分布式電源發(fā)展展望.doc

何季民(華北電力設計院，北京100011)摘 要分析了分布式電源的概念、淵源與興起，介紹了分布式電源發(fā)展的現(xiàn)狀、影響和研究開發(fā)動向。關鍵詞分布式；電源；展望1引言在新世紀之初展望電力電源新技術，一個引人注目的動向是分布式電源的興起。分布式電源的發(fā)展及與IT技術的結合，將對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)形成巨大的影響，帶來電力系統(tǒng)的概念革新，引起電力技術的顯著進步，形成新型的專項技術和經(jīng)濟市場。 近幾年來，世界能源、電力界都在熱談分布式電源，但是尚沒有統(tǒng)一的名稱和定義。 目前的文獻的各種理解表明：分布式電源還是一個正在迅速發(fā)展的概念，還不可能給出一個準確完整的定義。為行文和閱讀設立一個前提，本文就此提出一個簡明的理解：所謂分布式電源，既指傳統(tǒng)的分散獨立小型電源，更指未來采用分布式技術聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)的一“群”或成組的小型分散電源。 分布式電源(Distributed Generation)，在中文文獻中也有人稱為分散式電源，只是翻譯習慣不同，概念和內涵相差不多。本文在綜述日本部分中采用了“分散型電源”。2分布式電源興起的技術背景分布式電源的興起，是地球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展政策與技術進步的產物。當分散獨立的小電源效率較低不宜大量應用時，當它無須聯(lián)網(wǎng)與大電網(wǎng)無關時，當它數(shù)量很少被浩大的公共電網(wǎng)忽視不計時，根本沒有分布式電源這個名詞。只是當新型高效綠色的小型獨立電源為可持續(xù)發(fā)展政策所重視并日益發(fā)展壯大時，分布式電源技術及其名詞才應運而生。分布式電源的“分布”兩字，既是相對于集中的大機組大電網(wǎng)而言，也是相對過去到不相聯(lián)的小電源而言。 雖然分布式電源概念幾乎包括了過去所有的小型分散電源，但是目前主要指用新技術武裝起來的新興綠色環(huán)保電源。主要有： 自然能源，如水電、風電、太陽能發(fā)電等，常稱為可再生能源； 化石燃料發(fā)電，內燃發(fā)電機組、燃氣輪機發(fā)電機組、燃料電池等； 廢棄物發(fā)電，如垃圾發(fā)電等，常稱為環(huán)保再生型能源， 貯能電源，抽水蓄能發(fā)電、蓄電池組等。據(jù)預測，分布式電源將成為21世紀的新能源新技術，尤如計算機世界的PC機，具有不可估量的發(fā)展前途。 從20世紀末起，分布式電源在工業(yè)發(fā)達國家里熱起，有三方面的原因： 各種小型分散型綠色環(huán)保電源迅速發(fā)展，所占比重越來越重，對電力系統(tǒng)的潛在影響越來越大，迫使世界重視自己； 大電網(wǎng)的發(fā)展受到環(huán)保和需求的限制，為分布式電源的發(fā)展提供了機遇；各種分布式電源多屬清潔可再生可持續(xù)技術，適應了地球環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展政策的需要； 歐美國家放寬了對電力行業(yè)的管制，解除了對小型分散式電源的限制，實行了所謂電力自由化。 昔日的大電網(wǎng)遠距離輸電線路受到來自環(huán)境保護甚至政治環(huán)境的責難，高電壓大電網(wǎng)產生的電磁污染已迫使北美和歐洲一些國家不再興建新的大規(guī)模輸電線路。由于大電網(wǎng)面對不可抗拒的自然或意外災害表現(xiàn)出的脆弱性，加上對于日益加劇的恐怖活動的擔心，為了躲開“多米諾骨牌”式的電網(wǎng)連鎖災難，為了保證電源的安全可靠性，似乎唯有分散才好。3分布式電源的發(fā)展動態(tài)新型高效清潔的分布式電源的崛起，除了本體技術的迅猛發(fā)展外，與IT技術相聯(lián)系也將成為它的重要的特點。采用分布式電源與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接組成的能源系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及其管理系統(tǒng)，正在成為電力科研的目標。3.1在美國 預計美國的分布式電源市場到2004年將增長到21.4億美元，年平均增長9.6%。尤其出力20kW10MW的分布式電源在2000年后，因為豐富的燃氣來源、環(huán)境的苛刻要求、電力管制的緩和、電網(wǎng)的限制放寬而得到飛速的發(fā)展。據(jù)DPCA(美國分布式電源聯(lián)盟)的預測，在21世紀初的幾年，熱機類的分布式電源將達到約3500萬kW；到2020年，分布式電源的容量將占全國總容量的3.7%。 在美國，正在研究開發(fā)方便用戶就近利用分布式電源的多種新型技術，例如： 分布式電源的成批控制技術(群控技術)，在負荷高峰時向電網(wǎng)供電的調峰技術； 根據(jù)用戶的要求按需供電的多品質供電系統(tǒng)；區(qū)域電力網(wǎng)絡系統(tǒng)，將分布式電源、貯電裝置和電力設備組合起來，根據(jù)區(qū)域用戶的要求提供更加靈活有效的供電服務。 美國能源部和EPRI(美國電力研究所)提出了所謂“能源試驗場(Energie Park)”的設想，借助于互聯(lián)網(wǎng)把場里的分布式電源有機地聯(lián)接起來。表1就是幾座按照這種設想建立的“試驗場”，其中與加利福尼亞州阿巴因大學相鄰的一座研究場，在80萬m3區(qū)域里有43座建筑物，全部由微燃發(fā)電機、太陽能電池、燃氣型燃料電池組成的分布式電源群提供能源，據(jù)說燃料的利用率由過去的25%提高到75%。通過互聯(lián)網(wǎng)可以提高分布式電源的管理水平和效率，如果再結合利用電力通訊新技術的供需管理，適應于電力調峰，還能進一步提高資源的利用效率。3.2在歐盟 2001年9月歐盟發(fā)出了關于發(fā)展可再生能源的指令，按照計劃，歐盟到2010年可再生能源占總能源消費的比例，將達到12%，為1997年的2倍。電力消費量中可再生能源電力所占比例，將從13.9%上升到22.1%。 在歐洲，正在研究普及分布式電源的政策。在技術開發(fā)方面，尤其重視電力系統(tǒng)與分布式電源的聯(lián)接問題，為此在2001年12月制定了一個旨在促進包括分布式電源的“能源網(wǎng)絡通道”的名為Integration”的計劃。這是一個通過統(tǒng)一協(xié)調歐洲包括歐盟各成員國的分布式電源，確保電力供給的安全性和可靠性的研究開發(fā)計劃。 英國 1998年時可再生能源發(fā)電為180萬kW，占發(fā)電總量的2.5%。預計將要增加257.9萬kW，其中廢棄物發(fā)電152.1萬kW，風力發(fā)電70.6萬kW，沼氣發(fā)電等34.1萬kW，水電1.2萬kW，總發(fā)電量達到330萬kW。 德國 隨著2000年開始實施“可再生能源法(EEG)”，可再生能源發(fā)電從1999年的5.9%將在2030年提高到30%。德國的EEG，包括2萬kW以下的生物能源(指燃料)發(fā)電，5 000kW以下容量的水電、風電、太陽能發(fā)電、廢棄物發(fā)電、下水道沼氣發(fā)電、坑道瓦斯發(fā)電和地熱發(fā)電。3.3在日本 日本由于國土狹小資源貧乏人品眾多，對分布式電源的發(fā)展及研究表現(xiàn)出了極大的敏感和熱情，很可能在這方面又會走到世界的前列 近些年來，綠色新能源的各種分散型電源在日本得到了迅速的應用和普及。截止2001年3月底，日本全國超過1 000kW容量的自家發(fā)電設備已經(jīng)達到3 024萬kW，占全國發(fā)電設備總量的12%。 截止1999年底，日本的太陽能發(fā)電已經(jīng)達到21萬kW，風力發(fā)電達到14萬kW；預計2010年將分別達到482萬kW和300萬kW，分別提高到23倍和38倍。常用的內燃機發(fā)電(包括柴油機、汽油機和燃氣輪機發(fā)電機組)，在2000年已經(jīng)達到240萬kW，熱機發(fā)電的總容量達到了350kW。非常用的內燃機發(fā)電(指備用電源等)在2000年已經(jīng)達到380萬kW。 日本還在大力研究分散型電源系統(tǒng)的區(qū)域性應用、分散型電源與IT結合的網(wǎng)絡化應用，典型實例如表2所示。 東京都未來能源設想項目，就是把燃料電池、太陽能發(fā)電和風力發(fā)電等分散型電源引進公共設施，或用作抗災緊急電源；同時，著眼于資源的重復循環(huán)利用，以構筑循環(huán)型協(xié)調發(fā)展的城市為目標。 比如在京都府的八木町，采用互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視分散型熱機電源，用IT技術建設高效的分散型發(fā)電系統(tǒng)。還可以利用網(wǎng)絡把廢棄物發(fā)電、煤氣爐等聯(lián)結起來，不僅能提高效率，而且能減少維護量，提高回收效率。進一步，把風力發(fā)電、太陽能發(fā)電和貯電技術結合起來，可以組成一個確保能源安全的“能源自治體”。 四國電力公司所開發(fā)的利用分散型電源和IT面向家庭服務的“高齡獨居者照料服務系統(tǒng)”，已從2001年開始現(xiàn)場試驗。 三菱重工公司也在開發(fā)利用互聯(lián)網(wǎng)技術的可以遙控、監(jiān)視和維護的分散型電源的綜合控制系統(tǒng)，目標是開發(fā)出既便宜又簡便的分散型電源發(fā)電“群”。4分布式電源的發(fā)展對電力系統(tǒng)帶來的影響分布式電源實現(xiàn)成組“群控”，與IT結合上網(wǎng)，與公共大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，將是遲早之事。雖然在目前僅僅作為獨立電源時可以暫時回避這些問題，但是從長遠看，終將面對。亦因此，分布式電源的發(fā)展必將對電力系統(tǒng)帶來巨大的影響。 從目前國外所進行的研究看，分布式電源的發(fā)展可能造成的問題和影響主要表現(xiàn)在以下方面： (1)對發(fā)電的影響對電業(yè)宏觀規(guī)劃的影響 目前分布式電源的發(fā)展非常迅速，在電力能源中所占的比重越來越大，已經(jīng)不可以忽視。因此，在一個國家或地區(qū)的宏觀發(fā)展規(guī)劃中必須對它的發(fā)展和影響作出預測、引導和切合實際的設計，必然會影響到發(fā)電事業(yè)的規(guī)劃布局可是因為分布式電源本身具有各種不確定性，會使這種規(guī)劃設計難以準確合理，也會具有很大的不確定性。 (2)對輸變電的影響接入公共電網(wǎng)對電力系統(tǒng)運行的影響 由于分布式電源的原理和種類各不相同，形式復雜，有的還受氣候等自然因素的影響，因此各種分布式電源發(fā)電的功率、容量、品質和控制性能等具有多變性、不定性，差異性很大。當分布式電源大量上網(wǎng)時，將會嚴重地影響電力系統(tǒng)的設計、控制、運行，影響系統(tǒng)的可靠性和安全性。 (3)對電能質量的影響對受電質量和用戶的影響 同樣的道理，不僅各種分布式電源的電能品質差別較大，難以穩(wěn)定；而且會嚴重地影響系統(tǒng)的電能品質，使難以滿足用戶對品質的要求，會對供電服務的質量產生嚴重的影響。 (3)對售電的影響對電力市場和電力經(jīng)濟的影響 一些國家實行電力自由化的技術原因，其實就是分布式電源要大量進入電力市場；成本不同品質各異的分布式電源進入電力市場，必然會沖擊原來的市場格局影響電力經(jīng)濟，交易方式、電價和服務都必須作出適時的調整和變化。5日本構筑在系統(tǒng)電力與分散型電力相協(xié)調時代的技術戰(zhàn)略日本電力市場的部分自由化始于2000年3月，對電力事業(yè)的限制開始松動。過去主要為著國民經(jīng)濟基本建設項目的電力事業(yè)，不僅面臨著更高的可靠性、安全性的要求，而且還將面對新型獨立電源、小型自備電源的大量發(fā)展，“電力供給”所處的環(huán)境和要求都會發(fā)生迅速巨大的變化。 基于這樣的分析和考慮，日本政府“資源能源廳”的“電力、燃氣事業(yè)部”于2001年7月接受“財政廳能源綜合工學研究所”的委托，設立了“新型電力供給系統(tǒng)技術研討會”。這個研討會的宗旨就是“構筑在系統(tǒng)電地影響電力系統(tǒng)的設計、控制、運行，影響系統(tǒng)的可靠性和安全性。 (3)對電能質量的影響對受電質量和用戶的影響 同樣的道理，不僅各種分布式電源的電能品質差別較大，難以穩(wěn)定；而且會嚴重地影響系統(tǒng)的電能品質，使難以滿足用戶對品質的要求，會對供電服務的質量產生嚴重的影響。 (3)對售電的影響對電力市場和電力經(jīng)濟的影響 一些國家實行電力自由化的技術原因，其實就是分布式電源要大量進入電力市場；成本不同品質各異的分布式電源進入電力市場，必然會沖擊原來的市場格局影響電力經(jīng)濟，交易方式、電價和服務都必須作出適時的調整和變化。5.1日本構筑在系統(tǒng)電力與分散型電力相協(xié)調時代的技術戰(zhàn)略日本電力市場的部分自由化始于2000年3月，對電力事業(yè)的限制開始松動。過去主要為著國民經(jīng)濟基本建設項目的電力事業(yè)，不僅面臨著更高的可靠性、安全性的要求，而且還將面對新型獨立電源、小型自備電源的大量發(fā)展，“電力供給”所處的環(huán)境和要求都會發(fā)生迅速巨大的變化。 基于這樣的分析和考慮，日本政府“資源能源廳”的“電力、燃氣事業(yè)部”于2001年7月接受“財政廳能2002年3月，新型電力供給系統(tǒng)技術研討會提出了第1份研究報告書，站在戰(zhàn)略性高度，提出了“系統(tǒng)電力”、“協(xié)調時代”、“新型電力供給系統(tǒng)”等一系列新名詞新概念，立即引起了有關方面的重視和報道。這份報告有以下主要內容： 日本分散型電源的現(xiàn)狀調查； 未來電力技術的需求研究； 未來電力供給系統(tǒng)的展望； 面向未來的新型電力供給系統(tǒng)的技術開發(fā)問題； 邁向新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略研究。并用圖1和圖2很清楚地描述了分布式電源的應用前景、技術開發(fā)問題和發(fā)展戰(zhàn)略。6結束語展望分布式電源的發(fā)展前景，必然是集中/分布式發(fā)電系統(tǒng)的到來，這樣的認識已經(jīng)可以從國外文獻中看到。集中式發(fā)電系統(tǒng)系指傳統(tǒng)大機組組成的發(fā)電系統(tǒng)，分布式發(fā)電系統(tǒng)則是指由分布式電源組成的發(fā)電系統(tǒng)，兩者的組合統(tǒng)一便是集中/分布式發(fā)電系統(tǒng)。6.1中國電力事業(yè)需解決的兩個認識問題 (1)對西方電力改革實行電力自由化中屬于規(guī)律性的東西認識不足。 雖然在電力改革中也看到了西方正在進行的電力自由化，作過一些研究討論，不過其結果是否定的，且并不感興趣。原因主要是專家多認為西方的電力自由化還不適合目前中國的國情。從目前來看這固然不錯，我國的電力改革剛剛完成體制上的條塊分割，電力自由化似乎還是遙不必及的話題，但是這些討論和結論的缺點是：只強調差別而忽視共性，沒有看到西方電力自由化所表現(xiàn)的世界共性的東西，差別只是時間問題。 (2)忽視西方電力自由化的技術背景。 雖然西方電力自由化表現(xiàn)出來的多是商業(yè)經(jīng)濟，但其實在背后推動的卻主要是技術力量，恰恰是這一點被我們的專家忽視了。西方采取電力自由化的技術背景，從大的環(huán)境來說是地球可持續(xù)發(fā)展政策所推動，從小的方面來說正是綠色能源技術的發(fā)展所要求，是分布式電源的發(fā)展所促使；小型電源電力零售商推動電力交易形式的變化，最終要求開放傳統(tǒng)集中控制的電力市場，恐怕才是西方電力自由化的內在動因。我們常常說物質決定精神，基礎決定上層建筑，西方的電力自由化的出現(xiàn)正是由其技術背景決定的這正是屬于規(guī)律性的東西，是不應當被忽視的。6.2前提是大力發(fā)展分布式電源 回顧我國電力事業(yè)近20年來的迅猛發(fā)展，在電源技術方面大機組大電網(wǎng)更側重于“大”的方面，在大型電技術上似乎已經(jīng)接近世界先進水平；但是在“小”