生物质中小型发电厂接入配电系统方式探讨--《生物质能及其发电技术》

1生物质能及其发电技术——7.2生物质中小型发电厂接入配电系统方式探讨生物质发电采用的可再生资源包括秸秆、木屑、木材加工余料、动物尸体、食品加工副品等，这些生物质成长的周期性决定了燃料有限的可再生性。同时，我们目前面临生物质资源分布不均匀且燃料收集季节性差异大、生物质资源多样性及热值的不确定性等问题。虽然高效能源植物研究课题可以部分缓解生物质燃料问题，但是考虑到能源植物的种植不能和耕地争地，能源植物的种植不能适应各个地区，生物质能发电收购半径不宜过大，将来社会发展导致的对有限资源的竞争，生物质能发电要发展成一个可持续发展的大产业等方面因素，小型化生物质电厂会占据一定比例，从目前情况看，许多生物质直燃发电厂已经向小型化发展。气化、沼气等生物质发电技术当前和今后很长一段时间也会以中小型化模式发展。7.2.1分布式电源的特点分布式电源的兴起，是地球环境可持续发展政策与技术进步的产物。当分散独立的小电源效率较低不宜大量应用时，当它无需联网与大电网无关时，当它数量很少被浩大的公共电网忽视不计时，根本没有分布式电源这个名词。只是当新型高效绿色的小型独立电源为可持续发展政策所重视并日益发展壮大时，分布式电源技术及其名词才应运而生。从20世纪末起，分布式电源在工业发达国家里兴起，有三方面的原因：2（1）各种小型分散型绿色环保电源迅速发展，所占比重越来越大，对电力系统的潜在影响越来越大，迫使世界对其重视。（2）大电网的发展受到环保和需求的限制，为分布式电源的发展提供了机遇；各种分布式电源多属清洁可再生、可持续技术，适应了地球环境保护及可持续发展政策的需要。（3）欧美国家放宽了对电力行业的管制，解除了对小型分散式电源的限制，实行了所谓电力自由化。分布式发电（DistributedGeneration）或分布式电源（DistributedResource，DR）是指区别与集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式，为满足某些终端用户的需求，模块式分布在负荷附近的清洁环保的、经济、高效、可靠的发电方式及储能的联合系统。他们的规模一般不大，功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内。常见的DG形式包括了一些采用天然气、生物质、风能等具有环境友好特性的能源，因此这种发电技术是一种可利用多种能源的技术。此外，为了提高能源的利用效率和降低成本，往往采用冷热电三联供（Combined,Cooling,Heatandpower）的形式，因此，从能源利用、节能和环保的角度，这种发电技术被认为是一种极有发展前途的发电技术。随着分布式发电技术水平的提高，以及各种分布式电源设备性能的不断改进和效率的不断提高，分布式发电的成本也在不断降低，分布式发电的应用范围将不断扩大。目前，这种电源在我国仅占极小比例，但可以预计在未来的若干年内，分布式电源不仅可以作为集中式发电的一种重要的补充，还将在能源综合利用上占有十分重要3的地位。无论是解决城市的供电、还是解决边远和农村地区的用电问题，都具有巨大的潜在市场，一旦解决了主要的障碍和瓶颈，分布式发电（电源）系统将获得迅速发展。在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀，这种发展所带来的安全性问题不容忽视。由于各种经济发展很不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远地区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应严重制约这些地区的经济发展。相对于集中式发电不能灵活跟踪负荷的变化，局部事故极易扩散，导致大面积停电等弊端，发展DG（DR）的重要意义主要在于以下几个方面。（1）经济性。分布式发电的输配电损耗很低，无需建配电站，可降低或避免附加的输电成本，同时土建和安装成本低。（2）环保性。因其采用可再生能源作为燃料，故可减少有害物的排放总量，减轻环保的压力。大量的就近供电减少了大容量、远距离、高电压输电线路的建设，由此不但减少了高压输电线的电磁污染，也减少了高压输电线的征地面积和线路走廊，减少了对线路下树木的砍伐，有利于环保。（3）能源利用的多样性。分布式发电可利用多种能源，并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式，因此是解决能源危机和能源安全问题的一种很好的途径。（4）调峰作用。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，可降低电力峰荷，起到了电力调峰的作4用。（5）安全性和可靠性。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。当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的分布式发丝按系统仍能保持正常运行，分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，由此提高供电的安全性和可靠性。（6）电力市场问题。分布式发电是一种适应电力市场发展的需要、由多家来发展电力事业的良好方式。（7）投资风险。分布式发电的装机容量一般较小，建设周期短，因此可避免类似大型发电厂建设周期长带来的投资风险。（8）边远地区的供电问题。我国许多边远及农村地区远离大电网，因此难以从大电网向其供电。分布式发电系统可对区域电力的质量和性能进行实时监视，非常适合在农村、牧区、山区推广。对于发展中的中、小城市或商业区的居民供电，采用太阳能光伏发电、风力发电和生物质发电的独立发电系统不失为一种优选的方法。如果说电力市场化是电力行业的重大改革，那么分布式发电可认为是电力行业的重大技术改革，两者共同作用将使未来世界的电力行业呈现全新的面貌。由于分布式发电设施的安装周期短，不需要现存的基础设施，而且与大型的中央电厂及发电设施相比总投资较少。因此，在电力竞争性市场建立后，分布式发电的作用将会日益明显和重要，从而可与现有电力系统结合形成一个高效、灵活的电力系统，提高整个社会的能源利用率，提高整个供电系统的稳定性、可靠性和电力质量。5综上所述，由生物质能发电燃料的特性和分布式发电的发展趋势决定了生物质发电必然向中、小型化发展。7.2.2分布式电源并网模式分布式电源同配电网并网运行，可以有效降低电力峰荷、缓解电压骤降、消除过负荷和堵塞、增加输电裕度，充分发挥DG机组的优势，还可提高能源利用率，减少污染物的排放，降低配电网损失，并且大大提高供电可靠性。当DG机组并网之后，机组多余的电量可以向外输送，不足部分由电网补充，可以使发电机始终运行在一个比较经济的工况下。同时，并网后由于有大的电力系统作为支撑，用户的用电质量可以得到很大改善。当电力系统出现异常故障的时候，DG机组也可以作为备用电源保障重要负荷的用电。世界许多能源电力专家认为，大电网与分布式发电相结合，是节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式。DG并网运行是指DG机组在正常运行状态下，与常规配电网在主回路上存在电气连接，连接点一般称为“公共连接点”（简称PCC）。电气连接包括电缆直接连接、经过变压器连接、经过逆变器连接等方式。一般而言，鉴于其容量小的特性，分布式电源根据并网DG机组容量的不同，选择不同的并网电压，直接接入配电系统（380V或10kV配电系统）并网运行。DG机组并网运行按照功率交换方式，可分为普通并网和并网不上网两种。普通并网时DG机组可以向电网输送多余功率，如图7-4所示；而并网不上网时则严格禁止DG机组的功率外送，如图7-5所示，即PCC处功率流向只能是从电网流向DG用户。6图7-4分布式发电与配网共同对用户供电图7-5由配网给分布式电源补充供电从自身的经济性和安全性方面考虑，广大DG发展商希望能够将DG并入到电力系统中，实现DG并网运行。尽管世界上分布发电（电源）的发展十分迅速，但DG（DR）在我国的发展还刚刚起步，分布式电源并网存在不少瓶颈和障碍，因而进展并不理想。这些问题主要体现在以下几个方面：（1）缺乏与DG并网相关的法律、法规和行业规范。目前许多国家和地区都提倡分布式电源并网运行，并且制定了相关的并网规范。包括美国、日本在内的发达国家正在积极开展分布式发电项目。而我国发展相对缓慢，一些政策法规尚不健全，尤其在并网技术标准上还是空白，使得投资商不愿新建不能并网的电厂。因此，我国应加快DG7并网条例的制定，使得分布式电源并网有章可循，使得小电源并网得到政府的鼓励和支持，从而促进我国DG项目的快速发展。（2）电业宏观规划的不确定性。目前分布式电源的发展非常迅速，在电力能源中所占的比重越来越大，已经不可忽视。因此，在一个国家或地区的宏观发展规划中，必须对分布式电源的发展和影响做出预测、引导和切合实际的设计，而这也必然会影响到发电事业的规划布局。因为分布式电源本身具有各种不确定性，会使这种规划设计难以准确合理，也会具有很大的不确定性。（3）电力市场及计量问题。成本不同品质各异的分布式电源进入电力市场，必然会冲击原来的市场格局，影响电力经济。目前，我国的分布式发电大多不考虑DG所发电力上网的运行方式，今后一旦需要向配电网送电时，不但需要增加双向计量的表计，高峰和低谷电价如何计算也将成为一个主要问题而需慎重考虑。我国目前尚未开放配电网侧的电力市场，而DG的接入与配电网侧的电力市场密切相关，交易方式、电价和服务都必须作出适时的调整和变化。（4）分布式发电与配电网并网的技术问题。DG并网之后，配电系统将发生根本性的变化，从单电源辐射式网络变为双端或多端有源网络，传统的配电网络规划、运行方式都将不再适用；配电网自动化和需求侧管理的内容也要重新考虑；分布式电源之间的控制和调度必须加以协调；整个配电系统将变成全新的复杂网络系统。分布式发电的接入改变了配电系统的潮流分布和短路电流分布，现有的配电保护必须进行调整与改变，才能保证配电网的安全稳定运行和发挥分布式发8电应有的优越性。原有的配电系统保护和重合闸设计结构必须进行相应的调整和改变，否则，分布式电源会使配电网的故障无法及时、准确地切除，造成对配电系统稳定、设备健康状态的破坏。电力系统业内人士担心大量DG的并入会给电力系统的安全性、稳定性带来隐患，小电源对电网的干扰问题也一直是电力部门拒绝小电源并网的理由之一。由于供电部门通过配电网对用户供电，需保证相当高的可靠性和电能质量，所以往往只有在DG对配电网的不利影响基本消除后，供电部门才允许DG与配电网并网运行。在欧洲，正在研究普及分布式电源的政策，在技术开发方面，尤其重视电力系统与分布式电源的连接问题，并为此在2001年12月制定了一个旨在促进包括分布式电源的“能源网络通道”的名为“Integration”的计划。这是一个通过统一协调欧洲包括欧盟各成员国的分布式电源，确保电力供给的安全性和可靠性的研究开发计划。7.2.3分布式电源并网运行对配电网的影响从目前国外所运行的研究看，DG并网运行对配电网带来的问题和影响主要表现在以下方面。（1）对潮流的影响。因为中、小型生物质能发电可能因自身的原因或燃料供应方面的原因而频繁启停，从而使配电线路负荷潮流不断发生大的变化，使得电压调整变得很困难，容易导致电压超标。尤其是大片区域内DG的群起群落现象，会造成大面积潮流变动，增加了系统的控制难度，使得供电质量难以保证。如何控制DG的投切，避免大量DG群起群落对系统造成的冲击，成为保证系统供电质量的一9个重要问题。（2）对电能质量的影响。由于分布式电源的管理和种类各不相同，形式复杂，有的还受气候等自然因素的影响，因此，各种分布式电源发电的功率、容量、品质和控制性能等具有多变性、不定性，差异性也很大。不仅各种分布式电源的电能品质差别较大，难以稳定，而且会严重地影响系统的电能品质，实质难以满足用户的要求，并会对供电服务的质量产生严重的影响。DG的频繁启动会使配电线路上的负荷潮流变化大，从而加大电压调整的难度，调节不好则会使电压超标。（3）对电压的影响。虽然IEEE1547标准中明确规定分布式电源不允许主动调节接入点电压，并规定DG并网所引起的公共联络点电压波动不应超过5%,但是DG接入必然会引起相关线路和区域中的潮流发生变化，从而影响到稳态电压的分布。研究表明，接入分布式电源后，配电网各节点电压均可能改变；分布式电源接入点不同，对电压的影响不同；分布式电源的容量不同，对电压的影响也不同。另外，由于DG接入配电网后改变了配电网