电的研究与建设工作符合国家的重大能源需求。全球范围内，已安装的兆瓦级分布式发电装置已超过300万台，并且以每年超过80000兆瓦的速度递增。从可持续发展和降低环境污染的观点，分布式发电技术是我国的必然选择。由于自身资源有限，按照当前的能源利用方式，依靠自己的能源不可能支撑13亿人的“全面小康”，使用国际能源存在能源安全的严重制约。我国CO2排放量在全球排名第二，因此我国必须立足于现有能源，全力提高资源利用率，扩大资源综合利用范围，大力开发可再生能源发电，而分布式发电无疑是解决问题的关键技术之一。“十二五”期间，我国电源投资仍将稳步增长，预计从2009年的3711亿元增长到2015年的4973亿元。出于国家能源安全和可持续发展的考虑，火电设备的发展将受到很大限制，而新能源产业，如核电、风电和光伏等将快速增长，预计到2015年将达到新增装机容量的25%。未来，低碳发展是电力建设的主题，而电力投资的主旋律则是注重结构调整：控制新增火电项目建设，鼓励新能源及可再生能源产业发展。分布式发电相对集中式发电的显著优势分布式发电技术是能源发电系统技术进步的客观要求。第一，发展分布式能源发电是提高能源利用效率的必然选择。第二，推广分布式能源发电是改善能源结构的必然选择，增加天然气发电、煤层气发电都需要分布式发电技术，提高可再生能源比例也需要分布式发电技术。第三，发展分布式能源发电是能源安全的必要保障。2008年的冰雪灾害造成的停电事件，就是由于没有分布式能源系统的支持，造成了电力供应持续15天的中断。与传统的集中式电站相比，分布式发电装置输出功率要小的多，一般为2kW至500MW。对于kW级较小容量的分布式发电装置而言，也许它就是只为一户住宅提供能源的热电联供装置；对于2MW-500MW的发电装置而言，它可以满足几百甚至上千个家庭的电能和热能需求。同时，分布式发电装置还是为学校、工厂、医院等企事业单位以及住宅小区提供独立供电的理想装置。分布式发电的主要优点有：（1） 投资少，灵活性高。由于DG装置容量及体积较小，因此易于找到合适的安装地点。对于一些边远贫困地区，安装小型DG装置，充分利用当地资源，采用就地发电的方法为该地区的居民提供电能。该方案投资小、建设周期短，切实可行。分布式发电有灵活的负荷调节能力，启动过程只需几秒钟的时间，而且其出力可以按小时调节。因此，分布式发电的运营也具有良好的灵活性。（2） 有助于提高配电网可靠性。DG装置可以作为备用电源为要求不间断供电的用户提供电能，在峰谷电价的情况下，该措施可保障电力的可靠性，并减少电费支出。同时，由于DG装置与大电网的接入和断开具有相对自主性，当大电网发生故障时，通过启动断开装置，是DG装置与电网断开，并独立为用户供电。2008年，我国南方地区发生罕见冰灾天气，大量的输电线路杆塔倒塌，导致局部区域完全停电，以至于随后发生的更大规模的停电事故，是由于我国很多地区过于依赖集中式发电来供应电能和缺乏DG装置，导致停电事故加剧，造成了巨大的财产损失。相比之下，某些拥有分布式能源的地区，依靠分布式电源脱离大电网形成了“电力孤岛”得到了基本的电力供应，保证了正常的运行和生活需要。（3） 对环境污染小，能量利用率高。煤炭仍是我国主要的一次能源，燃煤发电是造成空气污染的元凶之一，相关治理费用逐年增高。而分布式发电技术是一种先进的能源转换技术，尽量减少污染物的排放，实现能源的可再生利用，是解决当前环境污染的重要手段。能源生产设备靠近用户，无疑又可减少输配电设备的投资和电网输送的损失，因此，分布式发电也使得能源利用率大大提高。（4）最大限度惠及用户。随着分布式发电在公共电网的渗透，公共电网作为唯一能源供应者的垄断模式将被打破，供电者将呈现出多元化的局面。这一局面的出现必将在供电方引入竞争机制，由此带来的电价进一步合理化，电能质量、供电可靠性的提高和供电服务质量的改善将是可以期待的，其直接受益者将是消费者。分布式发电的接入对配电网的影响DG的接入使配电网中各支路的潮流不再是单方向地流动，因此DG的引入会给整个电网带来深刻的影响。除了各种形式的DG技术本身仍有待进一步研究和完善外，从DG与传统电网连接的角度，针对含有DG的潮流分布、电压稳定、谐波、短路电流、继电保护、调度等影响等一系列的课题需要进行深入的研究。（1） 对配电网潮流的影响。传统配电网为辐射形网络，线路潮流一般由电源侧指向用户端。当配电网中含有DG时，线路潮流方向和大小将受到DG容量、接入位置等因素的影响。例如风力发电机所用的发电机多是异步发电机，它的运行需要无功的支撑，这样更加重了电网的无功负担，需要就近安装动态无功补偿装置，这样就将对配电网的潮流分布产生重要影响，不能忽视。（2） 对配电网电压和电能质量的影响。传统配电网在稳态运行状况下，其电压沿馈线潮流方向逐渐降低；一方面，DG接入配电网后，由于用户端出现了电源，将会改变稳态电压的这种分布规律。例如当以异步发电机为主的风电场并网运行时将会引起系统无功的变化，进而影响整个系统电压。另一方面，DG装置包含电力电子元件并以逆变的方式接入配电网，还会造成电压的波动、闪变等电能质量问题。为了解决这一问题，可以考虑在DG附近增设滤波器等滤波装置降低系统谐波含量，提高系统电能质量。（3） 对配电网继电保护的影响。在传统配电网中，线路故障时短路电流为从电源端指向故障点的单一流向电流，因此主馈线上所配置的保护为无方向三段式过流保护或者反时限保护或者距离保护，另有重合闸装置°DG接入后，短路电流的方向及水平将因受到DG的类型、接入位置及容量的影响而发生变化，可能导致原保护系统发生不正确动作。目前还没有能够很好的解决这一问题，这就需要在DG接入配电网后，重新考虑各方面的因素，进行继电保护的整定计算，尽力使系统不会因为原保护系统的不正确动作而陷入频繁的故障。（4） 对配电网调度和运行控制的影响。我国大力发展分布式发电首先就是要面临新能源特别是风电大量接入配电网后给电网带来的系统调峰调频、电网适应性、电压控制、安全稳定性等问题。另外风力发电、光伏发电具有间歇性、波动性的特点，需要对配电网进行良好的统一调度和管理才能应对大量分布式电源和传统电源并存的现状，保障整个系统的稳定可靠运行。在DG并网之前，须有针对性地对以上问题进行科学的分析并提出积极应对措施，才能够在有效提高能源利用率和灵活性的同时，保证配电网系统的安全可靠运行，这也是目前DG应用的关键问题所在，虽然已经取得了一些初步成果，但这些成果仍然难以满足我国各地DG并网的技术要求，还需要科研工作者就DG接入配电网系统这一重大课题进行深入的研究。分布式发电的发展前景为了积极应对全球气候变暖、常规能源紧张、环保问题突出等新变化，我国政府在颁布了《中华人民共和国可再生能源法》之后，新近出台了可再生能源发展战略，具体定位是：2010年前后，可再生能源争取占到能源消费的10%左右，战略定位是补充能源；2020年前后，可再生能源占到能源消费的15%左右，战略定位是替代能源；2030年前后，可再生能源占到能源消费的25%左右，战略定位是主流能源；2050年前后，可再生能源占到能源消费的40%左右，战略定位是主导能源。我国正不断地调整可再生能源的规划容量，已规划七个千万千万级的超大型风电基地和若干个百万千瓦级的风电基地，风电规划容量最高可能提高到1.5亿千瓦；太阳能发电、燃料电池、生物质发电等分布式发电也得到了国家的大力支持，从积极发展到大力发展，简单的词语的变换内涵着国家对可再生能源的认识的转变，也意味这可再生能源将在未来的几十年间面临巨大的发展机遇。在今后几十年甚至更长的时间内，我国政府将从财力、人力、物力以及政策法规等方面强力支持可再生能源的开发和利用。由于分布式发电是利用可再生能源发电的最佳形式，可以预见，不同种类的分布式发电技术如风力发电、光伏发电、燃料电池发电、生物质能发电等将在全国范围内获得巨大的发展“动能”，电力系统中将会面临数量庞大的分布式发电装置并入电网运行。分布式发电技术是能源系统技术进步的客观要求，而发展分布式能源则需要强大的电网支撑。国家电网公司加快建设“坚强智能电网”，以为大规模开发、远距离输送和大范围消纳可再生能源提供强大的能源配置平台。与