分布式发电与储能技术

电气技术前沿——分布式发电与储能技术DistributedGeneration&EnergyStorageTechnology电气工程教研室梅慧兰2014.9电气技术前沿1.分布式发电概述2.分布式发电对传统电力（配电）系统的影响3.分布式发电与微型电网4.分布式发电（微网）发展的瓶颈——分布式储能问题5.结语主要内容电气技术前沿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。1.DG概述什么是分布式发电？电气技术前沿√任何建在用户附近的发电装置，不论它的大小或者利用什么能源。√此外，还有其他说法，如：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不等。什么是分布式发电（续概念）？“小型”、模块化、分散式、布置在用户附近、高效、可靠的发电单元——DG（目前较普遍的一般性概念）电气技术前沿DG具有如下特点：——电源容量小（几kW至几十MW，容量30-50MW）；——运行在380V或10kV或“稍高”的配电电压等级上；——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；电气技术前沿——比集中发电更可靠：含有分布式电源的系统中发生大停电（高负荷、风暴、地震、恐怖袭击、战争）的几率较小；——大多基于可再生能源发电技术；——清洁性更好，利于环保。能源危机、南方冰灾、汶川地震等大停电，庞大电力系统存在“笨拙”而“脆弱”的缺点。电气技术前沿DG装置的类型主要包括（广义）：燃气轮机(GasTurbine,CombustionTurbineGenerators)--微型燃气轮机，多称为微燃机(Micro-turbine)内燃机(GasEngine,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)热电冷联产发电电气技术前沿主要分布式发电特性比较电气技术前沿电气技术前沿主力发电厂升压变压器配电站降压站配电站配电站商业光电燃机商业工业住宅分布式发电接入电力系统电气技术前沿分布式发电的优点（1）经济、节能:-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，工期短，投资少。-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，建设简单廉价。-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。电气技术前沿（2）投资风险：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。（3）安全及可靠性：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。分布式发电的优点电气技术前沿（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，且便于实现全自动控制。（“即用即插式”，“友好发电方式”）（7）扶贫：解决边远地区供电困难（Standalonemode)分布式发电的优点电气技术前沿具体：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。PowerDistributionSystem“PowerExchangeSystem”2.DG对传统电力（配电）系统的影响电气技术前沿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。电气技术前沿全球电力市场模式及组成瑞典、阿根廷、捷克、美国的加州等英国、美国多数己在挪威、智利、美国的纽约州等逐步推行。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：电气技术前沿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，集中电力系统负荷减少。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。正面影响电气技术前沿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。负面影响电气技术前沿两个主要方面：（1）暂态电压波动和闪变（2）网络电压谐波和畸变分布式发电可能降低也可能改善用户的电能质量。例如：DG对电能质量的影响电气技术前沿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。暂态电压波动和闪变（如风电）电气技术前沿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%电气技术前沿3.分布式发电与微型电网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电源组织方式和结构——微型电网（Micro-Grid，简称微网）电气技术前沿2009年3月26日至27日，在国网电力科学研究院召开的“微网技术体系研究”第一次工作会议将微网定义为：微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。分布式发电与微型电网电气技术前沿微网是能够独立运行或作为一个整体与公共电网联网的分布式供电系统。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。分布式发电与微型电网电气技术前沿分布式发电与微型电网Micro-Grid电气技术前沿分布式发电与微型电网电气技术前沿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负荷。微电网和大电网的连接处，称为公共连接点。微电网模式控制器，可实现并网与独立运行的转换。分布式发电与微型电网电气技术前沿微网从系统观点，将分布式电源、负荷、储能装置、控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能/制冷。微网技术能高效环保地利用各种分布式电源，是智能电网的重要组成部分，是世界上各国未来电力发展的重要战略目标之一。分布式发电与微型电网电气技术前沿Notastranger！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；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。4.储能技术EnergyStorageTechnology电气技术前沿4.储能技术EnergyStorageTechnology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制和抑制。————储能装置，可用来解决这一问题。分布式发电发展的瓶颈——储能问题distributedenergystoragesystem，DESS电气技术前沿未来三大新兴产业——新能源、智能电网和电动汽车的发展瓶颈都指向了同一项技术：储能技术分布式发电发展的瓶颈——储能问题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。电气技术前沿储能技术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）。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，能量密度是铅酸蓄电池的3倍，循环寿命更长。日本在此项技术上国际领先。电气技术前沿物理储能——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。电磁储能技术仍很昂贵，还没有商业化。电气技术前沿常用的储能系统（1）蓄电池储能batteryenergystoragesystem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...铅酸蓄电池：性价比高、稳定，但在环保和寿命方面不足。全钒液流电池：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”问题，我国第二大储能电站。电气技术前沿铁电池：比亚迪+国家电网——“风光储输电站”我国首个、目前世界规模最大，集风电、光伏发电、储能和智能输电“四位一体”的新能源综合利用工程，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kW。电气技术前沿国家风光储输示范工程——