分布式發電在山區的應用分析

稅典華

（國網巴東縣供電公司，湖北 恩施444300）

0 引言

隨著電力需求迅速增長，以大機組、大電網、高電壓為主要特征的大型電網的弊端日益顯著。尤其是近年來，世界范圍內接連發生了幾次大面積停電事故，充分暴露了電網的脆弱性，因此分布式發電（Distributed Generation，簡稱DG）技術越來越受到人們的重視。DG 通常是指發電功率在幾千瓦至數十兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發電單元，主要包括以液體或氣體為燃料的內燃機、微型燃氣輪機、太陽能發電、風力發電、生物質能發電等。本文以應用最為廣泛的風力發電和太陽能發電為例，介紹這兩種可再生分布式發電的原理、特點及其在山區的應用。

1 分布式發電原理

1.1 風力發電

風力發電是將風能轉換成機械能，再轉換為電能，其基本原理是風力發電機利用風吹動風輪，通過風輪的機械轉動驅動發電機轉子旋轉，進而產生電能。其中，風力發電機組是實現由風能到電能轉換的關鍵設備。一般的風力發電機組主要由葉輪、傳動系統、發電機、調向機構及控制系統等幾大部分組成，葉輪將風能轉化為機械能，由傳動系統傳送至發電機，再由發電機將機械能轉換為電能；調向機構是用來調整風力機的風輪葉片旋轉平面與空氣流動方向相對位置的機構。

1.2 太陽能發電

基于太陽能的發電技術有兩種，一種是光伏發電技術，另一種是光熱發電技術。光伏發電主要應用于分布式發電，而光熱發電則較多用作集中式發電。光伏發電技術是利用光伏效應，通過光照產生電動勢，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，則會有直流電流流過外部電路，產生一定的輸出功率。通常每塊太陽能電池組件輸出的直流電壓較低，為了提高電壓，達到逆變器最佳工作狀態的額定輸入直流電壓，會將一定數量的太陽能電池串聯到一起形成回路，然后接入逆變器中，逆變器將輸入的直流電轉換成交流電。

2 分布式發電特點

2.1 分布式發電優點

（1）資源豐富、可再生、清潔無污染。以風能和太陽能為例，全球可開發的風能資源潛力是當今全球用電量的5 倍左右，大約40min照射在地球上的太陽能，足以供全球人類一年能量的消費，而且風能、太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源。因此DG 以清潔能源（風能、太陽能和生物能）替代傳統化石燃料，既緩解了能源危機，也減少了粉塵、CO2、SO2、廢水、廢渣等的排放。

（2）未來經濟性好。隨著未來風機和光伏電池價格的不斷下降，以及常規能源發電環保投入的增加，分布式發電成本相比常規能源發電成本差距逐漸減小。而且就地供能代替遠距離輸電，減少了輸變電線路和設備的投入、維護費用以及線路、設備等產生的電磁和噪聲污染。

（3）靈活性高。分布式電源多采用性能先進的中小型、微型機組，操作簡單，負荷調節靈活，且DG 裝置與大電網的接入和斷開具有相對自主性，當大電網發生故障時，可通過啟動斷開裝置使DG 與電網斷開，由DG 獨立為用戶供電，提高電網運行的靈活性。

2.2 分布式發電局限性

（1）間歇性、不可控性。風力發電和太陽能發電受風力大小和日照強度等自然因素的影響較大，具有明顯的間歇性，因此很難像常規能源發電一樣，可以根據負荷要求來改變可再生分布式發電的輸出特性。

（2）能量密度低，容量小。太陽能和風能的能量密度均比較低，若要達到與水電相同的發電容量，風力機的尺寸要比相應水輪機大幾十倍。一般情況下，每平方米太陽輻射強度大約只有1 000 W。目前存在的風電場和光伏電站容量相比常規能源電站很小。

3 可再生分布式發電在山區的應用分析

3.1 山區電網概況

中國山區地域廣闊，山區供電具有用戶分散、負荷密度小、小型用電設備多、自然功率因數低、用電季節性強、裝置容量利用小時數小、供電成本高等特點。山區供電的電源主要來自大電力系統，山區電網6～20kV 配電線路平均每公里年的送電量只有城市電力網的1/20左右。

3.2 可再生能源分布

我國幅員廣大，有著豐富的太陽能和風能資源，主要集中在偏遠山區、戈壁或孤島。風能資源豐富的地區主要集中在西藏、青海、新疆、內蒙古南部、山西、陜西北部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部等地區，風能資源豐富的地區主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的沿海地帶和島嶼上。另外，在中國內陸地區，比如湖北省通山地區，具有豐富的風能資源，適合發展風電。

3.3 應用于山區的可再生分布式發電

從上述分析可以發現，豐富的太陽能和風能資源大部分集中于偏遠的山區或島嶼，對于用戶來說，這些地方電網一般比較薄弱，供電質量和可靠性較差，而對于電網，相同的送電量，山區供電的成本明顯增大，投資和維護費用均比較高。因此，充分利用山區豐富的資源，采用分布式發電技術，是一種可行且有效的方法。

（1）用于邊遠山區生活用電，如10～100 W 的照明、洗衣機、電視機等小型電源；

（2）用于農業生產活動，如光伏水泵的使用可以解決山區的深水井飲用、灌溉問題。

將可再生分布式發電技術推廣應用于山區有良好的經濟效益和社會效益。從經濟效益角度來看，就地供能代替遠距離輸電，減少了輸變電線路和設備的投入、維護費用；山區土地利用率較低，這就降低了風電場建設期的用地成本；山區用戶用電能夠實現自給自足。從社會效益角度來看，隨著分布式技術的成熟，供電質量和可靠性逐漸提高，一方面可以提高山區人民的生活水平，另一方面將電能用于農業生產，既減少了生產開支，又能提高生產效率，有力促進山區的經濟發展。

4 結語

分布式發電作為一種充分利用能源的新型發電方式，具有節能、環保、投資少、占地小的特點，具有廣闊的發展前景。我國山區地域廣闊，山區供電具有用戶分散、負荷密度小等特點。若采用大電力系統供電，供電成本高，供電質量差。采用分布式發電技術以就地供能代替遠距離輸電，具有良好的經濟效益和社會效益，值得應用和推廣。

［1］王建，李興源，邱曉燕.含有分布式發電裝置的電力系統研究綜述［J］.電力系統自動化，2005，29（24）：90－97.

［2］楊文宇，楊旭英，楊俊杰.分布式發電及其在電力系統中的應用研究綜述［J］.電網與清潔能源，2008，24（2）：39－43.