印度分布式發電的發展現狀

文/印度電器電子制造商協會V. S. Joshi

譯/北京機械電工技術經濟研究所 張爽

全球約18億多人口存在電力供應不足狀況，這些人大多數居住在發展中國家的偏遠地區。盡管許多發展中國家正在努力實施農村電力方案，但據觀察，財政困難仍然是執行的首要瓶頸問題。政府正在努力擴大農村地區的電網，但同時也面臨著如無法回收成本、缺乏切實可行的價格機制等一系列問題。行業或政府對農村電力供應通常會給予一定的補貼，但因為人口密度與需求等一些因素，農村電力的運行成本還是相對較高。

分布式發電（Distributed Generation）是指將電力系統以小規模、分散式方式布置在用戶附近，可以獨立輸出電能的系統。利用當地豐富的清潔能源，建立小規模型的發電系統，分布式發電被認為是可以確保農村地區電力供應的發電形式之一，人們普遍認為利用可再生能源的分布式發電在取得農村電力化目標的過程中具有非常重要的作用。

現在微型燃氣輪機、燃料電池、太陽能發電在印度都還處于早期的商業運行階段。這些技術最初研發主要是為了國防、航空及無污染交通工具的應用，穩定的電力市場為其提供了大量的商機。分布式發電站正在世界各地不斷普及，農村電力化方案在發展中國家得到了廣泛實施。

分布式發電主要是小規模電力系統（發電功率在數KW- 50 MW的小型模塊），可獨立地輸出電能，靈活地分布在居民小區、建筑物甚至是每戶家庭附近，可以滿足消費者的特殊需求。由于接近客戶，電力系統的穩定性與電力質量都得到提高，熱量能效也得到改善；分布式發電另一顯著的優勢在于它能夠明顯減少二氧化碳的排放。集中式供電對國家電力供應至關重要，然而在不斷變化的能源需要方面，它又存在一定的局限性。

集中式供電系統的大型電站建在能源基地，需要耗費長時間建設還需要巨大的投資。分布式發電是集中式供電的有益補充：(1)節省投資；(2)在所需地點發電，避免輸配電容量升級；(3)可以根據需要，將剩余電量靈活的向電網“倒送電”。集中式供電影響當地環境；而如果分布式發電有環境污染，只有分布式發電的受益者們才會受到環境影響。

電力系統改革已經取得一定進展，這將有助于開放能源市場，讓客戶自主選擇能源供應商、電力傳輸方式與服務。市場越來越青睞小規模、模塊化的電源技術，這些技術可以迅速滿足市場需求。

分布式發電得到青睞的一些其他因素：

1）國內國際對電力的需求都在不斷增加；

2）小型、模塊化的分布式發電技術可以顯著節約發電成本、改善性能；

3）針對環境問題，政府正在出臺相關的規章條例，對電力系統的能效與環保提出具體要求；

4）在一些領域，集中式供電的穩定性與質量無法達到預期目標。

通過幾十年的深入研究，小規模、模塊化的燃氣發電在印度已經取得了突破性的技術進步，其在經濟運行與環保性能方面都有了重大改進。分布式發電系統是一種清潔高效、系統可靠性高、更為靈活的電力選擇。其燃料更具有靈活性，可以是天然氣、丙烷；也可以是碳氫化合物中得到的燃料氣體，包括煤或生物質，甚至農、林產業的廢棄物都可以用來作為燃料。

印度的燃氣輪機和往復式發動機技術已經取得了一定成績，但是經過不斷的努力，它們還將作出更多貢獻。燃料電池已經進入市場，但需要更深入的研究與探索。目前印度的燃料電池/燃氣輪機混合動力系統與21世紀燃料電池、風力-柴油混合發電系統尚處在起步階段，也將具有更大的發展潛力。

與傳統的集中式供電相比較

集中式供電是目前用電的主要來源，主要由蒸汽驅動汽輪機發電。這些電站大都是10MW以上的電站，規模較大，對發電設施的要求也較高。這些大型電站需要燃料和補給，同時需要高壓輸電線路負責輸配電。我們可以將分布式發電與傳統的集中式供電作一下簡單比較。

就新設備而言，分布式發電與傳統的集中式供電最直接的對比是能效。大型集中式供電的單位能效在28-35%之間，這取決于電站的服務年齡，這意味著只有28-35%的燃料能被轉化為有用電能。而小型燃料電池及適用于分布式發電的各種新型的聯合循環燃氣輪機與大型往復式發動機的能效約為40-50%。一些新技術，如燃料電池/燃氣輪機混合動力系統能效甚至達到70%。近二、三十年以來，一些熱電聯產、冷電聯產電站使用燃氣輪機與往復式發動機，在熱帶條件下如印度，其燃料轉換能效約為65%-75%；而在寒冷地區，采用分布式發電的燃料能效可達90%。

分布式發電最大的優勢是在短時間內，發電系統即可安裝完畢。大多數分布式發電項目的安裝時間都要明顯少于煤、燃氣發電廠。隨著人口增長，分布式發電的執行速度與模塊化性質使得發展中國家能有效地進行投資發電。

輸配電基礎設施意味著要在初期投資、持續運營及維護方面進行大量的投資。而分布式發電就設在電力應用現場，不會加重輸配電的負擔。此外，輸配電設施經常要解決用戶問題，而分布式發電避免了這些成本和可靠性問題，在許多應用案例中它都可以以較低的成本為用戶提供更為優質的服務。

印度新開發的分布式發電系統單位通常在5KW-20MW之間，運行成為200美元-6000美元/KW。下面是就印度分布式發電技術與應用狀況所作的一些簡短說明:

印度的分布式發電主要類型

微型燃氣輪機

微型燃氣輪機與傳統的燃氣輪機工作原理相同。空氣進入壓縮機換熱器，受到擠壓。燃燒室混合了熱空氣與燃料，這種混合通過渦輪不斷擴大，驅動壓縮機與發電機（轉速達到70,000-120,000 RPM）。燃燒的空氣進行回熱循環，發電機產生轉換為50/60Hz的高頻交流電。微型燃氣輪機的額定功率為25-500kW之間，一般投資成本為500-1000美元/KW。電力能效為27-32%。如果利用廢熱可以提高整體能效至80%。運營成本（如發電成本）預計在，氮氧化物排放為0.1lb/BTU。微型燃氣輪機以天然氣、甲烷、柴油等作為燃料來源。具有體積小、多燃料、低油耗、低污染、高可靠性等一系列優點，是目前應用較為廣泛的一種分布式電源。

燃料電池

燃料電池直接將燃料中的氫氣借助電解質與空氣中的氧氣發生化學反應，生成水的同時進行發電。氫氣和氧氣進行化學反應，發生電子的轉移，把電子的轉移取出，再連接到外部負載上面，從而實現負載供電。其過程簡單，就是將化學能直接轉化為電能，能效較高。忽略其產生的熱量，燃料電池的能效在35-65 %之間；如果對產生的熱量加以利用，燃料電池的能效可提升至80%。其運營成本預計在燃料電池的氮氧化物排放非常低，約為0.003-0.03 lb/BTU。

燃料電池類似于電池，因為它們都通過化學反應產生直流電，但與電池不同的是，燃料電池直接轉化富氫燃料為電能，只要有持續的燃料，它就會一直運行。燃料電池通常針對50-1000kW的單個安裝地點，如高層辦公樓、醫院、學校、賓館、餐廳等等。小型燃料電池的開發商之前瞄準了汽車市場，現在他們看到額定功率為5-10kW的住宅發電也是一個充滿潛力的市場。

風能發電

風力機或風能轉換器可以將風能轉化為電能。通常系統為30KW的獨立單位-3MW多個單位的風力發電場。風輪高度約為80米，轉子直徑為65米。轉子由可變葉片角或不變葉片角構成，它既可以與同步電機相連也可以與異步電機相連，把機械能轉換成電能。同步發電機通常配備脈寬調制轉換器，控制這些轉換器對風車在電網中性能的調節非常重要。風車經常成組安裝或以風電場形式出現，很少單獨使用。

對于風力機而言，輸出的有功功率是由風速決定的，會隨風速的變化而變化，因此風能發電的一個缺點就是不穩定性，這使其連接到電網變得復雜。目前使用高壓直流線路將風電場連接至傳輸電網的技術正在研究之中。

一些農場主、牧場主在多風地區喜歡使用風力機，以節省電費。目前風能發電的費用一般為1000美元/KW，發電能效約為25%左右。然而，需要說明的是在可再生燃料方面，風能發電的能效不應與燃料電池或微型燃氣輪機的能效相提并論。其運營成本約為KWH。

太陽能發電

太陽能光伏發電的能量轉換器件是太陽能電池，又叫光伏電池。太陽能電池發電的主要原理是光電伏打效應。從上個世紀30年代開始，太陽能轉化為電能技術在印度已經可行，但面臨的主要困難是光伏發電系統的高額投入，一般為6000美元/KW。太陽能發電的輸出功率與其表面積大小成正比，因此占地面積相對較大（0.02KW/m2）。其能效與風車電能一樣，相對較低（6-20%），但這一數字不應與非可再生能源系統相比。其運營成本約為＜10KW的小型光伏電池一般應用于屋頂或遠程系統，一般不被連接到電網中。由于在室外工作，其輸出功率和能效嚴重受溫度與太陽照度的影響。如果沒有陽光，通常會造成能量不足。

生物質能發電

生物質能發電主要是開發利用農業、林業和工業廢棄物為原料，也可以將城市固體垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化的發電方式。

在發達國家生物質能在熱電聯產中變得越來越重要。此外，在家庭與社區取暖應用中，生物質能作為一種清潔能源，也具有非常重要的作用。芬蘭、美國和瑞士等國家的人均生物質能使用率要高于印度、中國等一些亞洲國家。印度的生物質能發電估計可達16,000MW。

作為一種替代能源來源，生物質能最突出的特點是是可再生能源，無二氧化碳排放。生物質遍布世界各地，其蘊藏量極大。地球上每個國家都有某種形式的生物質。在未來生物質能將成為全球可持續發展的重要能源資源。印度的小型沼氣池已經設計研發成功，目前正在為印度國內照明進行測試。

結束語

在未來30年，預計發展中國家的全球能源消費將增加一半以上。如何提高農村生活水平，提高城市電力供應的質量與可靠性，行業要求與不斷增長的人口都給政府帶來了巨大的壓力。

燃料的高效利用與轉化、可持續性發展、環保將成為今后城市工業與服務部門對能源傳輸技術選擇的首要考慮因素。在農村地區，電力服務地點相距遙遠，靈活的小規模配電系統將是經濟可行的選擇。可以根據當地的具體情況（如地理位置、環境狀況、資源分布等）合理選擇分布式電源，充分利用當地的資源來發揮分布式發電的優勢。分布式發電將是的有效解決方案。

作為傳統的集中式供電的有益補充，接近終端用戶、小規模的分布式發電將會為用戶提供投資更節省、更為環保的解決方案，它可以有效地解決發展中國家的電力需求，是未來能源領域的一個重要發展方向。分布式發電在電力系統中將會發揮日益重要的作用，必然也會擁有日益廣闊的市場發展前景。