分布式发电与储能技术

DistributedGeneration&EnergyStorageTechnology梅慧兰新能源发电→分布式发电；概念和内容上有发展分布式发电(DistributedGeneration或DispersedGeneration，简称DG)或嵌入式发电（EmbeddedGeneration)其概念有多种说法:√靠近用户侧，而非集中的发电厂，向用户提供电力的任何小规模的发电技术，可与中、低压配电系统互联，也可不互联。√利用小规模的、环保的发电技术，如太阳能光伏发电、燃料电池、微型燃气轮机和小型风力发电等，并把这些装置安装在靠近用户侧，直接向单一的特定的用户供电。√任何建在用户附近的发电装置，不论它的大小或任何和分散设备有关的发电；用来调整电压和电力系统稳定性的小型发电机；任何小于一定容量的发电，这个临界值在10kW到50MW“小型”、模块化、分散式、布置在用户附近、高效、——电源容量小（几kW至几十MW，容量<30-50MW——运行在380V或10kV或“稍高”的配电电压等——模块化、分散化，接近终端用户；——电力生产者和消费者合一，功率双向流动；——运行方式灵活孤岛运行islandingoperation并网运行paralleloperationmode——比集中发电更可靠：含有分布式电源能源危机、南方冰灾、汶川地震等大停电，庞大电——清洁性更好，利于环保。DG装置的类型热电冷联产发电--微型燃气轮机，多称为微燃机(Micro-turbine)CombustionTurbineGenerators)InternalCombustionReciprocatingEnginesandGenerators)燃料电池(Fuelcell—FC)太阳能光伏电池(Photo-voltaicpanel/cell）风能（WindPower)生物质能(BiomassEnergy)分布式发电接入电力系统-建设容易，投资少不需建设大电厂和变电站、配电站，土建和安装成本低，工期-靠近用户，输配电简单，网络损耗小。直接就近供电，不需长距离高压输电线，可降低网损率，建-能源利用效率高通过不同循环的有机整合，可以克服冷、热能无法远距离传输的困难，实现电、冷、热三联产，达到能源的梯级利用。可避免或推迟增加新的发电和输电线路，减少土地占用，降低大型电站建设投资风险。在电网崩溃或意外灾害（战争、台风、地震、恐怖活动等）的情况下，维持重要用户的供电。也可满足特殊场合的需求，如大型集会或庆典，安排处于热备用状态的移动分散式发电车，能极大提高供电可靠性。（4）环保：采用天然气、沼气，或化学能、太阳能、风能等为燃料，减少粉尘、有害气体、废水废渣的排放，同时减少电磁污染，具有良好的环保性能。（5）电力市场：适应电力市场发展，多家办电，打破垄断。（6）调峰性能：由于DG工作流程简单，参与运行的系统少，因而启动和停机快速，具有良好的调峰性能，且便于实现全自（7）扶贫：解决边远地区供电困难（Standalonemode)具体：技术与经济方面，正面与负面影响。分布式发电的引入将使配电系统发生根本性变化。√从辐射网络变为遍布电源和用户互联的网络，DG的分散性、随机波动性，使得控制和管理将更加复杂；√使传统配电网从规划到运行发生彻底改变，如无功补偿、电压控制等；√使DAS（DistributionAutomationSystem）和DSM（DemandSideManagement）的内容发生大的变化。“PowerExchangeSystem”DG将对电力市场DG将对电力市场ElectricityMarket的走向、最后格局产生深远影响。√电力公司和用户间形成新型关系：用户可从电力公司买电，也可用自有分布式电源向电力公司卖电，或为电力公司有偿提供削峰填谷、功率支持等服务；√为其他行业进入电力市场打开了方便之门：如天然气公司等，电力市场参与者增加，利益关系更复杂，竞争更激烈。电力市场的运营模式，可根据发、输、配、售四个环节的市场开放程度而分为5个模式：全球电力市场模式及组成分布式发电可大大提高用户供电的可靠性；减少配电网投资，因为分布式发电装置直接装在用户侧，可减少输配电设备的投资，还可减少输送电的损耗，降低成本，对于用户来说，电价也会相对便宜。新建集中式发电厂和远距离输电线的需求将减少或推迟。新增负荷相当大的部分将由分布式发电来满足，集中电力DG的削峰填谷、平衡负荷作用，使现有发电输电设备的备用减少，利用率提高。分布式发电的随机性、不稳定性、电力电子变换器的大量引入、DG在负荷侧或在电网边缘处。DG并网过程对电网的冲击；对电网频率的影响；对电网电压的影响；对电网稳定性的影响；对电网继电保护装置的影响；对电能质量的影响；对电力定价的影响。u风电出力变动大，多采用感应发电机inductiongenerator，需从电网吸收大量无功建立磁场；风机联网对电网电压的影响主要有：由于风速变化、风机投切等引起电压波动。风电经AC/DC/AC并网时由脉宽调制变换器产生谐波。谐波次数、大小与采用的变换装置和滤波系统有关。并网瞬间较大突入电流，有引起系统瞬时电压下降的危险。风电场从系统吸取大量无功时，可引起不可接受的电压下降，甚至电压不稳定。10万kW风电场并网对新疆主网电压动态特性的影响最高可达10%分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，因此大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，以期减小其对大电网的冲击。IEEEP1547对分布式能源的入网标准做了规定：“当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行。”为整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，近年来提出了一种新的分布式微型电网（Micro-Grid，简称微网）微网是能够独立运行或作为一个整体与公共电网联网将分布式电源以微网的形式接入到公共大电网运行，互为补充和支撑，是发挥其效能的最有效方式。微网是智能电网的重要组成部分，能实现内部电源和负荷的一体化运行，通过和主电网的协调控制，可平滑接入主网或独立自治运行，充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求。Micro-Grid微电网可看作大电网中的一个可控单元，而不再是多个分散的电源和微电网和大电网的连接处，称为微电网模式控制器，可实现并网与独立运行的转换。Notastranger！u电力生产具有连续性，发电、输电、变电、配电、用电须时刻保持动态平衡；u负荷存在峰谷差，须留有很大的备用容量，造成系统设备运行效率低。——储能技术的应用，于传统大电网而言，可对负荷削峰填谷，提高系统可靠性和稳定性，减少系统备用需求及停电损失。由于自然资源的特性，风能、太阳能及海洋能等发电时其功率输出具有明显的间歇性和波动性，其变化甚至是随机的，易对电网产生冲击，严重时会引发电网事故。为充分利用可再生能源，保障其供电的连续性、可靠性和稳定性，就要对这种难以准确预测的能量变化进行及时的控————储能装置，可用来解决这一问题。distributedenergystoragesystem，DESS随着新能源发电规模的扩大、DG的不断发展，DESS的重要性也日益凸显。未来三大新兴产业——新能源、智能电网和电动汽车储能技术u三大类：化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等）、物理储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）和电磁储能（如超导储能）。u化学储能——目前技术进步最快，其中钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破。钠硫电池的充电效率已可达到80%以上本在此项技术上国际领先。最成熟、应用最普遍—抽水蓄能，用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等，其能量转换效率在70~75%左右。压缩空气储能早在1978年就实现了应用，但受地形、地质条件制约，没有大规模推广。飞轮蓄能，寿命长、无污染，动态特性好，发展迅速。但超大容量的飞轮，目前技术尚不成熟。由蓄电池、逆变器、控制装置、辅助设备（安全、环境保护设备）等部分组成。分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、铁电池、钠硫电池、全钒液流电池...l铅酸蓄电池：性价比高、稳定，但在环保和寿命方面不足。2013.3月，全球最大—5MW全钒液流电池储能示范电站正式并网发电，解决了辽宁省法库县卧牛石风电场“弃风限电”l铁电池：比亚迪+国家电网——“风光储输电站”程，河北张北县。多类型化学储能电站：14MW磷酸铁锂电池、4MW钠硫电池、2MW液流电池flowcell，储能总容量2万国家风光储输示范工程——世界最大风、光发电场u核心部件是由超导材料制成的超u通入直流电，线圈中就会形成强磁场，把电能以磁场能的形式储流在超导线圈中循环时产生的功率损耗很小，因而储存的能量不u在外部需要能量时，可以把储存超导储能磁体及其低温容器超导特性一般需要在很低的温度下才能维持。一旦温度升高，超导体就变为一般的导体，通流时将产生很大的功率损耗，储能效果也就不一般将超导线圈浸泡在温度极低的），因此，超导储能系统除了核心部件超导线圈外，还包括冷却系统、密封容器以及用于控制的电子装置。低温容器交流电网超导线圈低温容器交流电网超导线圈AC/DC变流器uSMES线圈－通过可控AC/DC变流器的控制，具有对有功及无功调节的双重功能。uSMES装置－FACTS新成员。（3）飞轮储能(Fly-wheelEnergyStorageSystem，FESS)又称飞轮电池或机电电池，是一种机械储能方式。1970s就有了利用高速旋转的飞轮储存能量，并应用于电动汽车的构想。由于当时飞轮材料和轴承等关键技术1990s以来，高强度的碳纤维材料、低损耗磁悬浮轴承、电力电子三方面的技术发展，飞轮储能得到快速发展——磁悬浮飞u美国飞轮系统公司用飞轮电池把一辆克莱斯勒轿车改成电动车，一次充电可行驶600km，96km/h加速时间6.5u2010，911GT3，保时捷首款机电飞轮混合动力赛车。飞轮技术在前轮使用两个电动马达以补充引擎的动力。将制动所收集的动能转化为电能，将能量贮存于一个飞轮中。加速时，该能量转移至前轮。将减少燃料消耗，增加行驶范围。（4）超级电容器储能（SuperCapacitorEnergyu与传统电容器相比，超级电容具有容量大，功率密度高，充放电速度快，使用寿命长，受环境温度影响小等特点。u目前超级电容器的储能密度跟一般的电池相比还有一定的距离，提高单体的容量是超级电容器的双电层电容器EnergyStorage)压缩空气储能电站示意图uCAES虽然储存容量大，但其建设对地质结构有着特殊的要求，对环境（地质、地下水资源）的影响较大。因此，CAES的应用还不是很广泛。德国1987建的290MWCAES电厂、美国1991年Alabama州的110MWCAES电厂。u美国正在Ohio州建一座大型CAES电厂，该电厂将空气压缩到2200英尺下的石灰石矿井中进行储能，容量高达2700MW。多种储能装置的微网结构图（1）平衡发电量和用电量（2）充当备用或应急电源某些分布式电源受自然条件影响而减少甚至不能供电时，储能系统就像备用电源，可临时维持供电。此外，基于系统安全性的考虑，分布式发电系统也可以保存一定数量的电能，用以应付突发事件。（3（3）改善分布式系统的可控性储能系统可调节分布式系统与大电网的能量交换，将难以准确预测和控制的分布式电源，整合为能够按计划输出电能的系