分布式发电系统的应用及前景
浙江大学电气工程学院(310027) 吴靖 江昊


现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界90%的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果，这样的事故在国外时有发生；而且这种大电网又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，如科索沃战争和刚刚结束的海湾战争等；另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。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。

1 分布式发电的简介

分布式发电指的是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机组(一般低于30MW)，以满足特定用户的需要，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。这些小的机组包括燃料电池，小型燃气轮机，或燃气轮机与燃料电池的混合装置。由于靠近用户提高了服务的可靠性和电力质量。技术的发展，公共环境政策和电力市场的扩大等因素的共同作用使得分布式发电成为新世纪重要的能源选择。

通过分布式发电和集中供电系统的配合应用有以下优点：

(1)分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高；

(2)分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充；

(3)可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力；

(4)分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低；

(5)可以满足特殊场合的需求，如用于重要集会或庆典的(处于热备用状态的)移动分散式发电车；

(6)调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。

2 分布式发电的分类

根据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。

(1)基于化石能源的分布式发电技术主要由以下三种技术构成：①往复式发动机技术：用于分布式发电的往复式发动机采用四冲程的点火式或压燃式，以汽油或柴油为燃料，是目前应用最广的分布式发电方式。但是此种方式会造成对环境的影响，最近通过对其技术上的改进，已经大大减少了躁音和废气的排放污染。②微型燃气轮机技术：微型燃气轮机是指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机。但是微型燃气轮机与现有的其它发电技术相比，效率较低。满负荷运行的效率只有30%，而在半负荷时，其效率更是只有10%～15%，所以目前多采用家庭热电联供的办法利用设备废弃的热能，提高其效率。目前国外已进入示范阶段，其技术关键主要是高速轴承、高温材料、部件加工等。③燃料电池技术：燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学装置。燃料电池工作时，不需要燃烧，同时不污染环境，其电能是通过电化学过程获得的。在其阳极上通过富氢燃料，阴极上面通过空气，并由电解液分离这两种物质。在获得电能的过程中，一些副产品仅为热、水和二氧化碳等。氢燃料可由各种碳氢源，在压力作用下通过蒸汽重整过程或由氧化反应生成。因此它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。

(2)基于可再生能源的分布式发电技术主要由以下几种技术构成：①太阳能光伏发电技术：太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。但是此种分布发电技术的成本非常高，所以现阶段太阳能发电技术还需要进行技术改进，以降低成本而适合于广泛应用。(2)风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，可分为独立与并网运行两类，前者为微型或小型风力发电机组，容量为100W～10kW，后者的容量通常超过150kW。近年来，风力发电技术进步很快，单机容量在2MW以下的技术已很成熟。

(3)混合的分布式发电技术通常是指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来，形成复合式发电系统。目前已有多种形式的复合式发电系统被提出，其中一个重要的方向是热电冷三联产的多目标分布式供能系统，通常简称为分布式供能系统。其在生产电力的同时，也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求。与简单的

美国的分布式发电站
朱成章 中国电力企业联合会 （100761）



在美国把分布式发电技术(DR)看作是一组能使电力系统发生彻底变革的具有长期潜力的技术。在今后几年中，要利用已有的和新建的分布式发电装置，在电力短缺时作为电网的备用电源。因为当有机燃料消耗殆尽时，人类必然要利用可再生能源，而可再生能源比较分散，适宜于建设小型分布式发电装置，但是目前美国的分布式发电装置主要还是利用有机燃料，利用可再生能源的分布式发电站数量还很少。

在美国分布式发电站被定义为从几千瓦到30兆瓦之间的发电装置，通常，大于20兆瓦的分布式发电站是在当地安装，利用燃气轮机的热电联产装置，既供电，又供热。20兆瓦或更大的电站经常与电网连接，并与现行的电力系统和本地电网同步运行。小于20兆瓦的分布式发电站包括小型燃气轮机可以交替使用天然气和柴油发电机组。正在开始利用的微型燃气轮机、燃料电池及分布式可再生能源发电装置，近几年间还不可能形成有效的市场份额或产量，不可能成为有重要意义的备用发电容量，但是应当允许它们同电网连接则是十分重要的。

现在在用户处已经安装的分布式发电站，估计在美国总共有50吉瓦到100吉瓦，每个电站的规模为50兆瓦及以下。近几年，每年都大约增加分布式发电站5吉瓦。估计在加利福尼亚州有分布式电站4~5吉瓦(单站容量1～2兆瓦)；目前加州能源委员会正在对全州商业和工业企业中可以作为紧急备用发电机的情况进行调整。

在美国虽然分布式发电站的发电能力很大，但是只有20%的分布式发电站是同电网连接运行的；大约50%以上的分布式发电站在启动后投入运行时才作为负荷备用而与电网同步，它们不是与电网持续连接的设备；其余近30%的分布式发电站不与电网相连或同步运行，相反，它们只是在电网供电中断时才投入运行。与电网同步的分布式发电站是向电网提供辅助支持的最直接方式，但是，同步设备是昂贵的──其成本可能超过发电机组成本的10%～25%。由于成本和环境因素，在加州完全同步的分布式发电能力可能低于1吉瓦。此外，配电公司可能要求在电力需求高峰期间，大户要与电网脱离并利用其自备发电机组发电。

美国的电力行业引入竞争机制后，各州在寻求各种方法，来保证并延续传统管理模式下由电力公司管理或资助的公益计划，很多州在其重组计划内确立了支持可再生能源项目的方法。一些州确立的分布式发电政策(包括补助方案、竞争性招标程序和面向消费者的融资方案)也已经开始为可再生能源、特别是为光伏电项目创建市场。到目前为止，这些方案已经开发或将在短期内开发总计7兆瓦装机容量的分散式发电项目。如果说美国有50吉瓦到100吉瓦的分布式发电站，而可再生能源分布式电站还不到10兆瓦，所占比重实在太小，特别是在高额补助下，仍然发展不起来，说明可再生能源发电站的经济性确实很差。

美国加州是可再生能源分布电站搞得最多的地方，情况也不甚乐观。加州的补助方案（1998到2001年基金实施政策）分为5个连续级别来逐步降低激励水平，第一级的补助是3美元/瓦，最高为系统费用的50%，第五级，也是最后一级的补助是1美元/瓦，最高为系统费用的20%。前四个级别的资助额是1050万美元，而第五级别的资助额是1200万美元，每个级别的资助额至少要有60%投向10千瓦以下的发电系统，另外15%是针对100千瓦以下的系统。当一个级别（对于一个特定的系统规模）的所有基金全部调配后，下一个级别可提供优惠程度低一些的资助方案。到2000年8月14日，安装了344套发电系统（316套光伏电、26套小型风电和2套燃料电池），总装机容量1.71兆瓦；系统效益收费（基金支持）大约为470万美元；另外，计划有237个项目（212个光伏电和25个小型风电），总装机容量为1.8兆瓦，总融资为510万美元。加州已经或计划向分布式发电项目投入980万美元，同时2000年和2001年的电力危机又刺激了电力销售的增长，但加州还没有用完针对小型系统(<10千瓦）的第一级别的资助额。纽约州长岛电力局（LIPA）拟免费提供30套光伏电系统以启动太阳能先导计划，但到第二年只安装了几套发电系统。美国采取巨额补助甚至免费发放小型分布式可再生能源发电装置，效果甚微，看来在相当一段时间内，分布式发电站还得依靠常规能源。

美国与欧洲分布式发电的比较
Giuseppe Tomassetti

意大利国家能源环境新技术研究院


1．回 顾
　　在欧洲，分布式能源已不再是新技术。自1973年能源危机之后，企业就积极进行各种活动，希望在节能方面为自己的传统产品找到替代市场。因此，欧洲的工业企业对热电联产已十分了解。在1978至1984年间，市场的巨大动力推动着热电联产技术在住宅和服务行业的应用。

　　当时，欧洲各主要轿车企业提出了一个分布式发电的方案，即对已有的甲烷内燃机进行改造，配以热交换器，回收废气、冷却水和机油的余热。发动机及机电、热力部件与消声保护壳整合为一体。

在1982年汉诺威博览会上展出了15种以上不同系列的分布式发电设备，其中，菲亚特的“Totem”机型是已工业化的产品之一，它的发电量15 kWe，供热量34kW，平均发电总效率为28%，平均净效率26%，结构紧凑（约1m3），配有催化式消音器和运行管理的计算机控制面板。在欧洲各国大约已装了2000台“Totem”机组, 主要是在服务行业。

　　最令人感兴趣的分布式发电例子是Multiservice 公司开发的系统。该公司位于人口约10万的Vicenza市，通过自有渠道销售甲烷和电力。1982至1986年间，公司选择了每年热负荷不少于5000小时的10家用户，共安装了31台“Totem”机组, 发电总量465 kW, 与中压电网并网。每一机组的平均运行时间约5250小时，较传统系统节能35%。这些设备现在仍在运行，从经济角度看，1987年的系统内部收益率就达到了21.4%。

　　尽管分布式发电在技术和经济方面已取得了良好的、鼓舞人心的成果，但至八十年代后期，菲亚特公司不再对该领域感兴趣，欧洲其他的轿车生产厂家同样也是如此。其主要原因，至少在意大利，是因为：

　　1） 电力部门不允许在公寓住宅区安装Totem（这些住户是Totem计划的终端用户）, 因为公寓住户不具有正式公司的组织结构，因此无权自行向各个住户售电。另外，Totem设备首先是用在服务行业，而用户分散也造成了营销和维修成本的提高。至1992年，有关法律规定公共电网必须以支持价购买可再生能源或热电联供的发电量，从此制造商就不再对Totem感兴趣。

　　2） 审批、环境控制和公众利益关系上的官僚行为——15 kW机组与150MW的机组不能区别对待，耽心小机组数量的增加。实际上，每一个消费者是不可能自己去处理各种设备问题的，这势必导致成本提高，最终停机。

　　3） 对天然气部门及输配商缺少关注，尤其对他们宣传推广的小型燃气锅炉。而恰恰是小型燃气锅炉避免了一般锅炉的公用性及由此产生的各种麻烦。

　　4） 用户技术知识的缺乏、以及维修和安装人员的缺少。事实上分布式发电设备的安装和维修需要发动机机械、并网和三相负荷管理、水路循环的热力技术、传感器及计算机化管理等方面的熟练技术人员。

　　上述困难始终是分布式发电推广应用的主要障碍。

2．分布式发电和电气系统
　　美国对分布式发电感兴趣主要是因为装机容量短缺，尤其是加利福尼亚危机的发生。相反，2001年欧洲却是以大型超容量发电机组为主，为了保证股东的分红，公共垄断（如电力部门）对投资新机组比扩大老厂更感兴趣。由于公司的私营化，欧洲还将经历几年才会不发生类似加洲危机的情形呢？或者，为了履行京都协议，需要多少个高效联合燃煤/燃油循环厂才能对节约资源产生作用呢？

　　在欧洲，即使电网独立，也不会出现美国市场开放的情形。从理论上讲，可能过若干年以后，经济自由化进程结束，过剩电量的转移将成为可能。但是，官僚或财政方面的障碍仍将存在。例如，在意大利，光电屋顶计划使光电生产者可与电网公司可对等交换电量，但不是销售，因为意大利的财政政策要求从事销售活动的法人应具有增殖税注册号及相关的帐簿登记。由于小用户支付的税费较输配商高，分布式发电使得小电网得以存在并向周边用户售电，而且在供应范围内，根据热负荷需求而生产的电力可以获利。

　　欧洲大规模市场的设想并非没有缺憾，因为一旦1000兆瓦的发电厂与1000瓦屋顶光电发电通过计算机网络进行实时的“对话”，电力王国取得优势的话，它的选择将强加于欧洲人。

　　关于电力供应可靠性问题，在欧洲, 尤其是在城市，中负荷电网通常是铺设在地下的，而美国的变压器悬挂在电杆上。无疑，电网和自发电必需确保电力交易系统所要求的可靠性（每年断电12秒）。

3．预期的效率和可靠性
　　分布式发电效率与上网发电厂的效率的比较比较。多年以来，欧洲一直很重视对进口燃料依赖的限制（但是没有太大的进展），为此，其电力系统的燃料效率较美国的高，美国现在对进口燃料的依赖性日益增大。

　　在欧洲还有一特殊情况，即工业企业利用热空气进行干燥，所以电效率低于25%的燃气发电机就没有市场的。服务业耗电量大，其所使用的燃气发动机的电力净效率，根据发

我个人认为，分布式发电对打仗时军方通信系统的安全有很大帮助。

非常感谢楼上的指教

我国也有很多地方在进行分布式电源的研究，北京、上海、南方沿海的缺电城市的政府正在出台或者计划出台相应的政策鼓励分布式电源的发展，一些企业也推出了一些示范性项目，上海、杭州等城市一直走在前列！

学习了。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

收获很大啊!

自备免维护蓄电池的小型发电装置,一般在偏僻的阀室使用。有高手提供一下这方面的资料吗？

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