1、分布式能源系統(tǒng)的特點
分布式能源系統(tǒng)直接安裝在用戶端,通過在現(xiàn)場對能源實現(xiàn)梯級利用,減少中間輸送環(huán)節(jié)損耗,實現(xiàn)資源利用最大化。分布式能源系統(tǒng)的一次能源以氣體燃料為主,可再生能源為輔,利用一切可以利用的資源。其二次能源以分布在用戶端的熱、電、冷聯(lián)產為主,其它能源供應系統(tǒng)為輔,將電力、熱力、制冷與蓄能技術結合,以直接滿足用戶多種需求,實現(xiàn)能源梯級利用,并通過公用能源供應系統(tǒng)提供支持和補充。各系統(tǒng)在低壓電網和冷、熱水管道上進行就近支援,互保能源供應的可靠性。分布式能源系統(tǒng)將能源利用效率發(fā)揮到最大狀態(tài),從而節(jié)約了能源、保護了環(huán)境。
分布式能源系統(tǒng)依托智能信息化技術可以實現(xiàn)現(xiàn)場無人值班,通過社會化服務體系提供設計、安裝、運行、維修一體化保障。在研究分布式能源系統(tǒng)有關問題時,在業(yè)內也有稱之為“分布式供電”、“分布式發(fā)電”或“分散式電源”,就其概念而言,是有一定區(qū)別的。
2、分布式能源系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀
在國際上,尤其是在經濟發(fā)達或較發(fā)達的國家中,經濟發(fā)展帶動電力負荷持續(xù)增長,對供電可靠性、電能質量的要求不斷提高,新型發(fā)電技術和儲能技術得到發(fā)展,電力市場化改革的逐步推行,環(huán)境保護問題日益突出并受到重視,在這些行業(yè)內外部條件和因素綜合作用下,使具有較高能源利用效率的分布式能源系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。美國在1978年頒布公共事業(yè)管理政策法后,正式開始推廣建設分布式能源系統(tǒng)。近年來,日本、德國、荷蘭、丹麥和加拿大等國家的分布式能源系統(tǒng)也得到很大的發(fā)展。
目前,人口、資源和環(huán)境問題依然是我國面臨的最大挑戰(zhàn),我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的惟一選擇就是全力提高資源的利用效率,最大限度地減少環(huán)境污染,而分布式能源系統(tǒng)將會使這一問題得到一定程度的緩解。分布式能源系統(tǒng)是保證我國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的有效途徑之一,發(fā)展?jié)摿薮蟆?
《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條明確,國家鼓勵發(fā)展下列通用節(jié)能技術:推廣熱電聯(lián)產、集中供熱;提高熱電機組的利用率;發(fā)展熱能梯級利用技術,熱、電、冷聯(lián)產技術和熱、電、煤氣三聯(lián)供技術,提高熱能綜合利用率。原國家計委、原國家經貿委、建設部、國家環(huán)??偩帧蛾P于發(fā)展熱電聯(lián)產的規(guī)定》(計基礎[2000]1268號)文件中明確提出:以小型燃氣發(fā)電機組和余熱鍋爐等設備組成的小型熱電聯(lián)產系統(tǒng),適用于廠礦企業(yè)、寫字樓、賓館、商場、醫(yī)院、銀行、學校等較分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保護環(huán)境、減少供電線損和應急突發(fā)事件等綜合功能,在有條件的地區(qū)應逐步推廣。
在國家發(fā)展改革委《能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中,電力工業(yè)發(fā)展重點包括推進熱電聯(lián)產、熱電冷聯(lián)產和熱電煤氣多聯(lián)供。在工業(yè)熱負荷為主的地區(qū),因地制宜建設以熱力為主的背壓機組;在采暖負荷集中或發(fā)展?jié)摿^大的地區(qū),建設30萬kW等級高效環(huán)保熱電冷聯(lián)產機組;在中小城市建設以循環(huán)流化床技術為主的熱、電、煤氣三聯(lián)供和以潔凈能源作燃料的分布式熱電聯(lián)產和熱電冷聯(lián)供,將分散式供熱燃煤小鍋爐改造為集中供熱。
目前,我國以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)建設已逐步進入實質性開發(fā)實施階段,在北京、上海、廣州等大城市的居民小區(qū)、商城樓宇、大學城都有一批熱、電、冷聯(lián)產示范工程投運。例如:上海浦東國際機場能源中心4000kW燃氣輪機熱電聯(lián)供項目,上海黃埔區(qū)中心醫(yī)院1000kW燃氣輪機熱電聯(lián)供項目,北京中關村軟件園熱、電、冷聯(lián)產項目等各項目的實施和投運。
3、分布式能源系統(tǒng)運行模式和優(yōu)勢分析
分布式能源系統(tǒng)直接為附近的用戶供電,發(fā)電設施規(guī)模一般較小,目前主要有小燃氣輪機發(fā)電、小燃氣內燃機發(fā)電、風力發(fā)電、小水電、燃料電池發(fā)電以及太陽能光伏發(fā)電等形式。
3.1 分布式能源系統(tǒng)運行模式分析
分布式能源系統(tǒng)發(fā)電在我國主要有獨立運行模式和與公用電網聯(lián)網運行模式兩種。
獨立運行模式主要用于大電網覆蓋不到的邊遠地區(qū)、農牧區(qū),由分布式能源系統(tǒng)單獨供電。我國在近、中期應高度重視獨立運行模式的發(fā)展,這對于解決“三農”問題有重要意義。聯(lián)網運行模式主要用于電網中負荷快速增長區(qū)域和重要的負荷區(qū)域,分布式能源系統(tǒng)電源接入公用電網的配電網或者負荷安裝處,與公用電網一起向負荷供電。為了保證用戶的供電可靠性,采用聯(lián)網運行模式是分布式能源系統(tǒng)未來發(fā)展的主要形式。
3.2 分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢分析
與傳統(tǒng)的集中發(fā)電方式相比,分布式能源系統(tǒng)發(fā)電的優(yōu)勢十分明顯,主要是:
(1)能效高。實現(xiàn)了能源梯級合理利用,分布式能源系統(tǒng)能效可達80%以上。
(2)損耗小。安裝在用電側,分布式能源系統(tǒng)供應與需求在最短的距離內平衡,輸配電損耗很小。
(3)污染少。多采用清潔、高效的天然氣和可再生能源發(fā)電,分布式能源系統(tǒng)污染排放量很低。同時,由于分布式能源系統(tǒng)發(fā)電的電壓等級比較低,電磁污染比傳統(tǒng)的集中式發(fā)電要小得多。
(4)運行靈活,安全性好。分布式能源系統(tǒng)發(fā)電方式靈活,在公用電網故障時,可自動與公用電網斷開,獨立向用戶供電,提高了用戶自身的用電可靠性;當所在地的用戶出現(xiàn)故障時,可主動與公用電網斷開,減小了對其他用戶的影響。
(5)電能質量高。由于分布式能源系統(tǒng)發(fā)電設施通常可以就地調整電壓和電流波形,保證了較高的電能質量。
(6)系統(tǒng)經濟性好。由于高效、低損耗和低污染排放,分布式能源系統(tǒng)具有明顯的經濟性。
將分布式能源系統(tǒng)接人傳統(tǒng)的電力系統(tǒng),既可以滿足電力系統(tǒng)和用戶的特定要求,又可以提高系統(tǒng)的靈活性、可靠性和安全性。
4、分布式能源系統(tǒng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
分布式能源系統(tǒng)發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在以下5個方面:
4.1 在技術方面,對公用電網帶來影響和挑戰(zhàn)
首先,由于分布式能源系統(tǒng)采用的發(fā)電方式多種多樣,頻率相差很大,有的甚至是直流形式,如燃料電池和太陽能發(fā)電等。因此,如何解決發(fā)電設備同步運行是分布式能源系統(tǒng)給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)之一。其次,我國大部分配電網主保護系統(tǒng)采用的是速斷、限時速斷保護形式,這種保護配合在現(xiàn)有的輻射型配電網上,能夠有效地保護全部線路。但如果在配電網中接人分布式能源系統(tǒng)后,原有的保護配合就不可能可靠地保護整條線路,可能出現(xiàn)保護死區(qū)。再次,當負荷波動時,通過調節(jié)變電所的有載調壓變壓器抽頭或無功補償器投入容量,可使目前的配電線路的負荷電壓保持在允許波動范圍內。但當配電網線路接人分布式能源系統(tǒng)電源后,這種調節(jié)手段就有可能無法滿足用戶的電壓要求。
4.2 在經濟方面,分布式能源的投資吸引力不高
由于分布式能源帶來的多為社會效益,如保護環(huán)境、減少噪音、節(jié)約用地、節(jié)約能源等,這方面的效益在經濟學上稱為外部影響,這部分成本效益無法在市場中充分體現(xiàn),造成分布式能源系統(tǒng)初始投資大、投資吸引力差,需要政府政策扶持。
4.3 在市場方面,增加了電力市場交易難度
由于合理定價困難,使交易變得復雜。分布式能源系統(tǒng)接人公用電網,為電力市場引入了更多的競爭因素和市場主體,既繁榮了電力市場,又增加了電力市場交易的復雜性。例如,如何計算分布式能源系統(tǒng)的接網費、大電網為其提供備用的費用以及其向大電網出售富余電量的價格,成為世界各國在發(fā)展分布式能源系統(tǒng)討論的焦點之一。
4.4 在管理方面,給電網調度帶來困難
目前分布式能源系統(tǒng)發(fā)電機組一般不受電網調度,在某種程度上其運行和控制存在盲目和無序的情況,給整個電力系統(tǒng)的運行留下了一定的安全隱患。例如,分布式能源系統(tǒng)發(fā)電會給電力系統(tǒng)的無功補償、電壓控制等帶來不利影響;要求配電網自動化和需求側管理系統(tǒng)進行適當調整。
4.5 在能源供應方面,我國需要高度重視天然氣的供應
一是在合同期內氣量能否保持穩(wěn)定供應;二是氣價及其漲幅能否承受;三是重視分布式能源系統(tǒng)用氣曲線對天然氣供應曲線的負面影響,如下午下班后天然氣供應進入高峰期,此時分布式能源系統(tǒng)也處于用氣高峰期,加重了天然氣供應的調峰任務。
5、對發(fā)展分布式能源系統(tǒng)的建議
總體而言,分布式能源系統(tǒng)是一項發(fā)展前景光明的技術,而且其發(fā)展對傳統(tǒng)的電力工業(yè)會帶來很大影響。建議國家有關部門應組織開展以下工作,使分布式能源系統(tǒng)能夠健康有序地發(fā)展。
(1)對我國發(fā)展分布式能源系統(tǒng)的技術方向、市場準入條件、與大電網建設的協(xié)調等問題開展綜合的研究分析,提出明確的產業(yè)發(fā)展導向。
根據電力系統(tǒng)安全運行的需要和分布式能源系統(tǒng)的特點,積極組織制定相應的法律、法規(guī)、產業(yè)政策、行業(yè)規(guī)范及市場規(guī)范,將分布式能源系統(tǒng)的建設、運行納入法律化、規(guī)范化、制度化的軌道。
①當前最急迫的是在《能源法》、《電力法》等有關法律制定、修訂頒布之前,國家主管部門、監(jiān)管部門應組織研究制定分布式能源系統(tǒng)的準入運行標準,鼓勵分布式能源系統(tǒng)的建設、并網;
?、谝x擇一批示范工程項目,明確其市場準人,總結、積極推廣建設、運行經驗;
③加強對分布式能源系統(tǒng)前景的科學預測與規(guī)劃;
④制訂分布式能源系統(tǒng)技術規(guī)范和用能標準,杜絕以建設分布式能源系統(tǒng)為名,建設國家明令禁止的小凝汽式發(fā)電機組;
⑤研究制定分布式能源系統(tǒng)接網技術標準和費用標準。
(2)分布式能源系統(tǒng)需要和電網并網的,必須滿足并網的技術條件和規(guī)范,與電網企業(yè)簽定并網協(xié)議。需要向電網企業(yè)購售電的,與電網企業(yè)簽定購售電協(xié)議。
(3)積極組織研究分布式能源系統(tǒng)發(fā)電設備的特性以及給電力系統(tǒng)帶來的問題及技術保護措施等。
(4)積極組織研究包括微小型燃氣輪機、新型熱力循環(huán)等終端能源轉換、儲能、熱電冷系統(tǒng)綜合技術等,以及與分布式能源系統(tǒng)相適應的變頻技術、換流技術、濾波技術、繼電保護技術等涉及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的技術。
(5)積極組織協(xié)調分布式能源系統(tǒng)設備的配套生產,實現(xiàn)國產化批量生產。
(6)積極扶持為分布式能源系統(tǒng)規(guī)劃、設計、建設、運行、維護等服務的能源咨詢公司。